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吴学周
发布日期:2017-07-24 来源:九三学社中央宣传部
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吴学周(1902年9月20日—1983年10月31日),出生于江西萍乡。物理化学家。1955年当选为中国科学院学部委员(院士)。1951年加入九三学社。九三学社第三届中央委员会委员,第四、五、六届中央委员会常委。

吴学周于1902年9月20日出生于江西省萍乡县一个书香家庭,祖父是清朝举人,父亲以教私塾为业,崇尚新学,思想开明,勤奋好学,1909年专门到萍乡师范学校改学新学。吴学周自幼受着良好的家庭教育,特别是他父亲对他启蒙影响很大。1916年,吴学周考入萍乡县立中学,接受较系统的自然科学教育,他对数理化有浓厚的兴趣。1920年考取南京高等师范学校(后改为东南大学,即现在的南京大学),学习化学。1924年以优异成绩毕业于东南大学化学系,经张子高教授推荐留在化学系任助教。1927年经吴有训教授介绍,曾在江西省立南昌中学高中部任教半年,然后回东南大学继续任化学系助教。又经吴有训教授推荐,参加江西省教育厅公费留学生考试,以全省总分第一名的成绩考取公费留美学习的资格。

1928年,吴学周来到美国加州理工学院攻读博士学位,专业为物理化学。这所大学的校长是 1923年荣获诺贝尔物理奖的RA密立根(Millikan)教授,很多有造诣的科学家云集在该校 , 开展着前沿课题的研究工作。吴学周学习刻苦、善于实验,用不到三年的时间提前完成了学 业,1931年夏被授予博士学位。同年,在《美国化学会会志》(Journal of the American C hemical Society)上发表了两篇论文《HCl溶液中四价铱还原成三价铱的还原电位》(Redu ction Potential of Quadrivalent to Trivalent Iridium in Hydrochloric Acid Soluti on)和《铱的电位测定》(Potentiometric Determination of Iridium)。

20世纪30年代初期量子力学蓬勃发展,并推动着相关学科的发展,原子光谱曾经为量子力学 的发展 奠定了实验基础。学术思想活跃的年轻人吴学周锐敏地感到,分子光谱研究将是未来重要的 前沿领域。因此,他在做博士论文的同时,自学了量子力学,并调整研究方向,逐步把目标 转到分子光谱领域,与该校的RM贝杰(Badger)教授合作,开展多原子分子的吸收光谱研 究。他先后在《美国化学会会志》和《物理评论》(Physical Reviews)上发表了《气态卤化 氰的吸收光谱、结构和解离能》、《近紫外区氰的吸收光谱》和《从光谱数据计算几种简单 多原子气态分子的熵》(The Entropies of Some Simple Polyatomic Gases Calculated fr om Spectral Data,1932)等一系列研究论文。他找到了ClCN,BrCN和ICN连续吸收光谱的长 波极限,从它们的光谱类似推断出三种分子具有相似的几何结构,由热化学和光谱数据确定 了常态卤化氰由常态卤素原子和常态CN基构成,第一激发态则由常态卤素原子和处于激发态 2π的CN基构成。他把光谱数据与分子结构及热力学参数关联起来,开拓了分子光谱的研究 和应用领域。利用该校良好的条件,自己动手设计实验装置,测定了乙炔、乙烯、乙氰、丙 烷、氨、碘甲烷和乙醛等14种气体的远红外光谱,其论文《气态的远红外光谱》(Far Infra red Spectra of Gases,1932)后来发表在《物理评论》上,他的这些工作受到了国际学术 界的关注。

分子光谱研究,在量子力学的发源地欧洲备受重视。为了吸取先进经验,交流学术思想,19 32年秋,吴学周以访问学者的身份应邀来到德国,在达姆斯塔特高等工业学校进行合作研究 与讲学,在这里他结识了因分子光谱研究而荣获诺贝尔奖的G赫兹堡教授。

1933年夏,应中央研究院化学研究所所长王琎的邀请,吴学周回国担任化学所的专 任研究员。王琎期望吴学周能在该所把走在世界科学前沿的分子光谱研究继续下去,以带动理论化学 研究的开展。尽管困难重重,他还是与柳大纲、朱振钧等一起完成了“丁二炔的紫外吸收带 ”、 “氰酸和某些异氰酸酯的吸收光谱和解离能”、“乙氰分子的基频”和“乙氰分子在近紫外 区的 新吸收带系”等十多项研究工作,论文先后在美国著名的《物理评论》、《化学物理杂志》 (The Journal of Chemical Physics)和德国的《物理化学杂志》 (Zeitschrift für Physikalische Chemie)上发表。双氰是对称的简单四原子线型分子, 其对称性质与几何形状和当时研究得相当成熟的同核双原分子非常相似。吴学周认为,以这 种分子作为模型化合物,考察原子数目增加给光谱带来的变化规律以及怎样由这些变化了的 复杂光谱中提取有用的分子信息,对于复杂分子的光谱研究具有理论与实践上的指导意义。 他经历了几个春秋,实验上精益求精,紫外吸收池从50厘米最后增长到3000厘米。摄谱装置 的分辨率也一再提高,首先在182—230nm区确定现称为←的带系,以后 又在240—302nm区发现一个新的弱吸收带系。在整个203—302nm的光谱区内,鉴认了900多 条吸收带,实验之精细令行家无不惊叹。吴学周等根据红外与拉曼光谱的数据,第一个确定 了双氰分子的基频振动频率,他从电子光谱发现,C—N键伸缩振动频率在电子激发态时变小 ,而C—C键伸缩振动频率在激发态时增大,从而推出电子激发态中的双氰具有

型结构。他率先阐明了电子吸收光谱在研究分子激发态时的意义,尤其是对激发态分子结构的推断,为后来利用共振拉曼光谱研究激发态位能面提供了思想基础。关于双氰分子的振动基频归属,在这个时期是有争论的,为此,他与柳大纲、朱振钧在1935年的《中国化学会志》上发表有关XCN和XCCX线型分子的力常数计算公式时,修正了一个基频。对A奥耶肯(Eucken)和A贝尔夫拉姆(Berfram)由比热给出的力常数值与归属,吴学周曾在德国《物理化学杂志》上载文评述,由变形振动及其相互作用力常数的计算,指出他们的归属是错误的。

双氰分子紫外光谱的研究成功,增强了吴学周对光谱研究的信心,他计划以C2H2为对象,通过温度对光谱变化来确认哪些跃迁来自振动基态,哪些来自振动激发态,用这两组谱带的频率差与红外和拉曼光谱的结果进行比较;利用同位素取代,由C2D2的光谱来鉴认(0,0)带和归属电子基态与激发态的振动频率;利用分辨率高的光栅摄谱仪来分析某些谱带的转动机构,以了解电子跃迁的本质和振动选择定则。因当时处于抗日战争时期,他只完成了第一步设想。他与柳大纲等人,在乙炔低于243nm的短波紫外区内,分辨出可归属为←系的1000多条谱带和谱线以及许多转动线。三个带系的强度与温度无关,他认为:这些跃迁起始于电子基态中的振动基态;这些谱带间的频差580cm-1实际上是电子激发态的振动ν4(Eu);七个主要带系的频率差1050cm-1,可归结为这个激发态中的ν5振动的泛频2ν5。利用光谱的温度效应来鉴别谱带系的起因,对电子光谱的研究具有普遍意义。

在上述工作的基础上,吴学周从两个方面开拓他对紫外光谱带系的研究:一是考察不对称线型和非线型分子,二是原子数更多、更复杂的对称线型分子。前者如HNCO,CH3NCO,C2H5NCO,C6H5NCO,CH3SCN,C2H5SCN,CH3NCS,C2H5NCS,CH2∶CH2NCS和C6H5NCS,后者如丁二炔等。

吴学周是我国最早把光谱数据应用于分子常数和热力学函数计算的光谱学者。氰酸、氰酸酯、异氰酸酯和卤化氰分子的解离能的确定;HCN,ClCN,BrCN,ICN,C2N2和C2H2等分子在298K的熵值计算,对光谱研究均具有指导意义。他在开展光谱基础研究的同时,就注意了这门学科在物理化学研究中的应用。他在硫氰酸酯和异硫氰酸酯的吸收光谱考察中,基于每个分子具有两个连续吸收区而求出两种解离能,并认为解离成烷基或芳基,硫氰酸基或异硫氰酸基,是初始光化学过程。在装备了红外光谱仪以后,他又开展了红外与紫外在化学反应中的应用。开创了我国多原子分子光谱研究的新局面。有些工作是对国际化学界的贡献。

七七事变后,日军大举侵华,中央研究院化学所决定迁往云南昆明。1938年夏,吴学周随所搬迁,辗转万里,千辛万苦保存好图书和仪器。鉴于在迁所过程中表现出的组织管理才能和献身科学的精神,中央研究院蔡元培院长委任他为代理所长,主持筹建科学实验馆。在短短的六个月内,建成了临时实验馆,一年以后,永久性实验馆又告落成。这一时期,吴学周为建馆呕心沥血,勘察设计、四处联系、多方奔走,大部分精力消耗在事务性的工作中,这种精神倍受同行友好赞誉。由于经费、试剂和仪器等原因,气体吸收光谱研究无法进行,吴学周改为从事溶液和液体光谱研究,同时开展反应动力学研究,着重矿产资源的开发利用。抗日战争胜利后,中央研究院化学所迁回上海,吴学周担任该所代所长,兼上海交通大学和上海医学院教授,讲授物理化学,直到上海解放。

中华人民共和国成立后1个月,中国科学院成立,吴学周被任命为中国科学院化学研究所所长。此前,于1949年7月,他参加了中华全国第一次自然科学工作者代表大会筹备委员东北参观团,东北地区的资源和工业建设给他留下了深刻印象。1950年,中国科学院郭沫若院长电邀吴学周来京,请他与严济慈、武衡等一起去东北组建科学院东北分院,并对吴学周说:“毛主席提出要建设好东北,你们迁一部分人去那里怎样?”他毫不犹豫地回答:“可以。”上海物理化学研究所的30多名科技人员在吴学周带领下来到长春,于1954年与长春综合研究所合并,成立了中国科学院应用化学研究所,他被任命为所长。办好研究所和发展化学学科,人才是关键,吴学周领导组织了学习班,其中举办了54个单位参加的“光谱分析学习会”,为全国培养了大批科技骨干。1958年创办了长春化学学院和附设的化学学校与技工学校,由唐敖庆、钱保功、孙家钟、吴钦义等著名教授为光谱班讲课,先后为科研单位和高等院校培养了100多名磁共振、分子光谱、原子光谱和X衍射结构研究人员。1978年,吴学周以分子光谱专家的身份冷静分析了我国在这个领域的状况,注意到进口光谱仪器很多,但分子光谱研究的论文却寥若晨星,有学术创见的论文则更少,存在忽视理论和基础研究的倾向。于是在他的倡导、筹备和主持下,受中国化学会的委托于1980年在长春举办了分子光谱基础理论学习讨论班,江元生、胡皆汉、王宗明、辛厚文等专家参加了讲学和讨论,年近80高龄的吴学周,对激光产生的理论与实践背景、激光拉曼光谱的进展等问题,做了非常精辟而生动的讲演。

吴学周认为,办好研究所要抓三件大事,一是选择好研究课题,二是要有一支训练有素具有高科学水平的研究队伍,三是具备良好的实验设施。而确立研究方向是关键。他借鉴国内外的经验,根据国家建设的需要和科研发展的趋势,对该所的研究方向不断进行调整和更新。先后建立了超纯物质及稀土元素分析、辐射化学和激光化学等十余个新的研究室,使中国科学院长春应用化学研究所逐渐形成包括无机化学、分析化学、物化与结构、有机高分子四大中心的综合研究机构,并先后组织力量在合成橡胶、塑料、粘胶剂、稀土材料、电分析化学、有机结构、痕量分析、催化和激光分离同位素等多方面攻关,取得很大的成绩。吴学周在建所和研究工作的业绩和成就,正如他在1983年10月31日逝世后,他在德国的朋友、诺贝尔奖得主G赫兹堡教授从加拿大打来的唁电中所写“他在应用化学方面的后期工作,包括长春(应化)所的建立,将成为他事业的丰碑”。

吴学周自1939年开始,曾10次被选为中国化学会理事或常务理事,并担任过该会物理化学委员会主任委员。1948年当选为中央研究院院士,1957年被任命为国务院科学规划委员会化工专业组副组长,1978年由国家科委聘为化学组成员,1979年兼任中国科学院环境化学研究所所长,1980年任中国科学院环境委员会副主任,同年又当选为吉林省科协主席、担任过《中国大百科全书·环境科学卷》主编,《分析化学》、《应用化学》和《应化集刊》等出版物的主编。对发展祖国科学、繁荣学术做了许多组织领导工作。

吴学周还是九三学社吉林省委员会创始人之一,长期担任九三学社长春市委员会主任,并于1956—1983年任九三学社中央委员会常务委员。曾任吉林省政协副主席,省人大常委会副主任,全国政协委员,全国人大第二、三、五、六届代表。

主要论著

1Wu Xuezhou (Sho-Chow Woo),Reduction Potential of Quadrivalent to Trivalent Iridium in Hydrochloric Acid Solution,JAmChemSoc,1931,53(2):469~472.

2Wu Xuezhou,Yost DM,The Potentiometric Determination of Iridium,J AmChemSoc,1931,53(3):884~888.

3Badger RM,Wu XuezhouThe Absorption Spectra,Structure sn d Dissociation Energies of the Gaseous Halogen Cyanides,JAmChemSoc,193 1,53(7):2572~2577.

4Wu Xuezhou,Badger RM,The Absorption Spectrum of Cyanogen Gas in the Ultraviolet,PhysRev,1932,39(6):932~937.

5Badger RM,Wu Xuezhou,The Entropies of Some Simple Polyatomic Gas es Calculated from Spectral Data,JAmChemSoc,1932,54(9):3532~3592.

6Strong J,Wu XuezhouFar Infrared Spectra of GasesPhysRev,19 32,42(2):267~287.

7Wu Xuezhou,Zhu Zhenjun (TCChu),The Ultraviolet Absorption Bands of Diacetylene,PhysRev,1935,47(11):886.

8Wu Xuezhou,Zhu Zhenjun,The Absorption Spectrum of Diacetylene in the  Near Ultraviolet,JChemPhys,1935,3(9):541~543.

9Wu Xuezhou,Liu Dagang (Ta-Kong Liu),The Absorption Spectra an d Dissociation Energies of Cyanic Acid and Some Isocyanates,JChemPhy s,1935,3(9):544~546.

10Wu Xuezhou,Liu Dagang,Zhu Zhenjun,The Fundamental Frequencies of t he Cyanogen Molecule,JChinese ChemSoc,1935,3(4):301~307.

11Wu Xuezhou,Liu Dagang,Notes on the Preparation of Zinc and Cadmium Cyanides,JChinese ChemSoc,1936,4(6):518~521.

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22吴学周,芳香族化合物半导体中载流子的热激发能,科学通报,1963,(7):49 ~51。

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24吴学周、朱晋锠、林祖伦,聚丙烯腈热处理的反应机理,高分子通讯,1964,6(6):428~437。

25吴学周、朱晋锠、席时权,非极性共轭分子电子光谱的溶剂效应——蒽在各种溶剂中的紫外吸收光谱,化学学报,1964,30(6):519~525。

26Wu Xuezhou,Zhu Zhenjun,The Absorption Spectra and Dissociation Energies of Some Normal and Isothiocyanate,JChinese ChemSoc,1973,5(3):162~169.