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黃子卿:中國科學院學部委員(院士)、物理化學家、化學教育家


 

黃子卿(1900年1月2日—1982年7月23日),出生于廣東梅縣。物理化學家、化學教育家。1955年被選聘為中國科學院學部委員(院士)。1953年加入九三學社。九三學社第四、五屆中央委員會委員,第六屆中央委員會常委。

黃子卿于1900年1月2日出生于廣東省梅縣一個工廠主家庭。其父經(jīng)商兼開辦工廠。外祖父家系書香門第,藏書甚多,舅父留學日本。黃子卿自幼受外祖父和舅父影響,喜歡讀書。1904年黃子卿上私塾,師從潘國卿,潘師見黃子卿小小年紀,已能背誦許多古詩,熟讀《五經(jīng)》、《春秋》等古籍,視之為神童。1915年黃子卿考入長沙雅禮中學。4年中學學習,各門功課都是優(yōu)秀,總成績名列榜首,獲免費獎學金。1919年畢業(yè)考入清華學校。1921年結(jié)業(yè)于清華留美預備班。1922年入美國威斯康星大學。1924年畢業(yè),隨即進入康奈爾大學,1925年獲理學碩士。同年9月,入麻省理工學院攻讀博士學位,師從DA麥金尼斯,從事電化學研究。他改進了界面移動法測定電解質(zhì)溶液中離子遷移數(shù)的實驗裝置,于1927年在《美國化學會志》上發(fā)表了“界面移動法測定遷移數(shù)(V1)——試驗技術(shù)的進一步改進”論文。1927年,因經(jīng)濟來源的暫時困難,黃子卿被迫中途停學回國。1928年,黃子卿在北平協(xié)和醫(yī)學院生物化學系任研究助理,在生物化學家吳憲領

導下進行蛋白質(zhì)變性研究。他制備了酸、堿或尿素作用下變性的蛋白質(zhì),利用滲透壓測定了變性蛋白質(zhì)的分子量。他們于1930年在《中國生理學雜志》上發(fā)表了“蛋白質(zhì)之變性作用(Х)——變性卵清蛋白與高鐵血紅蛋白在濃尿素溶液中之滲透壓力”這一研究成果。這項工作

在當時得到較高的評價。1929年9月,黃子卿被清華大學聘為化學系教授。1934年6月,黃子卿再度赴美國麻省理工學院深造,在麻省理工學院跟隨著名熱力學家JA貝蒂進行熱力學溫標的實驗研究。當時,水的冰點已被公認為熱力學溫標的定點,黃子卿的工作是測定水的三相點室與冰點室溫度的差值。這是一項再測定工作,即要求較前人工作有更高的精確度。黃子卿細致地對水樣進行處理,將可能存在的雜質(zhì)影響,溫度、壓力測定值的校正,以及其他因素的影響,都做了嚴格的處理和評估,提高了當時這類測量研究的水平。這項工作的具體內(nèi)容是:為得到精確的冰點室固—液平衡溫度tic,他們仔細計算了大氣壓及水液面高度產(chǎn)生的附加壓力對水凝固點的影響,并作了壓力校正;在測定水樣的電導時,他們把雜質(zhì)看作NaCl,估計水樣中雜質(zhì)含量,按稀溶液的依數(shù)性,計算雜質(zhì)引起的凝固點降低;在嚴格固定的條件下,用空氣飽和電導水,多次取代冰點室中的水樣,使其中空氣含量固定,這樣得出冰點室的平衡溫度為:

tic=-129×105(P-760)-0072×105h-42(Lic-09×106)

式中P為大氣壓,h為水面高度,Lic為冰點室水樣的電導率。三相點室經(jīng)蒸氣吹掃和嚴格清洗后,以電導水作水樣,并經(jīng)氫氧化鋇處理脫去CO2,在真空系統(tǒng)中蒸餾、轉(zhuǎn)移并封裝入三相點室。測量三相點室平衡溫度ttc后,再測量該水樣的電導率,按稀溶液依數(shù)性作凝固點降低校正。因此,三相點室的平衡溫度為:

ttc=ttp-0072×105H-42Ltc

式中H為三相點室液面高度,Ltc為三相點室中水樣的電導率,ttp為水的三相點。將三相點室與冰點室浸入冰水浴中,用鋁箔包裹三相點室以消除微小的輻射影響,用48個接點的銅(No36)-康銅(No30)熱電偶分8組測量三相點室與冰點室的濁差θ=ttc-tic。由此計算得出水的三相點溫度為000980±000005℃,這項工作是黃子卿博士論文的一部分。他于1935獲美國麻省理工學院哲學博士學位。同年回國,繼續(xù)在清華大學任教。黃子卿在清華大學繼續(xù)進行電化學研究。他一方面考察了壓力對鐵在堿性介質(zhì)中鈍性的影響,另一方面開始研究溶液中反應速率的介質(zhì)效應和非電解質(zhì)溶度的鹽效應。指導研究生用電導法研究了乙酸甲酯在水-二氧六環(huán)混合溶劑中的皂化反應動力學,得出此雙分子反應的反應速率常數(shù)隨二氧六環(huán)摩爾分數(shù)呈線性增加的經(jīng)驗規(guī)律。這項工作因抗日戰(zhàn)爭爆發(fā)而中斷。到20世紀50年代初,黃子卿在清華大學再度進行乙酸乙酯在水-二氧六環(huán)混合溶劑中的皂化反應動力學研究,得出在同一溫度下反應速率常數(shù)隨溶劑介電常數(shù)下降而變小、溫度越高變化越快的結(jié)論,并研究了反應活化能與溶劑組成、介電常數(shù)的關系。在研究速率常數(shù)和活化能的基礎上,他們又對前人關于溶液中離子與分子反應的3個反應速率理論作了檢驗與評價。

20世紀30年代,鹽水體系中非電解質(zhì)活度系數(shù)的理論處理有了一定基礎。當時,黃子卿認識到溶液研究的深入在于進一步了解溶液中分子(包括離子)間相互作用的機制,鹽-水-非電解質(zhì)三元系的性質(zhì)變化具有反映此項本質(zhì)問題的豐富內(nèi)涵。為此,黃子卿在1936—1937年進行了非電解質(zhì)溶度的鹽效應研究,他首先測定了25℃時一些鹽對間-硝基苯甲酸在水中溶解度的鹽效應,得出近似符合德拜—麥考雷和德拜鹽析理論的關系式,求得近似的鹽析常數(shù)。此項研究由于日本侵華而中斷,研究論文于1940年完成,1947年才問世。在這篇論文中,他注意到NaCl和KCl造成間-硝基苯甲酸鹽析,而KBr和KNO3造成其鹽溶。這是只考慮靜電作用的德拜—麥考雷和德拜鹽析理論所無法解釋的。黃子卿等人開始對鹽效應進行系列研究,發(fā)表了一大批論文,提出了鹽效應的機制。后來的一系列研究進一步積累了一些非電解質(zhì)—鹽—水體系性質(zhì)的實驗規(guī)律,檢驗了鹽效應的理論機制。1956年黃子卿應邀赴民主德國講學,系統(tǒng)介紹了他的鹽效應機制,受到同行的重視。

20世紀60年代,黃子卿等人對鄰-、間-、對-三種硝基苯甲酸做了系統(tǒng)全面的研究。研究結(jié)果表明,非電解質(zhì)周圍“冰山”的形成,離子與水的相互作用,離子對水的結(jié)構(gòu)、對由氫鍵形成的水的四面體串群結(jié)構(gòu)的影響等因素,都對非電解質(zhì)分子—離子—水三者在溶液中的相互作用產(chǎn)生影響。比較三種異構(gòu)體,發(fā)現(xiàn)在同一鹽中它們的鹽析常數(shù)頗為接近。三種硝基苯甲酸的偶極矩相近,它們的鹽析常數(shù)也相近。為進一步考察非電解質(zhì)偶極矩對鹽效應常數(shù)的影響,黃子卿選擇了偶極矩差別很大的鄰-、間-、對-二氯苯作為對象,研究其鹽效應。根據(jù)靜電作用理論,偶極矩越大,鹽析常數(shù)越小。由于分光光度法測定二氯苯濃度的實驗精度限制,結(jié)果只在可疑數(shù)字一位上顯示偶極矩大小的次序。黃子卿出于謹慎而未下肯定結(jié)論,但他按BE康韋(Conway)等人的鹽效應公式計算二氯苯3個異構(gòu)體的鹽效應常數(shù),比其他鹽效應理論的計算值更接近實驗測定值。為突出顯示非靜電力對離子溶液性質(zhì)的作用,較低介電常數(shù)的非水溶劑的離子溶液是更恰當?shù)难芯矿w系。20世紀60年代初,這類體系基礎研究的報道還很少,黃子卿當即指導開展了“電解質(zhì)—非水混合溶劑體系”的研究。1965年完成了“電解質(zhì)在混合溶劑中活度系數(shù)和溶劑化數(shù)的研究”這項工作。由于“文化大革命”,研究文章直到1980年才得以發(fā)表,文中報告了一組電解質(zhì)在含甲醇二元溶劑中的溶度,提出了簡單溶劑化模型及其檢驗公式,并給出了一個估算這類體系中離子溶劑化數(shù)的方法,此工作得到國內(nèi)外同行的重視。

黃子卿在執(zhí)教的55年中,曾講授過物理化學、化學熱力學、統(tǒng)計力學、溶液理論等多門課程。他編撰的《物理化學》是我國首部中文物理化學教材,對提高物理化學教學質(zhì)量起了較大的作用。黃子卿積數(shù)十年講授溶液理論課的經(jīng)驗,綜合自己長期從事溶液理論研究的成果,于1964年和1983年先后出版了《電解質(zhì)溶液理論導論》的初版和修訂版,以及《非電解質(zhì)溶液理論導論》等兩本專著。其中《電解質(zhì)溶液理論導論》修訂版獲1988年全國高等學校優(yōu)秀教材獎。黃子卿一生非常重視實驗在化學中的作用。他認為物理化學雖是化學中理論性較強的學科,但它和化學其他各分支學科一樣,是一門實驗科學,實驗與理論相比,實驗更為重要。因此,他諄諄教導學生,要重視科學實驗,要一絲不茍,嚴格可靠。

黃子卿自1951年開始連續(xù)被選為中國化學會第16屆至20屆常務理事和第20屆副理事長;1953年他加入九三學社,并歷任九三學社中央委員、中央常委;1955年當選為中國科學院學部委員(院士);他曾任第二屆至第五屆全國政協(xié)委員。

  黃子卿院士主要著作