刘若庄

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刘若庄,量子化学家。1925年5月25日生。北京市人。1947年毕业于北京辅仁大学化学系,同年考取北京大学物理化学专业研究生,1950年毕业。是1963年9月至1965年7月教育部委托吉林大学举办的物质结构学术讨论班成员。历任辅仁大学、北京大学、北京师范大学化学系助教、讲师和副教授,1959年任北京师范大学化学系物理化学教研室主任,1979年任北京师范大学化学系教授、校学位委员会副主任。1978年任国家科委化学学科组成员。1981年国务院批准为第一届博士研究生导师。1985年任墨西哥国立大学Moshinsky讲座客座教授。

刘若庄 - 简介

刘若庄,物理化学家和教育家。毕生致力于物理化学尤其是量子化学的科学研究和教育工作。他的主要贡献是创造性地将量子化学理论和计算方法应用于研究实际化学问题并取得优秀成果。在应用量子化学和培养化学专业人才方面作出了贡献。

刘若庄 - 个人简历

1925年5月25日 出生于北京市。

1943年9月至1947年7月 北京辅仁大学化学系毕业,获理学士学位。

1947年9月至1950年7月 北京大学化学系研究生毕业。

1950年3月至1951年7月 北京大学化学系助教。

1951年9月至1952年7月 北京辅仁大学化学系讲师,兼任北京大学化学系讲师。

1952年9月至1956年7月 北京师范大学化学系讲师、副教授。

1963年9月至1965年7月 为教育部委托吉林大学主办的物质结构学术讨论班成员。

1979年7月至今 北京师范大学化学系教授、量子化学研究室主任、校务委员会和学位委员会副主任;中国科学院感光化学研究所兼任研究员,中国科技大学、江西师范大学兼任教授。

1978年 国家科学技术委员会化学学科组组员。

1981年 博士生导师。

1984-1990年 国家教委理科化学教材编审委员会副主任。

1985年 墨西哥国立大学讲座客座教授。

1986-1990年 中国化学会第廿二届常务理事(1986-1990)和第廿四届常务理事(1994-1998)。

1987年至今 北京化学会十三、十四届理事会理事长。

1988-1994年 国家自然科学基金委员会物理化学评审组评委。

1991-1995年 国家教委理科化学教学指导委员会副主任。

1991年 当选为中国科学院院士。

刘若庄 - 个人简介

刘若庄在北京大学攻读研究生期间,先后在袁翰青、孙承谔教授指导下从事有机化学和物理化学研究,同时师从唐敖庆教授攻读《统计力学》、《量子化学》并选修了许多数学物理系的课程。不同领域中名师的严格指导加之刘若庄的努力,使他不仅学会了科学研究的方法,也由此进入了理论化学的科学殿堂,为后来作出具有特色的成果奠定了扎实的理论基础。

刘若庄所涉及的主要研究领域包括:化学反应微观机理和沿反应途径势能面及动态学,氢键和分子间相互作用力,化合物的结构和性能,有机导体和半导体的理论和应用以及配位场理论方法等。其中最重要的、在中国外有较大影响的研究工作是创造性地将量子化学理论及计算方法应用于研究有机化学反应途径和动态学问题,形成了达到国际先进水平的具有特色的系统研究成果。

刘若庄于40年代末开始从事科学研究。1950年6月以“Specific Heat by Mechanical Quadratures”研究论文通过研究生答辩并发表于同年的《中国化学会会志》。随后关于杂化轨道理论的研究论文成为1957年中国科学院三等奖获奖文章之一。50年代中期,他开始独立进行科学研究。1956年,在水分子间氢键键能一文中利用量子化学方法并考虑到电子云之间的多极矩作用研究氢键的静电相互作用,优于当时国际上流行的点电荷的模型,被《十年来中国的科学(化学卷)》所引用。

刘若庄 - 科学研究

1963年9月,刘若庄成为教育部委托唐敖庆教授主持下的吉林大学物质结构学术讨论班成员。在为期两年的研讨中,讨论班集体在唐敖庆教授指导下对配位场理论的发展作出了贡献。

经过“文化大革命”的刘若庄全身心地投入到科研和教学工作,力争把失去的时间抢回来。他把科研的重心放在将量子化学理论和计算方法应用于研究实际化学问题上,在中国首先采用能量梯度优化技术和内禀反应坐标(IRC)方法并结合多体微扰理论、多重组态相互作用等电子相关能校正方法深入细致地探讨和分析了系列有机化学反应机理如(取代)烯烃加成反应、异构化反应、自由基反应、自旋禁阻反应和光化学反应等。同时还特别注重对方法的提出、扩展和改进,机理的验证、诠释和推断,规律的发现、总结和推广,完成了赝势能量分解方案和赝势能量梯度法,使含重原子的化学反应机理的研究得以实现,并利用该程序研究卤素和乙烯的加成反应获得了与实验一致的结果(1984年);最先将优化过渡态和探讨反应途径的方法扩大到半经验分子轨道方法MINDO/3上并使之能具体用于含原子数较多的化学反应体系,缓解了当时计算能力不足的矛盾(1986年);用MCSCF研究反应途径问题并预计了某些实验上难以观察的异构体如HON、、HCOO+由于有一定势垒而存在,其中HCOO+已为实验所证实(1986年);将能量分解方案发展用于研究反应过程中的过渡态和中间体各组分间的作用本质并明确提出了取代基团在化学反应中的主要作用并非是传统上认为的改变了反应物的电荷分布,而是改变了反应物之间的作用本质的新概念,发现不同的进攻试剂和取代基主要通过改变过渡态或中间体的构型从而影响反应机制的重要事实,从而加深了人们对化学反应的认识(1983~1987年);首次将只能用于双原子体系的分子中原子近似扩充到多原子体系并与有效单电子旋轨耦合算符相结合,发现HNCO(X1A’)→CO(X1∑)+NH(X3∑)自旋禁阻反应得以进行的原因是在不同自旋态的势能面交点附近,态的混合使体系从一个态向另一个态转化所致(1994 年);揭示了CH自由基与NH3、H2O、HF的插入反应在一定温度区域存在负表观活化能的根源是在过渡态之前生成了电子授受络合物中间体(1996年);在光化学研究领域他将反应途径方法创造性地用于研究激发态反应的全过程;对有争议的反应如亚硝酸甲酯的光解,支持了与量子效率实验一致的首先光解而不是内消除的反应机理(1988年);分析了ClSP不易被实验观察到的原因并推测了它在光化学反应中存在的可能性(1994年);解析了烯丙醇光异构化通过双自由基中间体生成丙烯醇再异构化为丙醛的反应机理(1995年)等。

“八五”期间,刘若庄负责主持国家自然科学基金重大项目子课题《分子反应势能剖面及动态学理论研究》。该课题将化学反应的微观机理的探讨深入到沿反应途径动态学问题研究。90年代以来,对一系列重要自由基和小分子基元反应进行了系统的建立在反应途径基础上的直接动态学计算:证实仅利用反应途径势能面就能得到与实验可比较的速率常数及某些反应动态学信息;揭示了振动选态反应中与反应坐标强烈耦合而且在过渡态前振动频率应有所降低的振动自由度的激发是促进反应进行的重要手段;首次从计算证实只要与反应坐标强烈耦合,即使不是断裂或生成键的振动激发也可促进反应的推测;提供了能够促进反应发生的可能振动模式和进行振动选态反应的动态学许多数据等。

刘若庄 - 应用研究

在有机导体和半导体的理论和应用研究方面,刘若庄同样做出了具有自己特色的创造性工作:在从头算基础上提出了定量微扰晶体轨道新方法并用于研究导电高分子的结构和性能(1987 年);同时将晶体轨道法扩展到含过渡金属原子的线性高聚物,推导了新的矩阵元公式并使之程序化用以研究过渡金属夹心高聚物(1990年)。用形变势理论研究了准一维电荷迁移晶体中电子与声子的相互作用,首次推导出电声子耦合常数的显式,从而得到计算一维导体发生Peierls相变温度Tp的公式,证明Peierls相变主要来自于电—声相互作用,而电子—电子相互作用是次要的(1993年)。与此同时,在内坐标形式的核动能算符建立的方法中又进行了探索性工作:提出并运用相对简单的角动量方法推导了四粒子体系在分子坐标系中的核动能算符,并将该方法推广用于多原子分子体系,同时通过引进参数使得核动能算符能够用于不同类型的分子坐标系和适宜于研究不同的振转问题(1996年)。

80年代后刘若庄先后受邀在美国6所著名大学作学术报告,在太平洋地区化学会、中日双边理论化学会、中以双边动力学会、全国量子化学会、全国动力学会、物理有机会作专题报告。他主持过多次中国外学术研讨会如中日双边理论化学会、全国量子生物化学会。这些学术活动促进了中国外学术交流,受到了与会者的好评。

刘若庄 - 科研成果

《统计力学》

 刘若庄在北京大学攻读研究生期间,先后在袁翰青、孙承谔教授指导下从事有机化学和物理化学研究,同时师从唐敖庆教授攻读《统计力学》、《量子化学》并选修了许多数学物理系的课程。不同领域中名师的严格指导加之刘若庄的努力,使他不仅学会了科学研究的方法,也由此进入了理论化学的科学殿堂,为后来作出具有特色的成果奠定了扎实的理论基础。

主要研究领域

刘若庄所涉及的主要研究领域包括:化学反应微观机理和沿反应途径势能面及动态学,氢键和分子间相互作用力,化合物的结构和性能,有机导体和半导体的理论和应用以及配位场理论方法等。其中最重要的、在中国外有较大影响的研究工作是他创造性地将量子化学理论及计算方法应用于研究有机化学反应途径和动态学问题,形成了达到国际先进水平的具有特色的系统研究成果。

 

二异丙苯异构化反应

 1963年9月,刘若庄成为教育部委托唐敖庆教授主持下的吉林大学物质结构学术讨论班成员。在为期两年的研讨中,讨论班集体在唐敖庆教授指导下对配位场理论的发展作出了贡献。经过“文化大革命”的刘若庄全身心地投入到科研和教学工作,力争把失去的时间抢回来。他把科研的重心放在将量子化学理论和计算方法应用于研究实际化学问题上,在中国首先采用能量梯度优化技术和内禀反应坐标(IRC)方法并结合多体微扰理论、多重组态相互作用等电子相关能校正方法深入细致地探讨和分析了系列有机化学反应机理如(取代)烯烃加成反应、异构化反应、自由基反应、自旋禁阻反应和光化学反应等。同时还特别注重对方法的提出、扩展和改进,机理的验证、诠释和推断,规律的发现、总结和推广,完成了赝势能量分解方案和赝势能量梯度法,使含重原子的化学反应机理的研究得以实现,并利用该程序研究卤素和乙烯的加成反应获得了与实验一致的结果(1984年);最先将优化过渡态和探讨反应途径的方法扩大到半经验分子轨道方法MINDO/3上并使之能具体用于含原子数较多的化学反应体系,缓解了当时计算能力不足的矛盾(1986年);用MCSCF研究反应途径问题并预计了某些实验上难以观察的异构体如HON、HCOO+由于有一定势垒而存在,其中HCOO+已为实验所证实(1986年);将能量分解方案发展用于研究反应过程中的过渡态和中间体各组分间的作用本质并明确提出了取代基团在化学反应中的主要作用并非是传统上认为的改变了反应物的电荷分布,而是改变了反应物之间的作用本质的新概念,发现不同的进攻试剂和取代基主要通过改变过渡态或中间体的构型从而影响反应机制的重要事实,从而加深了人们对化学反应的认识(1983~1987年);首次将只能用于双原子体系的分子中原子近似扩充到多原子体系并与有效单电子旋轨耦合算符相结合,发现HNCO(X1A’)→CO(X1∑)+NH(X3∑)自旋禁阻反应得以进行的原因是在不同自旋态的势能面交点附近,态的混合使体系从一个态向另一个态转化所致(1994 年);揭示了CH自由基与NH3、H2O、HF的插入反应在一定温度区域存在负表观活化能的根源是在过渡态之前生成了电子授受络合物中间体(1996年);在光化学研究领域他将反应途径方法创造性地用于研究激发态反应的全过程;对有争议的反应如亚硝酸甲酯的光解,支持了与量子效率实验一致的首先光解而不是内消除的反应机理(1988年);分析了ClSP不易被实验观察到的原因并推测了它在光化学反应中存在的可能性(1994年);解析了烯丙醇光异构化通过双自由基中间体生成丙烯醇再异构化为丙醛的反应机理(1995年)等。   

“八五”期间,刘若庄负责主持国家自然科学基金重大项目子课题《分子反应势能剖面及动态学理论研究》。该课题将化学反应的微观机理的探讨深入到沿反应途径动态学问题研究。90年代以来,对一系列重要自由基和小分子基元反应进行了系统的建立在反应途径基础上的直接动态学计算:证实仅利用反应途径势能面就能得到与实验可比较的速率常数及某些反应动态学信息;揭示了振动选态反应中与反应坐标强烈耦合而且在过渡态前振动频率应有所降低的振动自由度的激发是促进反应进行的重要手段;首次从计算证实只要与反应坐标强烈耦合,即使不是断裂或生成键的振动激发也可促进反应的推测;提供了能够促进反应发生的可能振动模式和进行振动选态反应的动态学许多数据等。

分子模型

 在有机导体和半导体的理论和应用研究方面,刘若庄同样做出了具有自己特色的创造性工作:在从头算基础上提出了定量微扰晶体轨道新方法并用于研究导电高分子的结构和性能(1987 年);同时将晶体轨道法扩展到含过渡金属原子的线性高聚物,推导了新的矩阵元公式并使之程序化用以研究过渡金属夹心高聚物(1990年)。用形变势理论研究了准一维电荷迁移晶体中电子与声子的相互作用,首次推导出电声子耦合常数的显式,从而得到计算一维导体发生Peierls相变温度Tp的公式,证明Peierls相变主要来自于电—声相互作用,而电子—电子相互作用是次要的(1993年)。与此同时,在内坐标形式的核动能算符建立的方法中又进行了探索性工作:提出并运用相对简单的角动量方法推导了四粒子体系在分子坐标系中的核动能算符,并将该方法推广用于多原子分子体系,同时通过引进参数使得核动能算符能够用于不同类型的分子坐标系和适宜于研究不同的振转问题(1996年)。

刘若庄 - 荣誉

 刘若庄于40年代末开始从事科学研究。1950年6月以“Specific Heat by Mechanical Quadratures”研究论文通过研究生答辩并发表于同年的《中国化学会会志》。随后关于杂化轨道理论的研究论文成为1957年中国科学院三等奖获奖文章之一。50年代中期,他开始独立进行科学研究。1956年,在《水分子间氢键键能》一文中利用量子化学方法并考虑到电子云之间的多极矩作用研究氢键的静电相互作用,优于当时国际上流行的点电荷的模型,被《十年来中国的科学(化学卷)》所引用。

刘若庄 - 学术交流

 80年代后刘若庄先后受邀在美国6所著名大学作学术报告,在太平洋地区化学会、中日双边理论化学会、中以双边动力学会、全国量子化学会、全国动力学会、物理有机会作专题报告。他主持过多次中国外学术研讨会如中日双边理论化学会、全国量子生物化学会。这些学术活动促进了中国外学术交流,受到了与会者的好评。

刘若庄 - 生平介绍

刘若庄1925年5 月出生于北京市。物理化学家。1999年当选为中国科学院院士。1956年加入九三学社。

刘若庄在中学就不得不在读书之余从事家教以缓解家庭生活的拮据,而且为了不在日本人管理的学校中学习,他不得不多次转学。即使这样,他的成绩总是名列全班第一。1943年高中毕业,考人辅仁大学化学系。大学期间,刘若庄依靠每年获得的高额奖学金维持学习,顺利完成了学业。

1947年秋,刘若庄于辅仁大学化学系毕业,以优异成绩考人北京大学化学系攻读化学专业研究生。读研期间,他先师从袁翰青教授进行有机化学研究,以实验方法研究氢键体系,这是他日后与氢键乃至整个有机化学有不解之缘的渊源所在。后转入孙承谔教授名下开始物理化学的科学研究。1949年,他在《中国化学会会志》上用英文发表了第一篇研究论文“修正特鲁顿规则(Modified Trouton's Rule)”,锋芒初露。

1950年3月.还未进行毕业论文答辩的刘若庄因勤奋好学、成绩优秀提前留在北京大学任教。在带《有机化学》和《定量分析》实验的同时,他开始翻译英文版的《定性分析理论基础》,于1951年由商务印书馆出版。该书作为大学丛书之一,成为50年代重要的教材和参考书。1950年6月刘若庄以“用机械求积法计算比热”顺利通过研究生答辩,其研究论文发表于同年的《中国化学会会志》。在从事物理化学助教工作的同时,他在唐敖庆教授指导下,开始涉足量子化学研究。关于“六价键函数”的研究获中国科学院三等奖。不同领域中名师的严格指导加之刘若庄本人的勤奋努力,使他不仅学会了科学研究的方法,也由此进入了理论化学的研究殿堂,为其后作出具有特色的优秀研究成果奠定了扎实的理论基础。

1951年9月,兼任辅仁大学化学系主任的邢其毅先生聘请刘若庄为辅仁大学化学系讲师,他同时荣任北京大学化学系讲师。当时,刘若庄在辅仁大学主讲的《化学数学》和在北京大学讲授的《普通化学》课程都倍受学生的欢迎,由此也逐渐开成了自己独特的讲课风格。

1952年的院系调整使得刘若庄成为北京师范大学的一员并一直工作至今。在北师大化学系,他主讲《物理化学》、(物质结构)等多门课程,精彩生动的讲课不仅得益于他对学习思维的揣摩,更得益于他追踪科学前沿并独立开展科学研究工作。1956年在“水分子间氢键键能”的研究论文中,刘若庄利用量子化学方法并考虑到电子云之间的多极矩作用研究氢键的静电相互作用,优于当时国际上流行的点电荷的模型,被《十年来中国的科学(化学卷)》所引用。在讲课和科研之余,刘若庄和其他同志合作翻译了俄文版的《高压下的化学平衡和反应速度》、《化学热力学例题与习题》及德文版的《化学计算》,这些译著在当时都是极为抢手的教学参考书。1956年9月,刘若庄因成绩突出晋升为副教授,同时开始讲授专门化课程如《化学热力学》《化学动力学》等。1961年刘若庄被评为北京市文教先进工作者。1963年,他开始招收研究生。

1963年9月,刘若庄成为教育部委托唐敖庆教授主持下的吉林大学物质结构学术讨论班成员。在为期两年的研讨中,讨论班集体在唐敖庆教授指导下对配位场理论方法进行研究,对这门学科的发展做出了极其重要的贡献,其研究成果荣获1982年国家自然科学一等奖。

在“文化大革命”那样极端复杂和艰苦的环境中,刘若庄仍不忘从事科学研究,在唐山大地震对北京地区强烈波及的状况下,刘若庄完成了国内第一篇运用量子化学计算方法研究实际体系的论文,较好地解释了砷化镓在氧离子注人后的半导体特性。

70年代后期,刘若庄虽已过天命之年,仍勤奋工作,全身心地投人教学和科研工作。1977年被评为北京市科学技术先进工作者,1978年创建了为教育部正式批准的北京师范大学量子化学研究室该研究室是我国运用量子化学手段研究实际化学体系的重要基地 也是我国理论化学对外联系的重要窗口。

1979年7月刘若庄晋升为教授。1981年成为国务院批准的首批博士生导师。在随后的十多年间,他所涉及的研究领域主要包括:化学反应微观机理和沿反应途径的动态学,有机导体和半导体,氢键和分子间相互作用力,化合物的结构和性能以及配位场理论方法等。

刘若庄教授主要从事计算量子化学研究。他具有代表性的、在国内外有较大影响的研究工作是创造性地将量子化学理论和计算方法应用于研究化学反应途径和沿反应途径的动态学问题,形成了达到国际先进水平的具有特色的系统研究成果。

刘若庄在从事科研的同时,还指导研究生和教研室的教师进行《结构化学》的教学和量子化学的应用研究工作,而且亲自给研究生讲授多门课程。刘若庄的讲授以追本索源,条理分明,前后呼应,富有启发,引人人胜,注重基础,强调运用著称,极富特色。几十年教学生涯中所养成的常教常新,常教常精的作风始终伴随他,他的这种作风给学生留下了深刻印象并影响到下一代。1983年,科学出版社出版了刘若庄主编的《量子化学基础》,这本教材是该领域重要的教学参考书。在教学科研之余,刘若庄还特别注意在《化学通报》、《百科知识》等杂志撰写综述介绍原子和分子结构、量子化学的基础知识和发展状况,这些通俗易懂的文章不仅促进了科学知识的普及,而且也吸引了学生对量子化学的兴趣并参与到这个行列进行科学研究。与此同时,刘若庄撰文介绍交叉学科如量子生物化学、非平衡系统的发展简况并阐述自己的看法,推动了这些领域的发展。

刘若庄教授现在不但亲自指导博士研究生,而且还在多个研究领域继续进行深入研究。

刘若庄于1984年参加中国共产党,历任国家科委化学学科组成员、国家自然科学基金委员会物理化学评审组评委、国家教委理科化学教学指导委员会副主任委员、中国化学会常务理事、北京化学会理事长、中国科技大学兼职教授、中同科学院感光研究所兼职研究员、世界理论有机化学件联合会会员、墨西哥国立自治大学客座教授、《分子科学学报》副主编、《高等学校化学学报》等6种期刊编委等。

刘若庄因量子药物化学的研究荣获全军科技进步二等奖;因提出赝势价轨道能量分解法用以研究重原子体系的分子间相互作用及氢键本质荣获1987年国家教委科技进步二等奖;随后因对中间体、过渡态及反应势能剖面的理论研究取得重大成果荣获1988年国家教委科技进步二等奖和1989年国家自然科学三等奖。

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