Роберт Малликен: Американ физигі және химигі, Нобель жүлдесінің лауреаты

Кіріспе

Америкалық физик және химик (1896–1986)
Нобель сыйлығының лауреаты, химик

Питер Дебай сыйлығы (1963)
Химия бойынша Нобель сыйлығы (1966)
ForMemRS (1967) (7 маусым 1896 – 31 қазан 1986) – американдық физик және химик, негізінен молекулалық орбиталь теориясының бастапқы дамуына, яғни молекулалардың құрылымын есептеуге арналған молекулалық орбиталь әдісін жасауға жауапты болды. Мулликен 1966 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығын және 1983 жылы Пристли медалін алды.

Алғашқы жылдар

Роберт Мулликен Массачусетс штатының Ньюберипорт қаласында дүниеге келген. Оның әкесі, Сэмюэл Парсонс Мулликен, Массачусетс технология институтында органикалық химия профессоры болған. Роберт Мулликен бала кезінде өсімдіктердің атауларын және ботаникалық жіктелуін білді, және жалпы алғанда, өте жақсы, бірақ таңдамалы есте сақтау қабілетіне ие болды. Мысалы, ол колледжде ғылыми неміс тілі курсын өткізу үшін неміс тілін жетік меңгерді, бірақ жоғары мектептегі неміс тілі мұғалімінің есімін есіне ала алмады. Ол сондай-ақ бала кезінде физикалық химик Артур Амос Нойеспен танысқан. Мулликен әкесі органикалық қосылыстарды анықтау жөніндегі төрт томдық еңбегін жазғанда редакциялық жұмыстардың бір бөлігіне көмектесті, осылайша органикалық химиялық номенклатура саласында сарапшы атанды.

Білім

Ньюберипорттағы орта мектепте Мулликен ғылыми бағдарлама бойынша оқыды. Ол 1913 жылы бітіріп, әкесі бұрын жеңіп алған MIT-ге стипендия алды. Әкесі сияқты, ол да химия мамандығын таңдады. Оқу кезінде ол алғашқы жарияланарлық зерттеуін жүргізді: органикалық хлоридтерді синтездеу туралы. Болашағына көзі жетпей, оқу бағдарламасына химиялық инженерия курстарын қосты және Массачусетс және Мэн штаттарындағы химия зауыттарын аралап бір жазды өткізді. 1917 жылы MIT-тен химия бойынша бакалавр дипломын алды.

Ерте мансап

Осы кезде АҚШ Бірінші дүниежүзілік соғысқа енген болатын, ал Мулликен Вашингтондағы Америка университетінде Джеймс Б. Конанттың басшылығымен у газ жасаумен айналысты. Тоғыз айдан кейін ол Армияның Химиялық соғыс қызметіне әскерге шақырылды, бірақ бұрынғы жұмысын жалғастырды. Оның зертханалық тәсілдері жетілмегендіктен, күйік салдарынан бірнеше ай бойы қызметтен шеттетілді. Кейіннен ол ауыр тұмауға шалдығып, соғыс аяқталғанда да ауруханада жатты. Соғыстан кейін ол мырыш оксиді мен карбон қараның резеңкеге тигізетін әсерін зерттеумен айналысты, бірақ бұл химия саласының өзіне ұнамайтынын тез түсінді. Сондықтан 1919 жылы ол Чикаго университетінің докторлық бағдарламасына қабылданды.

Жоғары оқу орнынан кейінгі және докторантурадан кейінгі білім беру

Мулликен 1921 жылы сынап изотоптарын булану арқылы бөлу бойынша зерттеулер негізінде докторлық диссертациясын қорғады және осы әдіс арқылы изотоптарды бөлуді жалғастырды. Чикагода оқып жүргенде Нобель сыйлығының лауреаты Роберт Милликеннің курсына қатысты, бұл оны ескі кванттық теориямен таныстырды. Герман Шлезингердің диборан жөніндегі жұмысына қатысқаннан кейін ол ерекше молекулаларға да қызығушылық танытты. Чикагода ол Ұлттық зерттеулер кеңесінен (NRC) грант алды, ол оның изотоптарды бөлу жөніндегі жұмысының көп бөлігін қаржыландырды. NRC гранты 1923 жылы екі жылға ұзартылды, соның арқасында ол борон нитриді (BN) сияқты диатомдық молекулалардың спектрлік жолақтарындағы изотоптық әсерлерді зерттей алды (B10 және B11 молекулаларын салыстыра отырып). Ол Фредерик А. Сондерстен спектрографиялық техниканы және Э. К. Кемблден кванттық теорияны үйрену үшін Гарвард университетіне барды. Сол кезде ол Дж. Роберт Оппенгеймермен және болашақта Нобель сыйлығын жеңіп алатын Джон Х. Ван Влек және Гарольд С. Урей сияқты көптеген ғалымдармен танысты. Ол сондай-ақ Нильс Бормен жұмыс істеген Джон С. Слейтермен де кездесті. 1925 және 1927 жылдары Мулликен Еуропаға сапар шекті, онда Эрвин Шредингер, Пол А. М. Дирак, Вернер Гейзенберг, Луи де Броли, Макс Борн және Вальтер Боте (барлығы кейіннен Нобель сыйлығын алған) және Фридрих Хунд сияқты көрнекті спектроскопистермен және кванттық теоретиктермен жұмыс істеді. Олардың барлығы, сондай-ақ Вольфганг Паули, ескі кванттық теорияны алмастыратын жаңа кванттық механиканы дамытып жатты. Мулликенге Хундтың ықпалы ерекше болды, ол диатомдық молекулалардың спектрлік жолақтарының кванттық интерпретациясымен айналысты, ал Мулликен Гарвардта сол спектрлерді зерттеген болатын. 1927 жылы Мулликен Хундпен бірлесіп жұмыс істеді және нәтижесінде молекулалық орбитальдық теорияны жасады, онда электрондар бүкіл молекулаға таралатын күйлерге тағайындалады. Сәйкесінше, молекулалық орбитальдық теория Хунд-Мулликен теориясы деп те аталады.

Ғылыми мансабының алғашқы жылдары

1926-1928 жылдары Нью-Йорк университетінің физика кафедрасында оқытты. Бұл физик ретіндегі алғашқы мойныдауы болды. Химиктер оның еңбегін маңызды деп есептесе де, ол екі ғылымның арасындағы шекарада тұрды және осы сәттен бастап екеуі де оны өздеріне тартуға тырысты. Содан кейін ол Чикаго университетіне физиканың қатардағы профессоры болып оралды, 1931 жылы толық профессорлық дәрежеге көтерілді. Ол ақырында физика және химия кафедраларында бірлесіп жұмыс істеді. Нью-Йорк және Чикаго университеттерінде ол молекулалық орбитальдық теорияны жетілдіруді жалғастырды. Осы уақытқа дейін молекулалардың электрондық құрылымын есептеудің басты әдісі 1927 жылы Вальтер Гейтлер мен Фриц Лондонның сутегі молекуласы (H2) бойынша жасаған есептемелеріне негізделген. Джон Слейтер мен Линус Полингтің гибридтелген атомдық орбитальдар тұжырымы, байқалатын молекулалық геометрияны түсіндірді, бұл әдіс кез келген молекуладағы байланыстарды H2-дегі байланыс сияқты, яғни қатысатын атомдарға центрленген атомдық орбитальдардың үстіне жатуы арқылы сипаттауға болады деген қағидатқа негізделген. Бұл әдіс (Валенттік байланыс (VB) немесе Гейтлер-Лондон-Слейтер-Паулинг (HLSP) әдісі деп аталады), химиягерлердің атомдар арасындағы локалданған байланыстар туралы ұғымдарына сәйкес болғандықтан, кең таралды. Қозған күйлердің (энергия көзімен қоздырылған молекулалардың) қасиеттерін есептеуде VB әдісі әрқашан жақсы нәтиже бермейді. Хунд пен Мулликеннің молекулалық орбитальдық әдісі, оның ішінде Джон Леннард-Джонстың еңбектері, молекулалардағы электрондық толқындық функцияларды молекуланың симметриясына ие, кеңейтілген молекулалық орбитальдар ретінде сипаттау арқылы, түрлі молекулалар мен молекулалық фрагменттерге қолдануға икемдірек және тиімдірек болды, соның салдарынан валенттік байланыс әдісін басып озды. Осы жетістіктері үшін ол 1966 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығын алды. Мулликен 1936 жылы Ұлттық ғылым академиясының мүшесі болды, сол кезде ұйым тарихындағы ең жас мүшесі еді. 1940 жылы Америка философиялық қоғамына, ал 1965 жылы Америка өнер және ғылым академиясына сайланды. 1967 жылы Корольдік қоғамның шетелдік мүшесі болып сайланды. Ол Чикаго университетінің геология профессоры Адольф Карл Нойдің қызы Мэри Хелен фон Нойге үйленді. Олардың екі қызы болды.

From 1926 to 1928, he taught in the physics department at New York University (NYU). This was his first recognition as a physicist. Though his work had been considered important by chemists, it clearly was on the borderline between the two sciences and both would claim him from this point on. Then he returned to the University of Chicago as an associate professor of physics, being promoted to full professor in 1931. He ultimately held a position jointly in both the physics and chemistry departments. At both NYU and Chicago, he continued to refine his molecular orbital theory. Up to this point, the primary way to calculate the electronic structure of molecules was based on a calculation by Walter Heitler and Fritz London on the hydrogen molecule (H2) in 1927. With the conception of hybridized atomic orbitals by John C. Slater and Linus Pauling, which rationalized observed molecular geometries, the method was based on the premise that the bonds in any molecule could be described in a manner similar to the bond in H2, namely, as overlapping atomic orbitals centered on the atoms involved. Since it corresponded to chemists' ideas of localized bonds between pairs of atoms, this method (called the Valence Bond (VB) or Heitler London Slater Pauling (HLSP) method), was very popular. In attempting to calculate the properties of excited states (molecules that have been excited by an energy source), the VB method does not always work well. With its description of the electron wave functions in molecules as delocalized molecular orbitals that possess the same symmetry as the molecule, Hund and Mulliken's molecular orbital method, including contributions by John Lennard Jones, proved to be more flexible and applicable to a vast variety of types of molecules and molecular fragments, and has eclipsed the valence bond method. As a result of this development, he received the Nobel Prize in Chemistry in 1966. Mulliken became a member of the National Academy of Sciences in 1936, the youngest member in the organization's history at the time. He was elected to the American Philosophical Society in 1940 and the American Academy of Arts and Sciences in 1965. He was elected a Foreign Member of the Royal Society (ForMemRs) in 1967. he married Mary Helen von Noé, daughter of Adolf Carl Noé, a geology professor at the University of Chicago. They had two daughters.

Кейінгі жылдар

1934 жылы ол элементтердің электронегативтілігін өлшеу үшін жаңа шкала жасады. Бұл Линус Полинг шкаласымен толыққандай сәйкес келмейді, бірақ көбінесе жақын сәйкестік көрсетеді. Екінші дүниежүзілік соғыста, 1942 жылдан 1945 жылға дейін, Мулликен Чикаго университетінің Плутоний жобасының ақпараттық кеңсесіне жетекшілік етті. Соңынан ол молекулалық орбиталық теорияның дамуына көмектесетін математикалық формулаларды әзірледі. 1952 жылы ол кванттық механиканы Льюис қышқылы және негіз молекулалары арасындағы реакцияны талдауға қолдана бастады. (Қышқыл-негіздік реакциялар теориясын қараңыз.) 1961 жылы Флорида мемлекеттік университетінде физика және химия бойынша ерекше профессор атанды және молекулалық құрылымдар мен спектрлерді зерттеуін жалғастырды, бұл зерттеулер екі атомды молекулалардан бастап күрделі агрегаттарға дейін қамтыды. 1981 жылы Мулликен Дүниежүзілік мәдени кеңесінің негісқалаушы мүшесі болды. 1983 жылы Мулликен Америка жетістіктері академиясының Алтын тақтасымен марапатталды. 1985 жылы ол зейнетке шықты. 1975 жылы оның әйелі қайтыс болды. 90 жасқа толғанда, Мулликен 1986 жылғы 31 қазанда Вирджиния штатының Арлингтон округіндегі қызының үйінде жүрек жеткіліксіздігінен қайтыс болды. Оның денесі Чикагоға жерлену үшін жеткізілді.