吴学国，又名吴学周。物理化学家，中国分子光谱研究的奠基人之一和化学科学研究的卓越组织者。

简介

生平

开拓中国分子光谱研究

培养人才

简介

吴学国（１９０２—１９８３），他为中国分子光谱研究和化学科学研究的发展贡献了毕生的精力；他服从建设需要，投身工业基地，组织研究队伍，培养了几代科学研究人才；他在学术上的成就是对多原子分子的电子光谱和分子结构进行了开拓性研究，在振动光谱的应用研究、反应动力学研究和电化学研究中也有建树。

生平

吴学周，字萼晖，号化予，江西省萍乡县人，１９０２年９月２０日出生在一个书香世家，祖父是清朝举人。父亲吴润膏以教私塾为业，１９０９年进了萍乡师范学校改学新学。他的这种尚新求进的行为和孜孜不倦、勤奋读书的风范，对吴学周有着深刻的影响。吴学周小学毕业时，正值北洋军阀混战时期，家境十分艰难，父亲曾一度想让作为长子的吴学周辍学帮助料理家务。后经老师劝说，才免于停学。１９１６年夏吴学周考进萍乡县立中学，接受了自然科学的启蒙教育，开始对理化学习产生了浓厚的兴趣。当时的化学老师有一次在课上对学生大声呼吁：“当今世界弱肉强食，世界列强，窥我山河，仗船坚炮猛，对我中华掠夺蚕食。亡国灭种，近在眉睫。为要救亡图存，必须振兴科学，兴办工业。化学是工业的基础，你们应该学好化学。”这一席话，震撼着吴学周的心灵。当他１９２０年投考南京高等师范学校（后为东南大学）时，便选择了化学这个专业。

１９２４年冬，吴学周以优良成绩毕业于东南大学，通过当时在东南大学执教的张子高教授的极力推荐，回化学系任助教，讲授物理化学和普通化学。后经吴有训鼓励，他参加了江西省教育厅公费留学生考试，以全省第一的考绩取得了公费赴美留学的资格。

１９２８年，吴学周来到美国加州理工学院攻读博士学位，专攻物理化学。这所大学的校长是１９２３年荣获诺贝尔奖的著名物理学家密立根（Ｒ．Ａ．Ｍｉｌｌｉｋａｎ）教授，很多有造诣的科学家云集该校，开展着前沿课题的科学研究工作。由于吴学周学习刻苦，实验技术高超，用了不到三年的时间，便提前完成了学业。１９３１年夏被授予博士学位。同年，他在《美国化学会志》上发表了两篇论文：“ＨＣｌ溶液中四价铱还原成三价铱的还原电位”和“铱的电位测定”。

２０年代中叶到３０年代初，正是量子力学建立和蓬勃发展时期，原子光谱曾为量子力学的建立奠定了实验基础，而新的量子力学理论也以无比的威力推动着实验科学的发展，吴学周锐敏地感到，分子光谱研究将是下一个重要的前沿领域。因此，在做博士论文的同时，便自学了量子力学，并调整研究方向，逐步把目标转到分子光谱领域。他与该校的贝杰（Ｒ．Ｍ．Ｂａｄｇｅｒ）教授合作，开展多原子分子的吸收光谱研究。先后在《美国化学会志》和《物理评论》上发表了“气态卤化氰的吸收光谱结构和解离能”、“近紫外区氰的吸收光谱”和“从光谱数据计算某些简单多原子气态分子的熵”等一系列研究论文。利用该校良好的条件，自己动手设计实验装置，测定了乙炔、乙烯、乙氰、丙烷、氨、碘甲烷和乙醛等１４种气体的远红外光谱，其论文“气态的远红外光谱”后来发表在《物理评论》上。他的这些工作，受到了国际学术界的关注。

分子光谱的研究，在量子力学的发源地欧洲更受到化学物理界的重视，因分子光谱研究而荣获诺贝尔奖的赫兹堡（Ｇ．Ｈｅｒｚｂｅｒｇ）教授当时就在德国从事电子光谱与自由基的光谱研究。为了吸取先进经验，交流学术思想，１９３２年秋，吴学周以访问学者的身份应邀来到德国，在达姆斯塔特（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ）高等工业学校进行合作研究与讲学。在这里他结识了赫兹堡教授，两位年轻学者因共同的研究兴趣而建立了深厚的友谊，因而在二次世界大战时，吴学周曾邀请赫兹堡来华工作和避难。１９８１年，当他们在坎坷的人生旅途经历了５０年风雨之后在中国重逢时，往事的回忆，使他们忘却了语言和民族的不同，沉醉在欢乐的友谊之中。

１９３３年夏，应中央研究院化学研究所所长王琎的邀请，吴学周回国担任化学所的专任研究员。当时这个所以庄长恭、汤元吉、黄耀曾等人从事的有机化学和药物化学的研究实力最强，理论化学研究尚属空白。吴学周带领柳大纲、朱振钧等人，完成了“丁二炔的紫外吸收带”、“氰酸和某些异氰酸酯的吸收光谱和解离能”、“乙氰分子的基频”、“乙氰分子在近紫外区的新吸收带系”、“某些氰酸酯和异氰酯的吸收光谱和分解能”和“乙炔的近紫外吸收带”等十多项研究工作。这些论文先后发表在美国著名的《物理评论》、《化学物理》和德国的《物理化学》等杂志上，开创了我国多原子分子光谱研究的新局面。

抗日战争爆发以后，吴学周为了不中断光谱学研究，决定随化学所迁到后方。他于１９３８年夏，以中法旅行社的名义，经香港、越南等地，辗转万里，把１０２箱图书、设备和仪器运到昆明。鉴于他在迁所过程中表现出的组织管理才能和献身科学精神，中央研究院蔡元培院长委任他为代理所长，主持筹建科学实验馆。在短短的６个月内，建成了临时实验馆，一年以后，永久性实验馆又告落成。这一时期，吴学周大部分精力消耗在事务性的工作中，为建馆呕心沥血，四处联系，多方奔波，倍受同行友好赞誉。由于经费、试剂和仪器等原因，气体吸收光谱研究无法进行，吴学周改为从事溶液和液体光谱研究以及反应动力学研究，着重矿产资源的开发应用。

抗日战争胜利后，吴学周回到上海，仍担任中央研究院化学研究所代所长，还兼任上海交通大学和上海医学院教授，讲授物理化学，直到上海解放。１９４９年，上海回到人民的怀抱。在党和政府的感召下，吴学周使研究所很快地恢复了工作，同年７月，他曾随中华全国第一次自然科学工作者代表大会组织的参观团去东北考察。东北地区的资源和工业建设给他留下了极深的印象，为东北经济建设献身的宏愿开始在心中萌动。

中国科学院成立时，他被任命为中国科学院物理化学研究所所长。１９００年，中国科学院郭沫若院长电邀吴学周来京，商议请他与严济慈、武衡等一起去东北组建科学院东北分院，并对吴学周说：“毛主席提出要建设好东北，你们迁一部分人去那里怎样？”他毫不犹豫地问答：“可以”。于是上海物理化学研究所的３０多名科技人员在吴学周带领下来到长春，与长春综合研究所合并，于１９５４年成立了中国科学院应用化学研究所。吴学周被任命为所长，除“文化大革命”时期中断几年，这个职务一直继续到１９８３年任名誉所长。

开拓中国分子光谱研究

吴学周是中国分子光谱研究的开拓者、奠基人之一。３０年代，国内研究分子光谱的有严济慈、吴学周、吴大猷和陆学善等几个研究组。严济慈着重研究双原子分子气体的电子光谱，吴大猷也刚开始对多原子分子的振动光谱进行实验探索和理论解析，陆学善和其他少数学者则仅有个别工作涉及分子光谱。国外光谱研究的状况与国内相似，绝大部分工作是研究双原子分子。吴学周和柳大纲、朱振钧等人所从事的多原子分子的光谱研究正是当时这个领域的研究前沿。

吴学周发表的第一个光谱工作是“气态卤化氰的吸收光谱，结构和解离能”。他找到了ＣｌＣＮ，ＢｒＣＮ和ＩＣＮ连续吸收光谱的长波极限，从它们的光谱类似性推断出三种分子具有相似的几何结构，由热化学和光谱数据确定常态卤化氰由常态卤素原子和常态ＣＮ基构成，第一激发态则由常态卤素原5子和处于激发态２π的ＣＮ基构成。把光谱数据与分子结构及热力学参数联系起来，开拓了分子光谱的研究和应用领域。

双氰是对称的简单四原子线型分子，其对称性质与几何形状和当时研究得相当成熟的同核双原子分子非常相似，吴学周认为：以这种分子作为模型化合物，考察原子数目增加给光谱带来的变化规律以及怎样由这些变化了的复杂光谱中提取有用的分子信息，对于复杂分子的光谱研究具有理论与实践上的指导意义。就这样，他经历了几个春秋，实验上精益求精，紫外吸收池从５０ｃｍ最后增长到３０００ｃｍ。摄谱装置的分辨率也一再提高，首先在１８２—２３０ｎｍ区确定现称为Ａ←Ｘ的带系，以后又在２４０—３０２ｎｍ区发现一个新的弱吸收带系，在整个２０３—３０２ｎｍ的光谱区内，鉴认了九百多条吸收带。实验之精细，行家无不惊叹。吴学周等根据红外与拉曼光谱的数据，第一个确定了双氰分子的基频振动频率。从电子光谱，他发现Ｃ—Ｎ键伸缩振动频率在电子激发态变小，率先阐明了电子吸收光谱

在研究分子激发态时的意义，尤其是对激发态分子结构的推断为后来利用共振拉曼光谱研究激发态位能面提供了思想基础。关于双氰分子的振动基频归属在这个时期是有争论的，为此，在１９３５年的《中国化学会志》发表了他与柳大纲、朱振钧有关ＸＣＮ和ＸＣＣＸ线型分子的力常数计算公式时，修正了一个基频。对奥耶肯（Ｅｕｃｋｅｎ）和贝尔夫拉姆（Ｂｅｒｆｒａｍ）由比热给出的力常数值与归属，吴学周曾在德国《物理化学杂志》上载文评述，由变形振动及其相互作用力常数的计算指出他们的归属是错误的。

双氰分子紫外光谱的研究成功，增强了吴学周对光谱研究的信心，计划以Ｃ２Ｈ２为对象，通过温度对光谱变化来确认哪些跃迁来自振动基态，哪些来自振动激发态，拿这两组谱带的频率差与红外的拉曼光谱的结果进行比较；利用同位素???桑?sub>２Ｄ２的光谱来鉴认（０，０）带和归属电子基态与激发态的振动频率；利用分辨率高的光栅摄谱仪来分析某些谱带的转动结构，以了解电子跃迁的本质和振动选择定则。后因抗日战争，只完成了第一步设想。他与柳大纲等对乙炔在低于２４３ｎｍ的短波紫外区内，分辨出可归属为Ａ←Ｘ系的一千多条谱带和谱线以及许多转动线。三个带系的强度与温度无关，他认为这些跃迁起始于电子基态中的振动基态。这些谱带间的频差５８０ｃｍ１实际上是电子激发态的振动ｖ４（Ｅｕ）。七个主要带系的频率差１０５０ｃｍ（－１），可归结为这个激发态中的ｖ５振动的泛频２ｖ５。利用光谱的温度效应来鉴别谱带系的起因对电子光谱的研究具有普遍意义。

在上述工作的基础上，吴学周从两个方面开拓他对紫外光谱带系的研究：一是考察不对称线型和非线型分子，一是原子数更多更复杂的对称线型分子。前者如ＨＮＣＯ、ＣＨ３ＮＣＯ、Ｃ２Ｈ５ＮＣＯ、Ｃ６Ｈ５ＮＣＯ、ＣＨ３ＳＣＮ、Ｃ２Ｈ５ＳＣＮ、ＣＨ３ＮＣＳ、Ｃ２Ｈ５ＮＣＳ、ＣＨ２：ＣＨ２ＮＣＳ和Ｃ６Ｈ５ＮＣＳ，后者如丁二快等。上述这些论文均已载入赫兹堡在光谱方面的名著中，有２篇被《分子光谱与分子结构，卷Ⅱ：多原子分子的红外与拉曼光谱》所引用，７篇被《分子光谱与分子结构，卷Ⅲ：多原子分子的电子光谱与电子结构》所引用。

吴学周是我国最早把光谱数据应用于分子常数和热力学函数计算的光谱学者。如氰酸、氰酸酯，异氰酸酯和卤化氰分子的解离能的确定：ＨＣＮ、ＣｌＣＮ、ＢｒＣＮ、ＩＣＮ、Ｃ２Ｎ２和Ｃ２Ｈ２等分子在２９８Ｋ的熵值计算，对光谱研究也是有指导意义的。

吴学周在开展光谱基础研究的同时，就注意了这门学科在物理化学研究中的应用。例如从丁二炔在近紫外区吸收光谱有某些规律与双氰分子类似，确认两者在分子结构上的类似性；由丙酮醛的吸收光谱研究，探讨了共轭Ｃ＝０对吸收带的频率与强度的影响；比较氰酸的分立谱与伯、仲和叔胺的光谱确定它的几何结构应为Ｈ－Ｎ＝Ｃ＝０，并从连续谱的比较推断氰酸甲酯、乙酯和苯酯的结构类似。把结构与光谱参数联系起来正是后来应用光谱的基础。在硫氰酸酯和异硫氰酸酯的吸收光谱考察中，基于每个分子具有两个连续吸收区，求出两种解离能，并认为解离成烷基或芳基，硫氰酸基或异硫氰酸基是初始光化学过程。在装备了红外光谱仪以后，又开展了红外与紫外光谱在化学反应中的应用，例如用光谱监视聚丙烯腈热处理中的特征基团的产生，脱氨反应和分子内部的环化，阐明了反应机理，指出热处理产物是含多核吡啶骈环、结构杂乱的高聚物，而不是理想的均一规整的大共聚体系。

吴学周除了在分子光谱的研究中做出世界性的贡献外，在物理化学的其他领域也有不少成就，３０年代初期在电化学方面的先驱工作，４０年代反应动力学的研究，以及配合光谱研究所建立的定量测试方法都有独到之处，不少方法为后人所采用。

培养人才

吴学周也是一位优秀教育家和杰出的科研组织家。新中国成立以后，百废待兴，最急的是要有一定数量的专家来满足国家经济建设的恢复和发展以及科学事业的需要。吴学周来长春不久，就与长春综合研究所联合举办有２５个单位参加的“Ｘ－线探伤学习会”，６２个单位参加的“极谱分析会”。１９５４年应化所成立后，又举办了５４个单位参加的“光谱分析学习会，”为全国培养了大批科技骨干。１９５８年创办了长春化学学院和附设的化学学校与技工学校，由唐敖庆、钱保功、孙家钟、吴钦义等著名教授。