知名人物赵学庄人物简介

Posted 2022-04-05 动力学

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知名人物赵学庄人物简介

·赵学庄

赵学庄，物理化学家与化学教育家。长期从事化学动力学的科研和教学工作。曾编写化学反应动力学教材，在场论中对称性原理的化学应用、非线性化学反应动力学和富勒烯化学等方面取得若干有意义的研究成果。

赵学庄原籍福建省福州市，1933年6月8日出生于江苏省南京市，1951年高中毕业，考入清华大学化学系。1952年院系调整他转入北京大学化学系继续学习。当时清华大学和北京大学化学系有一批化学界著名专家任教，在这样的环境下他较好地完成了大学本科学习，并开始步入化学研究领域。1956年在《化学学报》上发表他的第一篇学术论文《Slater型原子轨函和电离能近似计算法的改进》是此期间在徐光宪教授指导下完成的。该文提出一套改进的描述原子中电子的屏蔽效应的参数，直到80年代仍然被国内学者所引用。1955年大学毕业留校做研究生，导师是孙承谔教授，1956年转学到吉林大学继续做研究生，师从蔡镏生教授。在蔡镏生和唐敖庆教授的培养下，他在基础理论和实验技能方面受到严格训练。1959年，研究生毕业留吉林大学化学系工作，从事了大量教学工作，主讲过“化学动力学”、“量子化学”与“统计力学”等课程。

1963年赵学庄被调到南开大学化学系，致力于物理化学的教学和科研工作，讲授的课程有“化学动力学”和“催化作用”等。正当工作开始步入正轨时，“文化大革命”开始，工作中断。1970年全家去农村插队落户，除参加劳动外，开展了赤霉素、固氮菌和白僵菌等生物农药在农村的推广应用。1973年返回南开大学，参加教育革命和开门办学等活动。为大沽化工厂七二一大学讲授“高等数学”，历时两年。同时，查阅了国际上这些年在理论化学领域的进展。由于这一时期的努力，“文化大革命”结束后，在较短时期内他连续发表了十多篇研究论文，并写了专著《场论中对称性原理的化学应用》。

赵学庄主持编写的研究生教材《化学反应动力学原理》上、下册，由高等教育出版社分别于1984年和1990年出版。他还曾受聘担任全国高等化学教育研究中心和北京大学结构化学开放实验室的学术委员及《物理化学学报》、《化学物理学报》、《分子科学学报》、《有机化学》等刊物的编委。

1986年赵学庄晋升为教授，90年代初开始招收博士研究生。他讲授过“分子反应动态学”和“理论化学选读”等课;科研方面主要集中在富勒烯化学和非线性化学反应动力学等方面。迄今他共出版了一本专著和一套教材(上、下册)以及140多篇论文。1997年与他相伴40年的伴侣臧雅茹因病辞世，使他精神受到巨大创伤，通过几年调整才逐渐有所解脱。

编写《化学反应动力学原理》教学用书

赵学庄长期从事化学动力学教学和科研，深感化学动力学体系远不如化学热力学严谨，逻辑结构层次不清，而国内这方面教材较少，供研究生学习参考的教材更少。“文化大革命”后，物理化学教材编审委员会请他主持编写出版了《化学反应动力学原理》，1995年获全国普通高等学校优秀教材二等奖。该教材有以下特点：

1.学科体系层次分明。将化学动力学分为：态态反应动力学(微观层次)、基元反应动力学(介观层次)、总包反应动力学或称惟象反应动力学(宏观层次)和化工过程反应动力学(也属于宏观层次)。从微观到宏观层次分明，避免了教学中的某些混乱。

2.逻辑结构严谨。如所周知，热力学从几条基本定理出发演绎出五彩缤纷的内容，其逻辑结构严谨。此教材也尝试归纳出几条基本定理，并演绎出惟象反应动力学的丰富内容，避免读者对化学动力学有内容杂乱的困惑。

3.应用理论方法细致分析。对化学反应动力学中常用的理论方法，如稳定态方法和平衡态方法等，进行细致分析，指出这些方法事实上并不表示讨论的对象是真正的稳定态和平衡态，称为似稳定浓度法和似平衡浓度法更为确切，从而减少盲目引用造成错误的可能。

4.注意引用国内成果。在化学动力学领域，我国学者也做了许多工作，在该教材中注意加以引用，以减少妄自菲薄的心理。

5.致力介绍国际上重要的新成就。考虑到研究生教材必须介绍本学科国内外的新成果。该教材对分子轨道对称性守恒原理、非线性化学动力学以及微观分子动态学等均有反映。该教材出版虽已10多年，至今仍有参考价值。

揭示分子轨道对称性守恒原理的场论基础

“分子轨道对称性守恒原理”在20世纪60年代国际理论化学界取得重要的进展。这原理对许多化学反应的研究起过指导作用。由于“文化大革命”干扰，赵学庄工作起步虽晚，但也开展了??些有价值的工作，根据其研究成果写了一本专著《场论中对称性原理的化学应用》，由科学出版社于1986年出版，并获天津市优秀科技成果三等奖。他还曾应邀在国内外一些著名的高等学府如日本东京工业大学、东京大学和京都大学，美国加州理工学院和波士顿学院以及北京大学、吉林大学和香港大学等做学术报告，介绍有关研究工作。他在这方面的主要成果有：

1.用场论方法分析分子轨道对称性守恒原理，区分对称性与守恒量这两个相关而不同的概念。首次用场论中的Noether定理分析分子轨道对称性守恒原理。指出该原理是Noether定理对具有点群对称性的相互作用体系的应用;指出分子轨道对称性守恒原理提出时未明确分辨对称性和守恒量是两个相关但不同的概念;称有关守恒量为广义宇称。

2.提出点称和点称守恒原理。赵学庄建议将点群的守恒量称为点称，并从Noether定理框架出发，将分子轨道对称性守恒原理表述为：具有点群对称性的分子反应体系，其相互作用过程点称是守恒的，称为分子轨道的点称守恒原理更宜。探讨光谱跃迁和光化学反应过程受对称性制约的选律，研究并找到光子等的内禀点称，表明对这些过程点称守恒原理也成立。

3.找到反应反演变换及其相关的对称性。赵学庄指出，虽然σ迁移等反应体系不存在点群的对称性，但确实存在一种新的对称性。这种对称性与所谓的反应反演变换相关，利用它可以较好地讨论这类反应受对称性制约的选律。

4.提出分子局域场方法。将场论中的局域场方法，推广到分子体系，提出分子局域场方法。讨论涉及手性分子的过程和某些开壳反应的有关特征。

5.提出空间称和空间称守恒原理。用Noether定理分析具有空间群对称性的体系。找到相应守恒量(空间称)和守恒原理(空间称守恒原理)，用以讨论某些与固体物理相关过程受对称性制约的选律。

探讨非线性化学反应动力学的特征、预测和控制

非线性科学的发展被认为是继相对论和量子论之后物理学在20世纪的又一重大成就，它推动了自然界许多学科领域的发展。赵学庄等在他编写的《化学反应动力学原理》中就已注意介绍这方面内容，并开展一些研究。其主要成果有：

1.在国内率先开展化学振荡反应的研究。1984年赵学庄等发表的有关Belousov Zhabotinskii(BZ)反应的研究论文，是国内较早发表的有关化学振荡反应研究论文。

2.开展对新的化学振荡反应体系的研究。当时国内进行多限于对BZ反应或类似反应的唯象研究，赵学庄等转向对其他化学振荡反应的研究，研究的化学振荡反应体系有醛类的自氧化和含硫化合物的振荡反应，并观察到一些新的化学振荡反应和非线性化学现象。

3.进行有关化学混沌特征及其控制的研究。在对化学振荡反应的非线性特征研究的基础上，他们进行了有关化学混沌特征及其控制的研究。为此引入数理方面新的功率谱方法，对反应的混沌运动重构状态空间，得到方便而满意的结果。通过数值计算和实验对几种控制化学混沌运动的新方法作了研究。这是对非线性化学反应体系认识上从“预测”到“控制”的飞跃。当时，国内尚少此类研究，并应用随机理论和方法等进行数值模拟计算研究得到与实验基本相符的预期结果。

4.进行对微观化学反应动力学的非线性特征初步研究。他们以H、F、Cl三原子体系为例，进行了微观分子反应体系的非线性动力学研究。分析其势能面(静态)和轨线(动态)特征，对其宏观分支与微观分支等进行非线性动力学分析，并利用模式识别和人工神经网络等方法对属于混沌运动的长寿命轨线形成条件和特征进行研究，为开展长寿命过渡态反应的控制研究打好基础。

寻求富勒烯化学反应与光谱过程的规律性

20世纪80年代C₆₀的发现在化学领域引起巨大反响。90年代初，宏观量C₆₀的制备成功更促进了富勒烯化学的发展。赵学庄等在唐敖庆指导下，对富勒烯化学、富勒烯及其衍生物的光谱与反应性能开展了研究。其主要成果有：

1.对C₆₀与C₇₀的制备、提纯及物理化学性质研究。改进有关C₆₀/C₇₀的制备提纯操作得到较好结果;利用制备所得C₆₀与C₇₀进行其物理化学特性的测定;探测得到有关C₆₀溶液的胶体性质;确定了C₆₀/C₇₀与过氧化苯甲酰的反应速率方程及其所含的动力学参数。

2.对富勒烯及其衍生物结构和光谱的理论研究。利用量子化学等方法对富勒烯及其氧化和加成反应产物的结构、稳定性和光谱进行理论研究，探求其结构因素，总结其光谱规律性，与已知实验结果对比相符较好。并对某些缺乏实验结果的情况作了预测。

3.对富勒烯的氧化和加成等反应过程的动态理论进行研究。用量子化学等方法，从理论上对富勒烯的臭氧化等加成反应研究，提出可能的机理和反应途径，总结这类反应的动态规律性。对C₆₀的加成反应的位置选择性进行研究，讨论它的定位规律性。为富勒烯的化学反应进行合成化学路线的设计和可能产物的预测提供参考。

4.对杂球富勒烯的理论研究。近来对在分子球面上碳原子被B、N、P或Si替代的杂球富勒烯引起人们兴趣。赵学庄等对这类化合物的结构、稳定性、反应活性和光谱特征进行了较系统的理论研究，并与多取代的一般富勒烯对比考查其相关性。

其他研究工作

赵学庄等还在以下方面进行过研究：

1.化学反应参数的检索、估算和程序化。编制了利用Benson在热化学动力学研究中提出的基团加和法，估算各种有机物的热力学参数的软件。结合国际常用的化学动力学数据库，编制有??定智能化的基元反应数据库。用它可以估算未知的(或缺少动力学数据文献的)反应动力学参数，并对不同文献提供的数据进行可信度评估。

2.对一些特定的化学反应进行动力学与机理研究。除前面提及的反应以外，研究过的反应有荧光光化学增色反应，卡宾与某些醛的反应，抗坏血酸、肾上腺素和氨基酸等的氧化反应，以及如像离子交换和单体聚集等过程。进行个案研究，得出有关动力学方程和参数，提出可能的机理。

3.对复相催化作用方面的研究。他们在这方面的研究工作涉及催化色谱理论、氧化物催化作用机制(晶格氧的活动性、催化剂表面的再构、相间溢流与单层分散)等诸多方面。

简历

1933年6月8日出生于江苏省南京市，原籍为福建省福州市。

1951—1952年清华大学化学系学习。

1952—1955年北京大学化学系学习至毕业。

1655—1956年北京大学化学系研究生。

1956—1959年吉林大学化学系研究生至毕业。

1959—1963年吉林大学化学系任教。

1963年至今南开大学化学系任教。

代表性论著

1 徐光宪，赵学庄.Slater型原子轨函和电离能的近似计算法的改进.化学学报，1956，22(6)：441

2 赵学庄等.化学反应动力学原理.北京：高等教育出版社，上册1984，下册1990

3 赵学庄.场论中对称性原理的化学应用.北京：科学出版社，1986

4 赵学庄，臧雅茹，易希璋等.闭系Lotka模型的理论分析.中国科学(B)，1987(2)：136

5 王贵昌，蔡遵生，赵学庄.智能化基元反应动力学数据库的建立.计算机与应用化学，1997，24(1)：70

6 陈兰，潘荫明，赵学庄等.H与CIF生成HF反应机理的量子化学研究.中国科学(B)，1998，28(2)：108;英文版，1998，41(1)：97

7 Hao SONG，Yan-Ni Li，Xuezhuang ZHAO(赵学庄)，et al.Controlling Belousov-Zhabotinsky-CSTR Chaotic Chemical Reaction by Discrete and Continuous Control Strategies。PCCP 1999，1(5)：813

8 Auchin TANG，Zhenfeng SHANG，Xuezhuang ZHAO(赵学庄)，et al.Theoretical Study on the Structures and Electron Spectra of C₆₀M₁₂(M=Li，Na，Be).International J of Quantum Chemistry，1999，73(6)：505

9 陈中方，赵学庄，唐敖庆.异质富勒烯的研究进展.结构化学，1999，18(6)：463

10 Zhenfeng SHANG，Yinming PAN，Xuezhuang ZHAO(赵学庄)，et al.An AM1 Study of the reaction of Ozone with C₆₀.J. Phys. Chem. A 2000，104：1915

知名人物 赵学庄人物简介

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