НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ – 1966 ГОДИНА – ХИМИЯ – РОБЪРТ С. МЪЛИКЕН

Робърт С. Мъликен (Robert S. Mulliken)

7 юни 1896 г. – 31 октомври 1986 г.

Нобелова награда за химия

(За фундаменталната му работа върху химичните връзки и електронната структура на молекулите, осъществена с метода на молекулните орбитали.)

Американският химик Робърт Сандерсън Мъликен е роден в Нюбърипорт (щат Масачузетс) в семейството на Самуел Парсън Мъликен, професор по органична химия в Масачузетския технологичен институт, и Кетрин (Уилмърт) Мъликен. Мъликен проявява интерес към структурата на молекулите, още когато учи в средното училище, където докладът му при завършването на училището има напълно характерно заглавие: „Електронът: какво е това и какво прави“ („The Electron: What It Is and What It Does“). Като получава през 1917 г. степента бакалавър по химия в Масачузетския технологичен институт, Мъликен работи в продължение на две години в Минното бюро на САЩ, във войските за химическа защита и в „Ню Джърси цинк къмпани“. През 1919 г. започва аспирантура по химия в Чикагския университет, а през 1921 г. получава докторска степен по физическа химия, като защитава дисертация по химия за разделянето на живачните изотопи по метода на фракционната дестилация. (Изотопите са разновидности на един и същи химически елемент, чиито атомни ядра съдържат еднакъв брой протони, но различен брой неутрони.) Стипендия на Държавния научноизследователски съвет позволява на Мъликен да продължи изучаването на поведението на изотопите в Харвардския университет. В хода на своите изследвания той започва да се интересува от влиянието на изотопите върху линейните спектри на двуатомните и.

Когато преминават във възбудено състояние (например при повишаване на температурата), атомите излъчват светлина с характерен спектър, така че линиите на специфичното оцветяване се намират на определено разстояние една от друга. Като прилага законите на квантовата теория, разработена от Макс Планк и Алберт Айнщайн през първото десетилетие на ХХ в., Нилс Бор създава модел на атома, в който електроните „се допускат“ само на енергетични равнища (орбитали). Спектралните линии показват дължината на вълната на светлинната енергия, излъчвана в момента, когато електроните „прескачат“ от едно допустимо за тях състояние на друго.

Молекулите, основни звена на химичните съединения, също имат характерни спектри, по-сложни от спектрите на отделните атоми. Допълнителни състояния на възбуждане в молекулата – вътрешна атомна вибрация, молекулно въртене и промяна на конфигурацията – водят до емисии (излъчване) на енергия с по-широк диапазон на дължината на вълната. Така че молекулният спектър се състои по-скоро от широки ленти, отколкото от линии.

Като осъзнава, че квантовата теория има решаващо значение за неговата работа, Мъликен заминава през 1925 г. за Европа, за да се образова при водещи физици и специалисти по спектроскопия. През 1926 г. се връща в САЩ като асистент-професор по физика в колежа „Вашингтон скеуър“ към Нюйоркския университет. Ервин Шрьодингер, Макс Борн и Вернер Хайзенберг по това време току-що са публикували подробни математически изчисления, свързани с квантовата теория. В тях има формули, които могат да се използват, за да бъде описано поведението на електроните в атомите. Въпреки това електронната структура на молекулите се поддава много трудно на анализ. През 1927 г. Мъликен, работейки с Фридрих Хунд в Гьотингенския университет в Германия, предполага, че атомите се съединяват така в молекули при процес, наречен образуване на химични връзки, че техните външни електрони се асоциират с молекулата като цяло. Следователно външните електрони на молекулата, които определят много от нейните важни свойства, се намират на молекулни орбитали, а не на орбиталите на отделните атоми. Мъликен доказва, че молекулните орбитали могат да бъдат описани с помощта на точни математически формули, благодарение на което може да се предскажат до значителни детайли физичните и химичните свойства на веществото.

През 1928 г. Мъликен, вече получил международно признание благодарение на своята работа, става адюнкт-професор по физика в Чикагския университет, а през 1931 г. – професор. От 1957 до 1961 г. е заслужил професор на Чикагския университет.

През 1916 г. Гилбърт Н. Луис обосновава теоретически, че образуването на химични връзки става благодарение на образуването на обща двойка електрони между атомите в молекулата. Лайнъс К. Полинг и неговите колеги, като свързват тази концепция с принципите на квантовата механика, създават теория за образуването на химични връзки, която описва много точно молекулите, притежаващи прости химични връзки (връзки, образувани от една двойка електрони). Но тази така наречена теория за резонанса не подхожда за описване на молекулите с по-сложна структура на химичните връзки. Теорията за резонанса разглежда обобществяването на електроните от атомите като локализирана връзка, при която всеки атом запазва своята основна електронна конфигурация. В молекулите с кратни връзки обобществените електрони заемат значително по-голям обем и между тях се появява взаимно отблъскване, което не може да бъде описано от гледна точка на локализацията на химичните връзки. Мъликен успява да докаже преимуществото на своя модел за образуване на молекулните химически връзки при анализиране на комплексните молекули, а също така да установи формата и относителните енергии на орбиталите за много съединения.

Мъликен продължава да изследва основните механизми на молекулната структура, съчетавайки спектроскопичния анализ със сложни теоретични изчисления. Тази работа разширява значително границите на знанията за образуването на химични връзки и особено за поведението на молекулите, когато много електрони и молекулни групи си взаимодействат активно. Изобретяването на универсалния компютър осигурява на учените мощен инструмент, а Мъликен и неговите колеги създават първи машинни програми за разшифроване на молекулната структура. През 50-те години те използват тези програми за описване на поведението на комплекси с пренасяне на заряда – относително слаба асоциация на различни молекули, които обобщават електрони и поглъщат активно светлина. Комплексите с пренасяне на заряда „са отговорни“ за голяма част от известните органични полупроводници, фотопроводници, проводници и суперпроводници.

По време на Втората световна война Мъликен заема поста директор по учебната информационна работа над плутониевия проект в Чикагския университет, а през 1955 г. е аташе по научните въпроси в посолството на САЩ в Лондон.

Освен че работи в Чикагския университет, Мъликен чете много лекции навън. През 1960 г. чете лекции в университета „Корнел“, а през 1965 г. – в Йейлския университет. По това време, през 1965 г., е поканен за професор в Амстердамския университет. След официалната си оставка през 1961 г. като заслужил професор по физика и химия продължава да работи в Чикагския университет. От 1965 до 1971 г. заема през зимните месеци и длъжността заслужил професор по химична физика във Флоридския държавен университет.

През 1929 г. Мъликен се жени за Мери Хелен фон Ной, дъщеря на австрийски геолог, имигрант в САЩ и преподавател в Чикагския университет. Семейството има две дъщери. Мъликен е непретенциозен, добродушен човек. Има широки познания в областта на ботаниката, кара с удоволствие кола, любител е на източните килими, увлича го изкуството. Умира в Арлингтън, щат Виржиния.

Освен с Нобелова награда Мъликен е удостоен от Американското химическо дружество с медала Гилбърт Нютон Луис (1960 г.), с медала Теодор Уилям Ричардс (1960 г.), с наградата Петер Дебай за физическа химия (1963 г.) и с медала Уилърд Гибс (1965 г.). Член е на американската Национална академия на науките, на Американската асоциация за съдействие на развитието на науката и на Американската академия на науките и изкуствата, а също така е чуждестранен член на Лондонското кралско дружество. Има почетни степени от Колумбийския, Кеймбриджкия и Стокхолмския университет.

Превод от руски: Павел Б. Николов