吳學(xué)周(1902年9月20日—1983年10月31日),出生于江西萍鄉(xiāng)。物理化學(xué)家。1955年被選聘為中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士)。1951年加入九三學(xué)社。九三學(xué)社第三屆中央委員會委員,第四、五、六屆中央委員會常委。
吳學(xué)周于1902年9月20日出生于江西省萍鄉(xiāng)縣一個(gè)書香門第,祖父是清朝舉人,父親以教私塾為業(yè),崇尚新學(xué),思想開明,勤奮好學(xué),1909年專門到萍鄉(xiāng)師范學(xué)校改學(xué)新學(xué)。吳學(xué)周自幼受著良好的家庭教育,特別是他父親對他啟蒙影響很大。1916年,吳學(xué)周考入萍鄉(xiāng)縣立中學(xué),接受較系統(tǒng)的自然科學(xué)教育,他對數(shù)理化有濃厚的興趣。1920年考取南京高等師范學(xué)校(后改為東南大學(xué),即現(xiàn)在的南京大學(xué)),學(xué)習(xí)化學(xué)。1924年以優(yōu)異成績畢業(yè)于東南大學(xué)化學(xué)系,經(jīng)張子高教授推薦留在化學(xué)系任助教。1927年經(jīng)吳有訓(xùn)教授介紹,曾在江西省立南昌中學(xué)高中部任教半年,然后回東南大學(xué)繼續(xù)任化學(xué)系助教。又經(jīng)吳有訓(xùn)教授推薦,參加江西省教育廳公費(fèi)留學(xué)生考試,以全省總分第一名的成績考取公費(fèi)留美學(xué)習(xí)的資格。
1928年,吳學(xué)周來到美國加州理工學(xué)院攻讀博士學(xué)位,專業(yè)為物理化學(xué)。這所大學(xué)的校長是1923年榮獲諾貝爾物理獎的RA密立根(Millikan)教授,很多有造詣的科學(xué)家云集在該校,開展著前沿課題的研究工作。吳學(xué)周學(xué)習(xí)刻苦、善于實(shí)驗(yàn),用不到三年的時(shí)間提前完成了學(xué)業(yè),1931年夏被授予博士學(xué)位。同年,在《美國化學(xué)會會志》(Journal of the American Chemical Society)上發(fā)表了兩篇論文:“HCl溶液中四價(jià)銥還原成三價(jià)銥的還原電位”(Reduction Potential of Quadrivalent to Trivalent Iridium in Hydrochloric Acid Solution)和“銥的電位測定”(Potentiometric Determination of Iridium)。20世紀(jì)30年代初期量子力學(xué)蓬勃發(fā)展,并推動著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展,原子光譜曾經(jīng)為量子力學(xué)的發(fā)展奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。學(xué)術(shù)思想活躍的年輕人吳學(xué)周銳敏地感到,分子光譜研究將是未來重要的前沿領(lǐng)域。因此,他在做博士論文的同時(shí),自學(xué)了量子力學(xué),并調(diào)整研究方向,逐步把目標(biāo)轉(zhuǎn)到分子光譜領(lǐng)域,與該校的RM貝杰(Badger)教授合作,開展多原子分子的吸收光譜研究。他先后在《美國化學(xué)會會志》和《物理評論》(Physical Reviews)上發(fā)表了“氣態(tài)鹵化氰的吸收光譜、結(jié)構(gòu)和解離能”、“近紫外區(qū)氰的吸收光譜”和“從光譜數(shù)據(jù)計(jì)算幾種簡單多原子氣態(tài)分子的熵”(The Entropies of Some Simple Polyatomic Gases Calculated from Spectral Data,1932)等一系列研究論文。他找到了CICN,BrCN和ICN連續(xù)吸收光譜的長波極限,從它們的光譜類似推斷出三種分子具有相似的幾何結(jié)構(gòu),由熱化學(xué)和光譜數(shù)據(jù)確定了常態(tài)鹵化氰由常態(tài)鹵素原子和常態(tài)CN基構(gòu)成,第一激發(fā)態(tài)則由常態(tài)鹵素原子和處于激發(fā)態(tài)2π的CN基構(gòu)成。他把光譜數(shù)據(jù)與分子結(jié)構(gòu)及熱力學(xué)參數(shù)關(guān)聯(lián)起來,開拓了分子光譜的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。利用該校良好的條件,自己動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置,測定了乙炔、乙烯、乙氰、兩烷、氨、碘甲烷和乙醛等14種氣體的遠(yuǎn)紅外光譜,其論文“氣態(tài)的遠(yuǎn)紅外光譜”(Far Infrared Spectra of Gases,1932)后來發(fā)表在《物理評論》上,他的這些工作受到了國際學(xué)術(shù)
界的關(guān)注。分子光譜研究,在量子力學(xué)的發(fā)源地歐洲備受重視。為了吸取先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),交流學(xué)術(shù)思想,1932年秋,吳學(xué)周以訪問學(xué)者的身分應(yīng)邀來到德國,在達(dá)姆斯塔特高等工業(yè)學(xué)校進(jìn)行合作研究與講學(xué),在這里他結(jié)識了因分子光譜研究而榮獲諾貝爾獎的G赫茲堡教授。
1933年夏,應(yīng)中央研究院化學(xué)研究所所長王的邀請,吳學(xué)周回國擔(dān)任化學(xué)所的專任研究員。王期望吳學(xué)周能在該所把走在世界科學(xué)前沿的分子光譜研究繼續(xù)下去,以帶動理論化學(xué)研究的開展。盡管困難重重,他還是與柳大綱、朱振鈞等一起完成了“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”和“乙氰分子在近紫外區(qū)的新吸收帶系”等十多項(xiàng)研究工作,論文先后在美國著名的《物理評論》、《化學(xué)物理雜志》(The Journal of Chemical Physics)和德國的《物理化學(xué)雜志》(Zeitschrift für Physikalische Chemie)上發(fā)表。雙氰是對稱的簡單四原子線型分子,其對稱性質(zhì)與幾何形狀和當(dāng)時(shí)研究得相當(dāng)成熟的同核雙原分子非常相似。吳學(xué)周認(rèn)為,以這種分子作為模型化合物,考察原子數(shù)目增加給光譜帶來的變化規(guī)律以及怎樣由這些變化了的復(fù)雜光譜中提取有用的分子信息,對于復(fù)雜分子的光譜研究具有理論與實(shí)踐上的指導(dǎo)意義。他經(jīng)歷了幾個(gè)春秋,實(shí)驗(yàn)上精益求精,紫外吸收池從50厘米最后增長到3000厘米。攝譜裝置的分辨率也一再提高,首先在182—230nm區(qū)確定現(xiàn)稱為←的帶系,以后又在240—302nm區(qū)發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的弱吸收帶系。在整個(gè)203—302nm的光譜區(qū)內(nèi),鑒認(rèn)了900多條吸收帶,實(shí)驗(yàn)之精細(xì)令行家無不驚嘆。吳學(xué)周等根據(jù)紅外與拉曼光譜的數(shù)據(jù),第一個(gè)確定了雙氰分子的基頻振動頻率,他從電子光譜發(fā)現(xiàn),C—N鍵伸縮振動頻率在電子激發(fā)態(tài)時(shí)變小,而C—C鍵伸縮振動頻率在激發(fā)態(tài)時(shí)增大,從而推出電子激發(fā)態(tài)中的雙氰具有型結(jié)構(gòu)。他率先闡明了電子吸收光譜在研究分子激發(fā)態(tài)時(shí)的意義,尤其是對激發(fā)態(tài)分子結(jié)構(gòu)的推斷,為后來利用共振拉曼光譜研究激發(fā)態(tài)位能面提供了思想基礎(chǔ)。關(guān)于雙氰分子的振動基頻歸屬,在這個(gè)時(shí)期是有爭論的,為此,他與柳大綱、朱振鈞在1935年的《中國化學(xué)會志》上發(fā)表有關(guān)XCN和XCCX線型分子的力常數(shù)計(jì)算公式時(shí),修正了一個(gè)基頻。對A奧耶肯(Eucken)和A貝爾夫拉姆(Berfram)由比熱給出的力常數(shù)值與歸屬,吳學(xué)周曾在德國《物理化學(xué)雜志》上載文評述,由變形振動及其相互作用力常數(shù)的計(jì)算,指出他們的歸屬是錯(cuò)誤的。雙氰分子紫外光譜的研究成功,增強(qiáng)了吳學(xué)周對光譜研究的信心,他計(jì)劃以C2H2為對象,通過溫度對光譜變化來確認(rèn)哪些躍遷來自振動基態(tài),哪些來自振動激發(fā)態(tài),用這兩組譜帶的頻率差與紅外和拉曼光譜的結(jié)果進(jìn)行比較;利用同位素取代,由C2D2的光譜來鑒認(rèn)(0,0)帶和歸屬電子基態(tài)與激發(fā)態(tài)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(zhuǎn)動機(jī)構(gòu),以了解電子躍遷的本質(zhì)和振動選擇定則。因當(dāng)時(shí)處于抗日戰(zhàn)爭時(shí)期,他只完成了第一步設(shè)想。他與柳大綱等人,在乙炔低于243nm的短波紫外區(qū)內(nèi),分辨出可歸屬為←系的1000多條譜帶和譜線以及許多轉(zhuǎn)動線。三個(gè)帶系的強(qiáng)度與溫度無關(guān),他認(rèn)為:這些躍遷起始于電子基態(tài)中的振動基態(tài);這些譜帶間的頻差580cm1實(shí)際上是電子激發(fā)態(tài)的振動ν4(Eu);七個(gè)主要帶系的頻率差1050cm1,可歸結(jié)為這個(gè)激發(fā)態(tài)中的ν5振動的泛頻2ν5。利用光譜的溫度效應(yīng)來鑒別譜帶系的起因,對電子光譜的研究具有普遍意義。在上述工作的基礎(chǔ)上,吳學(xué)周從兩個(gè)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(shù)更多、更復(fù)雜的對稱線型分子。前者如HNCO,CH3NCO,C2H5NCO,C6H5NCO,CH3SCN,C2H5SCN,CH3NCS,C2H5NCS,CH2∶CH2NCS和C6H5NCS,后者如丁二炔等。
吳學(xué)周是我國最早把光譜數(shù)據(jù)應(yīng)用于分子常數(shù)和熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算的光譜學(xué)者。氰酸、氰酸酯、異氰酸酯和鹵化氰分子的解離能的確定;HCN,CICN,BrCN,ICN,C2N2和C2H2等分子在298K的熵值計(jì)算,對光譜研究均具有指導(dǎo)意義。他在開展光譜基礎(chǔ)研究的同時(shí),就注意了這門學(xué)科在物理化學(xué)研究中的應(yīng)用。他在硫氰酸酯和異硫氰酸酯的吸收光譜考察中,基于每個(gè)分子具有兩個(gè)連續(xù)吸收區(qū)而求出兩種解離能,并認(rèn)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(xué)過程。在裝備了紅外光譜儀以后,他又開展了紅外與紫外在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。開創(chuàng)了我國多原子分子光譜研究的新局面。有些工作是對國際化學(xué)界的貢獻(xiàn)。
“七七事變”后,日軍大舉侵華,中央研究院化學(xué)所決定遷往云南昆明。1938年夏,吳學(xué)周隨所搬遷,輾轉(zhuǎn)萬里,千辛萬苦保存好圖書和儀器。鑒于在遷所過程中表現(xiàn)出的組織管理才能和獻(xiàn)身科學(xué)的精神,中央研究院蔡元培院長委任他為代理所長,主持籌建科學(xué)實(shí)驗(yàn)館。在短短的六個(gè)月內(nèi),建成了臨時(shí)實(shí)驗(yàn)館,一年以后,永久性實(shí)驗(yàn)館又告落成。這一時(shí)期,吳學(xué)周為建館嘔心瀝血,勘察設(shè)計(jì)、四處聯(lián)系、多方奔走,大部分精力消耗在事務(wù)性的工作中,這種精神倍受同行友好贊譽(yù)。由于經(jīng)費(fèi)、試劑和儀器等原因,氣體吸收光譜研究無法進(jìn)行,吳學(xué)周改為從事溶液和液體光譜研究,同時(shí)開展反應(yīng)動力學(xué)研究,著重礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用。抗日戰(zhàn)爭勝利后,中央研究院化學(xué)所遷回上海,吳學(xué)周擔(dān)任該所代所長,兼上海交通大學(xué)和上海醫(yī)學(xué)院教授,講授物理化學(xué),直到上海解放。中華人民共和國成立后1個(gè)月,中國科學(xué)院成立,吳學(xué)周被任命為中國科學(xué)院化學(xué)研究所所長。此前,于1949年7月,他參加了中華全國第一次自然科學(xué)工作者代表大會籌備委員東北參觀團(tuán),東北地區(qū)的資源和工業(yè)建設(shè)給他留下了深刻印象。1950年,中國科學(xué)院郭沫若院長電邀吳學(xué)周來京,請他與嚴(yán)濟(jì)慈、武衡等一起去東北組建科學(xué)院東北分院,并對吳學(xué)周說:“毛主席提出要建設(shè)好東北,你們遷一部分人去那里怎樣?”他毫不猶豫地回答:“可以。”上海物理化學(xué)研究所的30多名科技人員在吳學(xué)周帶領(lǐng)下來到長春,于1954年與長春綜合研究所合并,成立了中國科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所,他被任命為所長。辦好研究所和發(fā)展化學(xué)學(xué)科,人才是關(guān)鍵,吳學(xué)周領(lǐng)導(dǎo)組織了學(xué)習(xí)班,其中舉辦了54個(gè)單位參加的“光譜分析學(xué)習(xí)會”,為全國培養(yǎng)了大批科技骨干。1958年創(chuàng)辦了長春化學(xué)學(xué)院和附設(shè)的化學(xué)學(xué)校與技工學(xué)校,由唐敖慶、錢保功、孫家鐘、吳欽義等著名教授為光譜班講課,先后為科研單位和高等院校培養(yǎng)了100多名磁共振、分子光譜、原子光譜和X衍射結(jié)構(gòu)研究人員。1978年,吳學(xué)周以分子光譜專家的身份冷靜分析了我國在這個(gè)領(lǐng)域的狀況,注意到進(jìn)口光譜儀器很多,但分子光譜研究的論文卻寥若星晨,有學(xué)術(shù)創(chuàng)見的論文則更少,存在著忽視理論和基礎(chǔ)研究的傾向。于是在他的倡導(dǎo)、籌備和主持下,受中國化學(xué)會的委托于1980年在長春舉辦了分子光譜基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)討論班,江元生、胡皆漢、王宗明、辛厚文等專家參加了講學(xué)和討論,年近80高齡的吳學(xué)周,對激光產(chǎn)生的理論與實(shí)踐背景、激光拉曼光譜的進(jìn)展等問題,做了非常精辟而生動的講演。吳學(xué)周認(rèn)為,辦好研究所要抓三件大事,一是選擇好研究課題,二是要有一支訓(xùn)練有素具有高科學(xué)水平的研究隊(duì)伍,三是具備良好的實(shí)驗(yàn)設(shè)施。而確立研究方向是關(guān)鍵。他借鑒國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn),根據(jù)國家建設(shè)的需要和科研發(fā)展的趨勢,對該所的研究方向不斷進(jìn)行調(diào)整和更新。先后建立了超純物質(zhì)及稀土元素分析、輻射化學(xué)和激光化學(xué)等十余個(gè)新的研究室,使中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所逐漸形成包括無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物化與結(jié)構(gòu)、有機(jī)高分子四大中心的綜合研究機(jī)構(gòu),并先后組織力量在合成橡膠、塑料、粘膠劑、稀土材料、電分析化學(xué)、有機(jī)結(jié)構(gòu)、痕量分析、催化和激光分離同位素等多方面攻關(guān),取得很大的成績。吳學(xué)周在建所和研究工作的業(yè)績和成就,正如他在1983年10月31日逝世后,他在德國的朋友、諾貝爾獎得主G赫茲堡教授從加拿大打來的唁電中所寫“他在應(yīng)用化學(xué)方面的后期工作,包括長春(應(yīng)化)所的建立,將成為他事業(yè)的豐碑。”
吳學(xué)周自1939年開始,曾10次被選為中國化學(xué)會理事或常務(wù)理事,并擔(dān)任過該會物理化學(xué)委員會主任委員。1948年當(dāng)選為中央研究院院士,1957年被任命為國務(wù)院科學(xué)規(guī)劃委員會化工專業(yè)組副組長,1978年由國家科委聘為化學(xué)組成員,1979年兼任中國科學(xué)院環(huán)境化學(xué)研究所所長,1980年任中國科學(xué)院環(huán)境委員會副主任,同年又當(dāng)選為吉林省科協(xié)主席、擔(dān)任過《中國大百科全書·環(huán)境科學(xué)卷》主編,《分析化學(xué)》、《應(yīng)用化學(xué)》和《應(yīng)化集刊》等出版物的主編。對發(fā)展祖國科學(xué)、繁榮學(xué)術(shù)做了許多組織領(lǐng)導(dǎo)工作。吳學(xué)周還是九三學(xué)社吉林省委員會創(chuàng)始人之一,長期擔(dān)任九三學(xué)社長春市委員會主任,并于1956—1983年任九三學(xué)社中央委員會常務(wù)委員。曾任吉林省政協(xié)副主席,省人大常委會副主任,全國政協(xié)委員,全國人大第二、三、五、六屆代表。