秦卓凡

【摘要】以当今中国化学家的最新科研成果为爱国教育素材，以问题为中心，以高中化学选修3内容，并就量子力学的相关知识进行了探讨。

【关键词】化学史 鲍林 电负性 中学化学以化学史为线索；以当今中国化学家的最新科研成果为爱国教育素材；以问题为中心，以高中化学选修3内容，并就量子力学的相关知识进行了探讨。

一、关于量子力学

微观世界的特征是量子性和概率性，而爱因斯坦不接受概率性观念 （“上帝是不掷骰子的”），但量子力学和相对论的正确性却不断被证实。“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论”（玻尔）。量子力学已将世界带入量子计算机时代。量子化学处理问题时，更多的把电子看成是波。

二、关于构造原理

鲍林是迄今为止唯一两次单独获得诺贝尔奖的科学家，也是人类有史以来20位最杰出的科学家之一。他根据光谱实验结果提出了构造原理。

三、关于电负性概念

借用拔河来比喻成键两原子对共用电子对的吸引，自然引入电负性这个物理量。上世纪30年代，鲍林为了描述化学键的性质提出了电负性概念。由于电负性差异导致分子中电子云分布不均匀而呈现极性。量子化学已能较精确的计算每个原子的带电荷量，从而为研究反应历程，发现新的反应规律创造了条件。鲍林用了一个极简单的电负性概念代替了复杂的量子力学计算，其大道至简的科学思想为化学家所称道。自从鲍林提出了电负性概念后，引来全世界许多化学家对其进行研讨。主要集中在两方面，第一，关于电负性的标度问题，提出了许多计算电负性值的公式，如中国著名量子化学家温元凯教授（鲍林的学生）提出的公式。有人用量子化学方法计算分子中的电子密度来定量表示电负性大小，因为分子中电子云密度由分子轨道中的值确定。第二，在概念内涵的拓展上，引申出了基团电负性、分子电负性等概念。同种元素的原子的电负性还与 Z/Y值和杂化轨道类型有关。如c—H键的酸性由c原子按的顺序增强。

四、键参数、V SEPR.理论与杂化轨道理论

键参数是表征化学键性质的物理量，其中键长和键角决定了分子的立體构型。理论上用量子力学方法可近似计算出键长和键角，而鲍林通过光谱或衍射等实验测定和计算出了一大批键角和键长的数据，为量子化学的发展做出了很大的贡献。怎样判断分子的立体构型呢？ 方法1：等电子原理（如CO2和NO2等）；方法2：VSEPR理论，该理论是基于分子能量应处于最低状态而提出；方法3：杂化轨道理论，该理论是1931年鲍林提出来的。杂化轨道理论是对VSEPt（理论的解释。杂化轨道是能量相近的同一原子中原子轨道的线性组

合，而共价键是成键原子轨道的线性组合，分子轨道（Mo）则是整个分子中所有原子轨道的线性组合。休克尔分子轨道理论（H M O ）可描述平面结构的碱基分子中的II电子运动，成为研究量子生物学的重要工具。不能深刻理解杂化轨道理论，就不能进入有机化学世界。杂化轨道类型有s—P杂化、s—P—d杂化、f轨道参与的杂化，等等。

五、氢键知识

鲍林在上世纪30年代首先阐明了氢键本质，认为氢键是不同于化学键的特殊作用力。氢键主要是影响物质的物理性质。中国化学家首次在实验控制条件下拍摄到了氢键和水分子 的真实照片。氢键这个知识点对培养学生发散思维能力很有好处，它不仅表现在化学中有众多方面的应用，在生命科学中也随处可见它的应用，如DNA的稳定性问题，尽管氢键是一种弱相互作用，但DNA双螺旋结构中无数的氢键，导致DNA分子具有很高的稳定性，甚至在上千的古尸中，科学家们还能从中提取DNA进行科学研究，未来有可能实现已灭绝的动物重返地球生命世界。正是因为氢键，使得常温下水呈液态，以及冰的密度小于液态水。今天，氢键还在超分子化学领域中大显身手，超分子化学可望在生命起源研究上发挥重大作用。鲍林还在上世纪50年代，利用氢键理论提出了蛋白质二级结构中的仅一螺旋和B一折叠结构（选修5）。