必须承认,科学有其等级制度。其主要仪器是微分方程的人看不起使用检流计的人,而后者又看不起那些在试管中摆弄粘稠而有异味物质的人。
Gilbert Newton Lewis是美国物理化学家,曾任加州大学伯克利分校化学学院院长。Lewis因发现共价键和电子对概念而闻名,他的Lewis点结构和对价键理论的其他贡献塑造了现代化学键理论。Lewis在化学热力学、光化学和同位素分离方面做出了成功贡献,同时也以其酸碱概念而闻名。Lewis还研究了相对论和量子物理,并在1926年创造了"光子"一词来表示最小的辐射能单位。
G. N. Lewis于1875年出生在马萨诸塞州韦茅斯。在获得哈佛大学化学博士学位并在德国和菲律宾出国研习后,Lewis于1912年移居加州,在加州大学伯克利分校教授化学,并成为化学学院院长,在那里度过了他余生。作为教授,他将热力学原理融入化学课程,并以严格的数学方式改革化学热力学,使其易于普通化学家理解。他开始测量与多种有机和无机化学过程相关的自由能值。1916年,他还提出了他的成键理论,并为化学元素周期表增加了关于电子的信息。1933年,他开始进行同位素分离研究。Lewis与氢合作,成功提纯了重水样品。他随后提出了他的酸碱理论,并在生命的最后几年从事光化学工作。
尽管他被提名41次,G. N. Lewis从未获得诺贝尔化学奖,这导致了一场重大的诺贝尔奖争议。另一方面,Lewis在伯克利指导并影响了众多诺贝尔奖得主,包括Harold Urey(1934年诺贝尔奖)、William F. Giauque(1949年诺贝尔奖)、Glenn T. Seaborg(1951年诺贝尔奖)、Willard Libby(1960年诺贝尔奖)、Melvin Calvin(1961年诺贝尔奖)等,将伯克利变成了世界上最负盛名的化学中心之一。1946年3月23日,Lewis在他的伯克利实验室中被发现已去世,他当时一直在使用氢化物工作;许多人推测他的死亡原因是自杀。Lewis去世后,他的孩子们继承了父亲的化学事业,伯克利校园的Lewis Hall以他的名字命名。
生平
早年生活
Lewis于1875年出生并在马萨诸塞州韦茅斯长大,那里有一条以他名字命名的街道——G.N. Lewis Way,位于Summer Street外。此外,新韦茅斯高中化学系的一个部分也以他的名字命名。Lewis在家接受父母的教育,父亲Frank Wesley Lewis是一位性格独立的律师,母亲是Mary Burr White Lewis。他在三岁时就开始阅读,智力发育超常。1884年,他的家人搬到了内布拉斯加州林肯,1889年他在大学预科学校获得了第一次正规教育。
1893年,在内布拉斯加大学学习两年后,Lewis转入哈佛大学,并于1896年获得学士学位。在Phillips Academy Andover教了一年书后,Lewis回到哈佛与物理化学家T. W. Richards一起学习,并于1899年获得博士学位,论文主题是电化学电势。在哈佛教了一年书后,Lewis获得了前往德国的访问奖学金,德国是物理化学的中心。他在哥廷根与Walther Nernst以及在莱比锡与Wilhelm Ostwald一起学习。在Nernst的实验室工作时,Lewis似乎与Nernst产生了终身的对立。在随后的几年里,Lewis开始多次批评和谴责他的前任老师,称Nernst关于热定理的工作是"化学历史上令人遗憾的一集"。Nernst的瑞典朋友Wilhelm Palmær是诺贝尔化学委员会的成员。有证据表明,他利用诺贝尔提名和报告程序来阻止Lewis获得热力学诺贝尔奖,通过三次提名Lewis获奖,然后利用他作为委员会成员的身份撰写负面报告。
哈佛、马尼拉和MIT
在Nernst实验室后,Lewis于1901年作为讲师回到哈佛,又教了三年。他被任命为热力学和电化学讲师。1904年,Lewis获得假期,成为菲律宾马尼拉科学局的权重和度量主管。第二年,当马萨诸塞理工学院MIT聘请他担任教职时,他回到了马萨诸塞州剑桥,在那里他有机会加入由Arthur Amos Noyes领导的杰出物理化学家团队。他于1907年成为副教授,1908年成为副教授,1911年成为正教授。
加州大学伯克利分校
G. N. Lewis于1912年离开MIT,成为加州大学伯克利分校物理化学教授和化学学院院长。1912年6月21日,他与Mary Hinckley Sheldon结婚,后者是哈佛大学罗曼语言教授的女儿。他们有两个儿子,都成为了化学教授,还有一个女儿。1913年,他在伯克利加入了Alpha Chi Sigma,这是专业化学兼职学会。
在伯克利期间,Lewis指导并影响了许多未来的诺贝尔奖得主,包括Harold Urey(1934年诺贝尔奖)、William F. Giauque(1949年诺贝尔奖)、Glenn T. Seaborg(1951年诺贝尔奖)、Willard Libby(1960年诺贝尔奖)、Melvin Calvin(1961年诺贝尔奖)等。由于他的努力,伯克利化学学院成为了世界顶级化学中心之一。1913年,他被选入美国国家科学院。他于1934年辞职,拒绝说明辞职原因;据推测,这可能是由于对该机构内部政治的纠纷或他提名的人未被当选。他的辞职决定可能是由对1934年诺贝尔化学奖颁给他的学生Harold Urey的怨恨引起的,该奖是为了表彰其对氘的发现,而Lewis几乎肯定认为自己应该因其在重水提纯和表征方面的工作而分享这个奖项。
死亡
1946年3月23日,一名研究生在伯克利的实验室工作台下发现了Lewis的尸体。Lewis一直在进行液态氢化物实验,破裂管道中的致命气体泄漏到实验室。验尸官裁定死因是冠状动脉疾病,因为没有任何紫绀迹象,但有些人认为这可能是一场自杀。伯克利荣誉退休教授William Jolly在其1987年出版的加州大学伯克利分校化学学院历史《From Retorts to Lasers》中报告了关于Lewis死亡的各种观点,他写道部门的一位高管认为Lewis曾自杀。
如果Lewis的死亡确实是自杀,一个可能的解释是由与Irving Langmuir的午餐引起的抑郁症。Langmuir和Lewis有长期的对立,可以追溯到Langmuir对Lewis化学键理论的扩展。Langmuir因其在表面化学方面的工作而获得了1932年诺贝尔化学奖,而Lewis尽管被提名41次但未获得该奖。在Lewis去世当天,Langmuir和Lewis在伯克利共进午餐,这是Michael Kasha多年后才回忆起的一次会面。同事们报告说,Lewis从午餐回来时心情沉重,与一些同事进行了一场令人沮丧的桥牌游戏,然后回到他的实验室工作。一小时后,他被发现已去世。Langmuir存放在国会图书馆的文件证实他当天曾在伯克利校园接受荣誉学位。
伯克利的Lewis Hall建于1948年,以他的名字命名。
科学成就
热力学
Lewis大部分持久的兴趣起源于他的哈佛岁月。最重要的是热力学,Richards当时在这一领域非常活跃。虽然大多数重要的热力学关系在1895年之前就已为人所知,但它们被视为孤立的方程式,尚未被理性化为一个逻辑系统,从该系统中,给定一个关系,其余的可以推导出来。此外,这些关系是不精确的,仅适用于理想化学系统。这是理论热力学的两个突出问题。在1900年和1901年的两篇长篇且宏大的理论论文中,Lewis试图提供解决方案。Lewis引入了热力学活性概念,并创造了"逸度"一词。他关于逸度或"逸出趋势"的新想法是一个具有压力量纲的函数,表示物质从一种化学相转移到另一种化学相的趋势。Lewis认为逸度是可以推导出真实热力学关系系统的基本原理。这个希望未能实现,尽管逸度确实在真实气体的描述中找到了永久的位置。
Lewis的早期论文也显示了他对J. W. Gibbs和P. Duhem的自由能和热力学势想法的异常先进理解。这些想法为物理学家和数学家所熟知,但对于大多数实践化学家来说并不为人所知,他们认为这些想法是深奥的,不适用于化学系统。大多数化学家依赖于Berthelot、Ostwald和Van't Hoff的熟悉的热力学热焓以及热量测定学派。反应热当然不是化学变化发生趋势的衡量,Lewis意识到只有自由能和熵才能提供精确的化学热力学。他从逸度推导出自由能;他试图获得熵函数的精确表达式但未成功,在1901年,低温下的熵函数尚未被定义。Richards也尝试过但未成功,直到Nernst在1907年成功才有可能明确地计算熵。虽然Lewis基于逸度的系统没有持久,但他对自由能和熵的早期兴趣被证明是最富有成果的,他职业生涯的大部分时间都致力于使这些有用的概念对实践化学家易于接受。
在哈佛,Lewis也写了一篇关于黑体辐射热力学的理论论文,其中他假设光具有压力。他后来透露他曾因年长且保守的同事的劝阻而放弃了这个想法,这些同事不知道Wilhelm Wien和其他人正在成功地追求相同的思路。Lewis的论文未被发表;但他对辐射和量子理论的兴趣,以及后来对相对论的兴趣,源于这个早期的、流产的尝试。从他职业生涯的开始,Lewis就把自己视为化学家和物理学家兼而有之。
价键理论
大约1902年,Lewis开始在讲义中使用立方原子的未发表图纸,其中立方体的各个角代表可能的电子位置。Lewis后来在其1916年关于化学键的经典论文中引用了这些笔记,称其为他想法的第一次表达。

起源于Lewis哈佛岁月的第三个重要兴趣是他的价键理论。1902年,在试图向学生解释价键定律时,Lewis想到了原子是由同心立方体序列组成的想法,电子在每个角上。这个"立方原子"解释了周期表中八个元素的循环,并符合当时广泛接受的信念,即化学键是通过电子转移形成的,使每个原子获得完整的八个电子。这种价键电化学理论在1904年Richard Abegg的工作中找到了最详尽的表达,但Lewis的这一理论版本是唯一具体化为原子模型的。同样,Lewis的理论在他的哈佛导师中不受重视,正如当时大多数美国化学家一样,他们对此类推测没有兴趣。Lewis没有发表他的立方原子理论,但在1916年它成为了他的共享电子对键理论的重要组成部分。
1916年,他发表了他关于化学键的经典论文《原子和分子》,其中他阐述了后来被称为共价键的想法,由共享的电子对组成,并他定义了奇分子一词(现代术语是自由基),当一个电子未被共享时。他包括了后来被称为Lewis点结构的东西以及立方原子模型。这些关于化学键的想法被Irving Langmuir发展,并成为Linus Pauling关于化学键性质研究的灵感来源。
酸碱
1923年,他制定了酸碱反应的电子对理论。在这个酸碱理论中,"Lewis酸"是电子对受体,"Lewis碱"是电子对供体。这一年他也发表了一部关于其化学键理论的专著



