吳學國

吳學國（1902—1983），他為中國分子光譜研究和化學科學研究的發展貢獻了畢生的精力；他服從建設需要，投身工業基地，組織研究隊伍，培養了幾代科學研究人才；他在學術上的成就是對多原子分子的電子光譜和分子結構進行了開拓性研究，在振動光譜的應用研究、反應動力學研究和電化學研究中也有建樹。

吳學周，字萼暉，號化予，江西省萍鄉縣人，1902年9月20日出生在一個書香世家，祖父是清朝舉人。父親吳潤膏以教私塾為業，1909年進了萍鄉師範學校改學新學。他的這種尚新求進的行為和孜孜不倦、勤奮讀書的風範，對吳學周有着深刻的影響。吳學周小學畢業時，正值北洋軍閥混戰時期，家境十分艱難，父親曾一度想讓作為長子的吳學周輟學幫助料理家務。後經老師勸説，才免於停學。1916年夏吳學週考進萍鄉縣立中學，接受了自然科學的啓蒙教育，開始對理化學習產生了濃厚的興趣。當時的化學老師有一次在課上對學生大聲呼籲：“當今世界弱肉強食，世界列強，窺我山河，仗船堅炮猛，對我中華掠奪蠶食。亡國滅種，近在眉睫。為要救亡圖存，必須振興科學，興辦工業。化學是工業的基礎，你們應該學好化學。”這一席話，震撼着吳學周的心靈。當他1920年投考南京高等師範學校（後為東南大學）時，便選擇了化學這個專業。

1924年冬，吳學周以優良成績畢業於東南大學，通過當時在東南大學執教的張子高教授的極力推薦，回化學系任助教，講授物理化學和普通化學。後經吳有訓鼓勵，他參加了江西省教育廳公費留學生考試，以全省第一的考績取得了公費赴美留學的資格。

1928年，吳學周來到美國加州理工學院攻讀博士學位，專攻物理化學。這所大學的校長是1923年榮獲諾貝爾獎的著名物理學家密立根（R．A．Millikan）教授，很多有造詣的科學家雲集該校，開展着前沿課題的科學研究工作。由於吳學周學習刻苦，實驗技術高超，用了不到三年的時間，便提前完成了學業。1931年夏被授予博士學位。同年，他在《美國化學會志》上發表了兩篇論文：“HCl溶液中四價銥還原成三價銥的還原電位”和“銥的電位測定”。

20年代中葉到30年代初，正是量子力學建立和蓬勃發展時期，原子光譜曾為量子力學的建立奠定了實驗基礎，而新的量子力學理論也以無比的威力推動着實驗科學的發展，吳學周鋭敏地感到，分子光譜研究將是下一個重要的前沿領域。因此，在做博士論文的同時，便自學了量子力學，並調整研究方向，逐步把目標轉到分子光譜領域。他與該校的貝傑（R．M．Badger）教授合作，開展多原子分子的吸收光譜研究。先後在《美國化學會志》和《物理評論》上發表了“氣態鹵化氰的吸收光譜結構和解離能”、“近紫外區氰的吸收光譜”和“從光譜數據計算某些簡單多原子氣態分子的熵”等一系列研究論文。利用該校良好的條件，自己動手設計實驗裝置，測定了乙炔、乙烯、乙氰、丙烷、氨、碘甲烷和乙醛等14種氣體的遠紅外光譜，其論文“氣態的遠紅外光譜”後來發表在《物理評論》上。他的這些工作，受到了國際學術界的關注。

分子光譜的研究，在量子力學的發源地歐洲更受到化學物理界的重視，因分子光譜研究而榮獲諾貝爾獎的赫茲堡（G．Herzberg）教授當時就在德國從事電子光譜與自由基的光譜研究。為了吸取先進經驗，交流學術思想，1932年秋，吳學周以訪問學者的身份應邀來到德國，在達姆斯塔特（Darmstadt）高等工業學校進行合作研究與講學。在這裏他結識了赫茲堡教授，兩位年輕學者因共同的研究興趣而建立了深厚的友誼，因而在二次世界大戰時，吳學周曾邀請赫茲堡來華工作和避難。1981年，當他們在坎坷的人生旅途經歷了50年風雨之後在中國重逢時，往事的回憶，使他們忘卻了語言和民族的不同，沉醉在歡樂的友誼之中。

1933年夏，應中央研究院化學研究所所長王璡的邀請，吳學週迴國擔任化學所的專任研究員。當時這個所以莊長恭、湯元吉、黃耀曾等人從事的有機化學和藥物化學的研究實力最強，理論化學研究尚屬空白。吳學周帶領柳大綱、朱振鈞等人，完成了“丁二炔的紫外吸收帶”、“氰酸和某些異氰酸酯的吸收光譜和解離能”、“乙氰分子的基頻”、“乙氰分子在近紫外區的新吸收帶系”、“某些氰酸酯和異氰酯的吸收光譜和分解能”和“乙炔的近紫外吸收帶”等十多項研究工作。這些論文先後發表在美國著名的《物理評論》、《化學物理》和德國的《物理化學》等雜誌上，開創了我國多原子分子光譜研究的新局面。

抗日戰爭爆發以後，吳學周為了不中斷光譜學研究，決定隨化學所遷到後方。他於1938年夏，以中法旅行社的名義，經中國香港地區、越南等地，輾轉萬里，把102箱圖書、設備和儀器運到昆明。鑑於他在遷所過程中表現出的組織管理才能和獻身科學精神，中央研究院蔡元培院長委任他為代理所長，主持籌建科學實驗館。在短短的6個月內，建成了臨時實驗館，一年以後，永久性實驗館又告落成。這一時期，吳學周大部分精力消耗在事務性的工作中，為建館嘔心瀝血，四處聯繫，多方奔波，倍受同行友好讚譽。由於經費、試劑和儀器等原因，氣體吸收光譜研究無法進行，吳學周改為從事溶液和液體光譜研究以及反應動力學研究，着重礦產資源的開發應用。

抗日戰爭勝利後，吳學週迴到上海，仍擔任中央研究院化學研究所代所長，還兼任上海交通大學和上海醫學院教授，講授物理化學，直到上海解放。1949年，上海回到人民的懷抱。在黨和政府的感召下，吳學周使研究所很快地恢復了工作，同年7月，他曾隨中華全國第一次自然科學工作者代表大會組織的參觀團去東北考察。東北地區的資源和工業建設給他留下了極深的印象，為東北經濟建設獻身的宏願開始在心中萌動。

中國科學院成立時，他被任命為中國科學院物理化學研究所所長。1900年，中國科學院郭沫若院長電邀吳學周來京，商議請他與嚴濟慈、武衡等一起去東北組建科學院東北分院，並對吳學周説：“毛主席提出要建設好東北，你們遷一部分人去那裏怎樣？”他毫不猶豫地問答：“可以”。於是上海物理化學研究所的30多名科技人員在吳學周帶領下來到長春，與長春綜合研究所合併，於1954年成立了中國科學院應用化學研究所。吳學周被任命為所長，除“文化大革命”時期中斷幾年，這個職務一直繼續到1983年任名譽所長。

吳學周是中國分子光譜研究的開拓者、奠基人之一。30年代，國內研究分子光譜的有嚴濟慈、吳學周、吳大猷和陸學善等幾個研究組。嚴濟慈着重研究雙原子分子氣體的電子光譜，吳大猷也剛開始對多原子分子的振動光譜進行實驗探索和理論解析，陸學善和其他少數學者則僅有個別工作涉及分子光譜。國外光譜研究的狀況與國內相似，絕大部分工作是研究雙原子分子。吳學周和柳大綱、朱振鈞等人所從事的多原子分子的光譜研究正是當時這個領域的研究前沿。

吳學周發表的第一個光譜工作是“氣態鹵化氰的吸收光譜，結構和解離能”。他找到了ClCN，BrCN和ICN連續吸收光譜的長波極限，從它們的光譜類似性推斷出三種分子具有相似的幾何結構，由熱化學和光譜數據確定常態鹵化氰由常態鹵素原子和常態CN基構成，第一激發態則由常態鹵素原5子和處於激發態2π的CN基構成。把光譜數據與分子結構及熱力學參數聯繫起來，開拓了分子光譜的研究和應用領域。

雙氰是對稱的簡單四原子線型分子，其對稱性質與幾何形狀和當時研究得相當成熟的同核雙原子分子非常相似，吳學周認為：以這種分子作為模型化合物，考察原子數目增加給光譜帶來的變化規律以及怎樣由這些變化了的複雜光譜中提取有用的分子信息，對於複雜分子的光譜研究具有理論與實踐上的指導意義。就這樣，他經歷了幾個春秋，實驗上精益求精，紫外吸收池從50cm最後增長到3000cm。攝譜裝置的分辨率也一再提高，首先在182—230nm區確定現稱為A←X的帶系，以後又在240—302nm區發現一個新的弱吸收帶系，在整個203—302nm的光譜區內，鑑認了九百多條吸收帶。實驗之精細，行家無不驚歎。吳學周等根據紅外與拉曼光譜的數據，第一個確定了雙氰分子的基頻振動頻率。從電子光譜，他發現C—N鍵伸縮振動頻率在電子激發態變小，率先闡明瞭電子吸收光譜

在研究分子激發態時的意義，尤其是對激發態分子結構的推斷為後來利用共振拉曼光譜研究激發態位能面提供了思想基礎。關於雙氰分子的振動基頻歸屬在這個時期是有爭論的，為此，在1935年的《中國化學會志》發表了他與柳大綱、朱振鈞有關XCN和XCCX線型分子的力常數計算公式時，修正了一個基頻。對奧耶肯（Eucken）和貝爾夫拉姆（Berfram）由比熱給出的力常數值與歸屬，吳學周曾在德國《物理化學雜誌》上載文評述，由變形振動及其相互作用力常數的計算指出他們的歸屬是錯誤的。

雙氰分子紫外光譜的研究成功，增強了吳學周對光譜研究的信心，計劃以C2H2為對象，通過温度對光譜變化來確認哪些躍遷來自振動基態，哪些來自振動激發態，拿這兩組譜帶的頻率差與紅外的拉曼光譜的結果進行比較；利用同位素的光譜來鑑認（0，0）帶和歸屬電子基態與激發態的振動頻率；利用分辨率高的光柵攝譜儀來分析某些譜帶的轉動結構，以瞭解電子躍遷的本質和振動選擇定則。後因抗日戰爭，只完成了第一步設想。他與柳大綱等對乙炔在低於243nm的短波紫外區內，分辨出可歸屬為A←X系的一千多條譜帶和譜線以及許多轉動線。三個帶系的強度與温度無關，他認為這些躍遷起始於電子基態中的振動基態。這些譜帶間的頻差580cm1實際上是電子激發態的振動v4（Eu）。七個主要帶系的頻率差1050cm（－1），可歸結為這個激發態中的v5振動的泛頻2v5。利用光譜的温度效應來鑑別譜帶系的起因對電子光譜的研究具有普遍意義。

在上述工作的基礎上，吳學周從兩個方面開拓他對紫外光譜帶系的研究：一是考察不對稱線型和非線型分子，一是原子數更多更復雜的對稱線型分子。前者如HNCO、CH3NCO、C2H5NCO、C6H5NCO、CH3SCN、C2H5SCN、CH3NCS、C2H5NCS、CH2：CH2NCS和C6H5NCS，後者如丁二快等。上述這些論文均已載入赫茲堡在光譜方面的名著中，有2篇被《分子光譜與分子結構，卷Ⅱ：多原子分子的紅外與拉曼光譜》所引用，7篇被《分子光譜與分子結構，卷Ⅲ：多原子分子的電子光譜與電子結構》所引用。

吳學周是我國最早把光譜數據應用於分子常數和熱力學函數計算的光譜學者。如氰酸、氰酸酯，異氰酸酯和鹵化氰分子的解離能的確定：HCN、ClCN、BrCN、ICN、C2N2和C2H2等分子在298K的熵值計算，對光譜研究也是有指導意義的。

吳學周在開展光譜基礎研究的同時，就注意了這門學科在物理化學研究中的應用。例如從丁二炔在近紫外區吸收光譜有某些規律與雙氰分子類似，確認兩者在分子結構上的類似性；由丙酮醛的吸收光譜研究，探討了共軛C=0對吸收帶的頻率與強度的影響；比較氰酸的分立譜與伯、仲和叔胺的光譜確定它的幾何結構應為H－N=C=0，並從連續譜的比較推斷氰酸甲酯、乙酯和苯酯的結構類似。把結構與光譜參數聯繫起來正是後來應用光譜的基礎。在硫氰酸酯和異硫氰酸酯的吸收光譜考察中，基於每個分子具有兩個連續吸收區，求出兩種解離能，並認為解離成烷基或芳基，硫氰酸基或異硫氰酸基是初始光化學過程。在裝備了紅外光譜儀以後，又開展了紅外與紫外光譜在化學反應中的應用，例如用光譜監視聚丙烯腈熱處理中的特徵基團的產生，脱氨反應和分子內部的環化，闡明瞭反應機理，指出熱處理產物是含多核吡啶駢環、結構雜亂的高聚物，而不是理想的均一規整的大共聚體系。

吳學周除了在分子光譜的研究中做出世界性的貢獻外，在物理化學的其他領域也有不少成就，30年代初期在電化學方面的先驅工作，40年代反應動力學的研究，以及配合光譜研究所建立的定量測試方法都有獨到之處，不少方法為後人所採用。

吳學周也是一位優秀教育家和傑出的科研組織家。新中國成立以後，百廢待興，最急的是要有一定數量的專家來滿足國家經濟建設的恢復和發展以及科學事業的需要。吳學周來長春不久，就與長春綜合研究所聯合舉辦有25個單位參加的“X－線探傷學習會”，62個單位參加的“極譜分析會”。1954年應化所成立後，又舉辦了54個單位參加的“光譜分析學習會，”為全國培養了大批科技骨幹。1958年創辦了長春化學學院和附設的化學學校與技工學校，由唐敖慶、錢保功、孫家鍾、吳欽義等著名教授。