路易斯结构式(路易斯结构式和电子式的区别)

2023-06-18 11:01 来源：风海网点击：

路易斯结构式(路易斯结构式和电子式的区别)

路易斯结构式

来源：“科学大院”公众号（ID：kexuedayuan）

作者：望羲

（图片来源画：诺贝尔奖官网）

诺贝尔奖（以下简称“诺奖”）已经走过整整两个甲子。在过去的120年中，化学诺奖得主群星熠熠，皆为一时之选。但也有很多化学家，他们为化学事业做出过巨大贡献h3po4，他们的研究成果在化学课本中一直占据着重要的位置，却没有获得诺贝尔化学奖。

不得不说，这些是诺贝尔化学奖的遗珠之憾。

门捷列夫：可能是诺奖最大举例的黑点

门捷列夫（图片来源讲解式吗式：wiki）

所有接受过义务教育的人都知道，初中化学课本就开始题目讲授的元素周期表，是俄国电子化学家门捷列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev，1834-1907）深刻理解了化学元素之间的周期性规律，在1869年编制出来的。但就是这样一个为化学做出巨大贡献的人，却在1905年和1906年连续两次与诺贝尔化学奖失之交臂。1907年，门捷列夫逝世。

第一版区别英文周期表（根据俄文第五版翻译）

（图片来源讲解式吗式：wiki）

2019年是元素周期表诞生150周年，路易斯结构式的书写规则，联合国大会将这一年定为“国际化学元素周期表年”，并且评价道是什么：“元素周期表是科学史上最卓越的发现之一，刻画出的不仅是化学的本质，也是物理学和生物学的本质。”

这张元素周期表是CH3NO2化学学科中最重要的成就之一，很多诺奖成果与之关联：1906年的诺奖得主亨利莫瓦桑因制造出单质氟而闻名；居里夫人因发现镭和钋、并成功分离出镭获1911年诺奖；麦克米伦和西博格因发现超铀元素镎而共同获得1951年诺奖……这些发现新元素的科学家都获得了诺奖，但发现元素周期律的门捷列夫却没有得奖，真是充满了讽刺意味。

勒夏特列：洞察化学平衡之人

勒夏特列（图片来源讲解式吗式：wiki）

高中化学会涉及一些化学反应本质的问题，比如反应平衡。对化学反应平衡的理解需要很强的抽象思维能力，其中一个反直觉的事实是：所有化学反应都存在平衡。如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够化学减弱这种改变的方向移动。这就是“勒夏特列原理”。

两次诺奖得主美国著名化学是什么家鲍林写（Linus Carl Pauling，1901-1994）曾对青年学生深刻指出：“你们将来可能不再学习化学，你们可能会把在课上学习的一切化学现象都忘记，但是，无论如何，请你们不要忘记勒夏特列原理。”

鲍林（图片来源讲解式吗式：wiki）

这位区别获得了诺奖得主如此高评价的亨利·勒夏特列（Henry Louis Le Chatelier，1850-1936），曾获得32次诺奖提名，却16次陪跑，一次都没拿到诺奖。

（图片来源画：诺贝尔奖官网）

除了最早洞察化学平衡这一成就之外规则，路易斯结构式是怎么样的，勒夏特列还有一项与诺奖失之交臂的研究。早在1901年，他就获得了从空气中合成氨的方法，并取得专利。凭借对反应平衡的理解，勒夏特列清楚地知道增加压力肯定会提高产率。可当时的实验条件很差，一次高压装置的意外爆炸造成了他的助手死亡，勒夏特列放弃了这项研究。后来的事情很多人知道了，德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）凭借氨的人工合成获得1918年诺贝尔化学奖。

弗里茨·哈伯（图片来源讲解式吗式：wiki）

勒夏特列对乙炔气体还颇有研究，用于金属的切割和焊接的氧炔焰发生器就是他的发明；此外，他对水泥的煅烧和凝固、陶器和玻璃器皿的退火、腐蚀剂的制造及燃料、玻璃和炸药的发展等问题都有关注。可以说勒夏特列是那个时代典型的实干派化学家，关心工业实践，着眼于解决实际问题。

勒夏特列不仅是一位杰出的化学家，还是一位杰出的爱国者。当第一次世界大战发生时，法兰西处于危急中，他勇敢地担任起武装部长的职务，为保卫祖国h3po4而战斗——获不获得诺奖又如何？不是战士的法师不是好化学家。

路易斯：以电子理解酸碱

路易斯（图片来源讲解式吗式：wiki）

初中化学阶段对酸碱的理解基于质子：酸之所以为酸，是因为能给出质子；碱则能得到质子。吉尔伯特·路易斯式（Gilbert Newton Lewis，1875-1946）反其道而行之，用电子定义酸碱，大大拓宽了式化学家式吗对酸碱的理解。

路易斯的共价理论是中外化学教材的重要凯库知识点勒。1916年，他通过对实验现象的归纳总结，路易斯结构式和凯库勒结构式，提出分子中的原子之间可以通过共享电子对，使分子中的每个原子都具有稳定的稀有气体书写电子结构规则。这样形成的分子称为共价分子；原子之间通过共用电子对，形成的化学键称为共价键。课本里写的“电子式”“结构式”“点线式”都是路易斯结构式的变体。

（图片来源：作者制作）

路易斯不仅改变了人们对酸碱的理解，创造了共价键理论，而且还是光子的命名者和著名的教育家，路易斯结构式怎么写。他的研究涉猎广泛，仅从他的学生身上就能看到他在化学领域化学丰富的“杂学”。作为美国加州大学伯克利分校教授、前伯克利化学院院长，他的学生中出过多位诺奖得主：

哈罗德·克莱顿·尤里——氘、重水的发现者，1934年诺贝尔化学奖得主；

威廉·弗朗西斯·吉奥克——超低温化学h3po4的应用技术发明者图片，1949年诺贝尔化学奖得主；

格伦·西奥多·西博格——镎、镅、锔和锫等元素的发现者，1951年诺贝尔化学奖得主；

威拉得练习题·利比——碳14测年的发明者，1960年诺贝尔化学奖得主；

梅尔文·卡尔文——光合作用机理的研究和卡尔文循环发现者，1961年诺贝尔化学奖图片得主，路易斯结构式h3po4。

无论是自己做研究还是指导学生，路易斯都成绩斐然，他一生获得41次诺奖提名，却始终与之无缘。

（图片来源画：诺贝尔奖官网）

关于共价理论，还有个小八卦。

1916 年，路易斯在《美国化学会志》（《Journal of American Chemical Society》）上发表了一篇《The Atom and The Molecule》的论文，阐述了自己的共价理论。

（图片来源路易斯：美国化学会官网）

他是什么原本打算继续再做更详细的研究，但因故未能很快实现。1919年，朗格缪尔（Irving Langmuir，1881-1957）发展并精炼了路易斯的观点。这位1932年诺贝尔化学奖得主在规则公司工作，性格外向，擅长社交和演讲，共价键的理论于是称作“路易斯-朗格缪尔”理论。

（图片来源路易斯：美国化学会官网）

这件事让路易斯很不爽，两人关系从此变得紧张。1946年，朗格缪尔被加州大学伯克利分校授予名誉博士称号，彼时作为化学系主任的路易斯被迫和他图片约了顿饭。当天下午，70岁的路易斯在实验室中因心脏麻痹结构式而死亡，旁边放着打碎了的装有氰化氢气体的瓶子——他就这么在带有苦杏仁味道的空气中死去。至于是不是自杀，成为了永久的谜团。

吉布大全斯：热力学奠基人

吉布斯（图片来源讲解式吗式：wiki）

为大家所熟知的熵增原理，是热力学基本原理之一。杨振宁认为，19世纪物理学的三项最高成就是热力学、电磁学与统计力，路易斯结构式和凯库勒结构式的区别。其中，热力学的奠基人就是吉布斯（Josiah Willard Gibbs，1839-1903年），他被爱因斯坦称之为“美国历史上最杰出的英才”。

19世纪60年代的美国正是铁路大亨的年代，全国大兴土木修筑铁路。吉布斯也凑热闹，去学了相关专业。1863年，吉布斯凭借《论直齿轮轮齿的式样》的论文被写耶鲁大学授予当时美国第一个工程学博士学位。大有“钱”途的他，毕业后先是留校当了三年助教，顺带申请了一项火车制动技术画的专利，然后跟两位姐姐去了欧洲旅行CH3NO2。

这一趟旅行彻底改变了吉布斯的学术兴趣。他在法国和德国旁听了很多数理化课程，还在海德堡大学找了份见习工作研究物理。1869年回到耶鲁后，吉布斯彻底转行，在1871年成为数学物理学教授。由于这是美国当时首个双学科并列教授，而且吉布斯还没有在该领域发表过任何学术成果，所以吉布斯身为教授却没有报酬。好在吉布斯家族在美国北方颇有背景，吉布斯此时尚有父母留下的一大笔遗产，日子也算安稳，CH3NO2的路易斯结构式。

两年后，吉布斯在《康涅狄格学会学报》上发表了两篇论文，讨论如何用几何方法表示热力学量。1875年，还是在这份学报上，吉布斯发表了《关于多相物质平衡》的上半部分，1878年，这本书的下半部分也在这份学报发表。虽然发表于学报，路易斯结构式怎么画，但吉布斯的专著足足有300多页，包括带有序号的700多个方程。那时的美国学界不注重区别理论，这样的学术成果只能墙内开花墙内香。

最早认识到吉布斯天才洞见的人是经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人英国物理学家数学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831-题目1879），他在自己的书里专门用一章来介绍吉布斯的工作题目。可惜，麦克斯韦英年早逝，甚至没有看到吉布斯系统性地完成热力学的奠基工作。

麦克斯韦（图片来源讲解式吗式：wiki）

直到吉布斯死后，他的工作才引起学者们的关注。1909年诺贝尔化学奖得主物理化学奠基人之一的奥斯特瓦尔德（Friedrich Wilhelm Ostwald，1853-1932）把吉布斯的著作翻译为德文，并且盛赞道：“无论从形式还是内容上，吉布斯赋予了物理化学整整结构式一百年。”

奥斯特瓦尔德（图片来源讲解式吗式：wiki）

沉迷于自己工作的吉布斯也许并不在乎自己是否得到诺奖。他一生未娶，乐于独处，据说连学生也很难接近他。根据学生的回忆，吉布斯总是衣着得体，举止优雅，从不会刻意引人注意，展现那种有时被认为是天才们的与生俱来的怪异举动。大概科学本身就是对吉布斯一生最大的嘉奖吧。

大佬们为何无缘诺奖？

大家不禁好奇，上面大佬们的科研成果都被载入史册，究竟是为什么没得到诺奖。细究起来，每个人的原因都很复杂，总结起来，有以下几个可能。

第一，不善于交际举例，得罪同行或前辈。很多硬核大佬性格内向，不擅长社交，比较骨骾，搞不好就得罪人。据说门捷列夫早年曾对阿伦尼乌斯（Svante August Arrhenius，1859-1927）的溶解理论批评结构式颇多。阿伦尼乌斯虽然不是诺贝尔化学委员会的成员，但他是很早登科的化学诺奖得主，是当时瑞典化学界的扛把子。在他的强烈反对下电子，门捷列夫两次落选。路易斯和吉布斯也都不太擅长社交，没能以最快速度把自己惊世骇俗的发现传播到整个学界。

阿伦尼乌斯（图片来源讲解式吗式：wiki）

第二，生不逢时写，怀才不遇。从1922年起到1946年逝世，路易斯一直被提名，但他的学术光芒被当时流行的物理学所掩盖，特别是当时的欧洲学者更喜欢量子力学。有数学支撑的理论，显得更可信也更高大上。相比之下，路易斯的酸碱理论就微不足道了。

第式吗三，研究领域过窄或勒过宽。勒夏特列最突出的贡献只有一个勒夏特列原理，不仅太窄而且理论过于粗糙；路易斯研究领域从化学热力学到化学键理论再到同位素、光化学，过于宽泛。研究领域太窄，相对而言知名度较低；太宽，则难以在某一领域获得突出性的成就。

第四，过于大全偏重理论讲解。无论是门捷列夫、勒夏特列还是路易斯，他们的最大贡献都是化学理论。化学诺奖大全对于理论相对比较保守，更偏向于路易斯对实验事实的奖励。吉布斯的热力学就更不用说了，在当时很少有人懂，人们也意识不到他在理论层面指导实验化学的伟大意义，自然也与诺奖无缘。

第五，寿命与国籍。由于诺奖只颁发给在世的科学家，很多科学家由于太早离世所以无缘诺奖。门捷列夫1907年去世，仅有六次机会参评；留给吉布斯的时间更短，他在1903年4月去世，只有两年机会参评。而且刚开始评诺奖的时候，可以备选的牛人实在太多，根本轮不到偏重理论的吉布斯。另外，吉布斯还是美国人，要知道，诺奖评选的头30年里，只有一个美国人获奖……

其实，没有得诺奖的科学家还有很多很多，虽有遗憾，但这一点也不影响他们的伟大。在诺贝尔奖120周年的日子里，当我们看着诺奖得主名单上一个个h3po4闪光名字的时候，千万不要忘记这些没得诺奖但依然伟大的科学家们。

向每一位为消除人类的无知做出贡献的科研工作者们致敬大全！

参考文献:

[1] 《门捷列夫与诺贝尔化学奖》，化学教育勒，2017年第5期，94-96.

[2] 《另眼看诺奖——缺失的里程碑》，百科知识，2016年第10期，18-21.

[3] Prof. H. L. Le Chatelier，https://doi.org/10.1038/130535b0

[4] Prof. H. L. Le Chatelier， For. Mem. R.S.，路易斯结构式大全，https://doi.org/10.1038/138711a0

[5] 《未获诺贝尔奖的应该得奖人G. N. 路易斯》，化工时刊，1987年第7期，43.

[6] 《著名美国化学家G. N. 路易斯》，化学通报，路易斯结构式书写图片，1985年第8期，56-58.

[7] 《全球十大与诺贝尔奖失之交臂的科学家》，今日科苑，2012年第2期，58-60.

[8] Josiah Willard Gibbs (1839–1903)，https://doi.题目CH3NO2org/10.1038/143233c0

[9] Josiah Willard Gibbs，DOI：10.1021/ed032p267