劉若莊

劉若莊（1925.5.25-），北京人，物理化學家。

1947年（中華民國三十六年）畢業於北京輔仁大學化學系獲理學學士學位，1950年北京大學物理化學專業研究生畢業，1956年加入九三學社，1979年7月晉升為教授，1999年當選為中國科學院院士。

劉若莊畢生致力於物理化學尤其是量子化學的科學研究和教育工作。他的主要貢獻是創造性地將量子化學理論和計算方法套用於研究實際化學問題並取得優秀成果。在套用量子化學和培養化學專業人才方面作出了貢獻。

基本介紹

• 中文名：劉若莊
• 出生地：北京市
• 出生日期：1925年5月25日
• 職業：物理化學家
• 畢業院校：北京大學
• 代表作品：《量子化學基礎》

人物經歷

1925年（民國十四年）5月25日，劉若莊出生於一個職員家庭，一家7口全靠父親的微薄薪水維持生計，父母對孩子的教育非常重視。兄弟姐妹都進入當時師大第二附屬國小讀書。

1943年（民國三十二年），高中畢業，他考入輔仁大學化學系。大學期間，劉若莊依靠每年獲得的高額獎學金，順利完成了學業。

1947年（民國三十六年）秋，劉若莊於輔仁大學化學系畢業，以優異成績考入北京大學化學系研究生。其間，他先師從袁翰青教授進行有機化學研究，以實驗方法研究氫鍵體系，這是他日後與氫鍵乃至整個有機化學理論研究有不解之緣的淵源所在。後轉入孫承諤教授名下開始物理化學研究。

1949年，他在《中國化學會會志》上用英文發表了第一篇研究論文《修正特魯頓規則》（ModifiedTroutonsRule）。

1950年3月，未進行畢業論文答辯的劉若莊因勤奮好學、成績優秀提前留在北京大學任教。在指導有機化學和定量分析實驗的同時，開始翻譯英文版《定性分析理論基礎》。

1950年6月，劉若莊以《用機械求積法計算比熱》順利通過研究生論文答辯。其研究生論文發表於同年的《中國化學會會志》，在從事物理化學助教工作的同時，他在唐敖慶教授指導下，開始從事量子化學研究。

1951年9月，兼任輔仁大學化學系主任的邢其毅先生聘請劉若莊為輔仁大學化學系講師，同時兼任北京大學化學系講師。劉若莊在輔仁大學主講的化學數學和在北京大學講授的普通化學課程。

1952年，院系調整使劉若莊成為北京師範大學的一員並一直工作至今。在北師大化學系（2005年9月更名為化學學院），他主講物理化學、物質結構等多門課程。在講課和科研之餘，劉若莊還和同事合作翻譯了俄文版《高壓下的化學平衡和反應速度》、《化學熱力學例題與習題》及德文版《化學計算》。

1956年，在“水分子間氫鍵鍵能”的研究中，劉若莊利用量子化學方法並考慮到電子云之間的多極矩作用研究氫鍵的靜電相互作用，優於當時國際上流行的點電荷模型，發表的論文被《十年來中國的科學(化學卷)》引用。

1956年9月，劉若莊因成績突出晉升為副教授，同時開始講授專門化課程如化學熱力學、化學動力學等。

1963年，他開始招收研究生。同年9月，劉若莊成為教育部委託唐敖慶教授主持下的吉林大學物質結構學術討論班成員。在為期兩年的研討中，討論班集體在唐敖慶教授指導下對配位場理論的發展作出了貢獻。

1978年，他創建了北京師範大學量子化學研究室。該研究室是中國運用量子化學手段研究實際化學體系的重要基地，也是中國理論化學對外聯繫的重要視窗。

1979年7月，劉若莊晉升為教授。

1981年，成為國務院批准的首批博士生導師。

1984年，加入中國共產黨。

1985年，墨西哥國立大學講座客座教授。

1999年，當選為中國科學院院士。

主要成就

科學研究

劉若莊主要從事化學鍵理論及計算量子化學研究。早期曾作氫鍵本質研究和配位場理論方法研究。劉若莊於20世紀40年代末開始從事科學研究。20世紀50年代中期，他開始獨立進行科學研究。20世紀60年代參加配位場理論方法的研究。20世紀80年代開始，他創造性地將量子化學理論和計算用於研究化學反應途徑及動態學，優選、改進並擴充了研究方法，綜合研究了多種化學反應。20世紀90年代開始，他對有機導體和半導體理論、光化學反應理論等進行了系統的研究。

1950年6月以“Specific Heat by Mechanical Quadratures”研究論文通過研究生答辯並發表於同年的《中國化學會會志》。1956年，在水分子間氫鍵鍵能一文中利用量子化學方法並考慮到電子云之間的多極矩作用研究氫鍵的靜電相互作用，優於當時國際上流行的點電荷的模型，被《十年來中國的科學（化學卷）》所引用。1980年以後主要從事化學反應的理論研究。對加成反應從理論上提出了取代基可以改變反應物間作用能本質並影響反應機理的新觀點。對異構化反應預言了某些不穩定異構體的存在，後為實驗證實。揭示了自由基反應中負活化能產生的根源。用軌旋耦合作用闡明了自旋禁阻反應的起因。證明了在特定條件下，非斷裂鍵的振動激發也可促進反應。目前側重激發態反應勢能面及相關光化反應的理論研究和大分子間弱相互作用的理論研究。著有《量子化學基礎》等。

人才培養

劉若莊晉升為教授後，在從事科研工作的同時，還指導和培養研究生。此外，他承擔了多門本科生和研究生課程。他先後講授過結構化學以及量子化學、量子化學進展、群論及其在化學中的運用等課程，劉若莊為國家培養了博士和碩士50餘人，同時開辦過多期量子化學計算短訓班、師資培訓班和助教進修班。這些學生和學員在各個工作崗位上為理論化學的發展做出了貢獻，其中多人成為學術帶頭人。如學生於建國，1981屆碩士生鄭世鈞，1985屆碩士生唐明生、劉新厚，1987屆碩士生冀永強，1988屆博士生黃元河，1996屆博士生曹曉燕。廖榮臻。

主要論著

編著和參與編寫專著3本、譯著4本，發表論文200多篇，其中在國內外重要刊物上發表論文105篇，綜合評述17篇。

1：RZLiu,JGYu，Theoretical Study of the Effect of Subsituents on Elec trophilic Addition to Olefins:Ab Initio MO Approach with Energy Decomposition,IntJQuantum Chem,1983，23：491.

2：SQJin,RZLiu，Quantum Chemical Study of the Electrophilic Addition Reaction of Iodine to Ethylene,IntJQuantum Chem,1984，25：699.

3：RZLiu，Quantum Chemical Studies on Reaction Mechanism and Rea ction Path,App.Quantum Chem.(Reidel)，1986，85.

4：JGYu,XYFu,RZLiu,et al，Theoretical Study of Structure a nd Energies of [HCOO]+and Their Rearrangement，Chem.PhysLett, 1986，125：438.

5：HQZhang,YHHuang,RZLiu，Deformation Potential Approach to the Est imation of Peierls Phase Transition Teinperature，Physica Status Solide(b)， 1993，178(1)：151.

6：RZLiu,SYMa,ZHLi，Theoretical Study on the Dynamic Properites and State Selected Rate Constants of the ReactionCH(4∑-),+H2CH2(3B1)，+ H ChemPhysLett,1994，219：143.

7：方維海、劉若莊，異氰酸自旋禁阻脫羰反應中的旋軌耦合作用，中國科學B輯， 1994，24(8)：793。

8：於浩、劉若莊、李宗和、馬思渝，C2H+2+H2C2H+3+H反應振動 選態速率常數的理論研究，高等學校化學學報，1995，16(3)：444。

9：ZXWang,RZLiu,MBHuang,ZHYu，An ab Initio Study on the Insertion Reactions of CH(X2π)with NH3，H2O and HF Can，JChem， 1996，74：910.

10：YHuang,RZLiu，Investigation of the Change in Band Structure of a Carbon Nanotube Due to a Distortion Keeping the Initial Translational Symmetry,Chem.PhysLett,1997，268：364.

科研成果

劉若莊取得了一系列在國內外具有較大影響的科研成果。

一是與合作者一起，在國內首先採用能量梯度和內稟反應坐標（IRC）方法研究有機化學問題，尤其是對系列反應的反應機理進行深入探討和分析，在研究過程中提出了一些新觀點，對方法進行了改進、擴充和發展。

二是與合作者一起創造性地套用CASSCF和MR-CI組合方法，研究光誘導的化學反應機理，將態相關圖與定量計算相結合研究了多個光化學反應，對有爭議的反應如亞硝酸甲酯的光解反應，支持與量子效率實驗一致的首先光解而不是內消除的反應機理。分析了C1SP不易被實驗觀測到的原因並推測它在光化學反應中存在的可能性，證實了丙烯醛光解的機理。

三是對一系列重要自由基和小分子基元反應進行了系統研究，完成了在反應途徑基礎上的直接動態學計算（不藉助反應全勢能面），獲得反應過程中各振動模式與反應坐標的耦合常數及其變化，同時獲得各振動模式的能量變化，首次從理論計算上證實了不直接斷裂鍵的振動激發（如C2H2++H2→C2H3++H反應中C-C鍵的伸縮振動）可促進反應的實驗現象；揭示了振動選態反應中與反應坐標強烈耦合而且在過渡態前振動頻率應有所降低的振動自由度的激發是促進反應進行的重要手段；提出了一種利用微正則速率常數經統計平均直接計算單分子反應正則速率常數的新方法，既減少了計算量，又提高了準確性。

四是用形變勢理論研究了準一維電荷遷移晶體中電子與聲子的相互作用，首次推導出電子—聲子耦合常數的顯式，從而得到計算一維導體發生Peierls相變溫度Tp的公式，證明Peierls相變主要來自電—聲相互作用，而電子—電子相互作用是次要的。為研究導電高分子的結構，在從頭算基礎上發展了一種定量微擾晶體軌道法，對三種取代的聚乙炔的電子結構和導電性能進行分析，得出有軌道的結論。隨後，又將自洽場晶體軌道法擴展到含過渡金屬原子的線性高聚物，推導了新的矩陣元公式，並使之程式化，用於研究過渡金屬夾心高聚物。此後，又從理論上論證了納米碳管的導電性主要由其幾何構型決定，而與鍵長交替畸變無關。

在有機導體和半導體的理論和套用研究方面，劉若莊同樣做出了具有自己特色的創造性工作：在從頭算基礎上提出了定量微擾晶體軌道新方法並用於研究導電高分子的結構和性能（1987 年）；同時將晶體軌道法擴展到含過渡金屬原子的線性高聚物，推導了新的矩陣元公式並使之程式化用以研究過渡金屬夾心高聚物（1990年）。用形變勢理論研究了準一維電荷遷移晶體中電子與聲子的相互作用，首次推導出電聲子耦合常數的顯式，從而得到計算一維導體發生Peierls相變溫度Tp的公式，證明Peierls相變主要來自於電—聲相互作用，而電子—電子相互作用是次要的（1993年）。與此同時，在內坐標形式的核動能算符建立的方法中又進行了探索性工作：提出並運用相對簡單的角動量方法推導了四粒子體系在分子坐標系中的核動能算符，並將該方法推廣用於多原子分子體系，同時通過引進參數使得核動能算符能夠用於不同類型的分子坐標系和適宜於研究不同的振轉問題（1996年）。

社會任職

曾任中國化學會第22、24屆常務理事，北京化學會13、14屆理事長，現任《高校化學學報》、《中國化學快報》等6種期刊編委。

1978年，國家科學技術委員會化學學科組組員。

1984-1990年，國家教委理科化學教材編審委員會副主任。

1986-1990年，中國化學會第廿二屆常務理事（1986-1990）和第廿四屆常務理事（1994-1998）。

1988-1994年，國家自然科學基金委員會物理化學評審組評審。

1991-1995年，國家教委理科化學教學指導委員會副主任。

獲獎記錄

所獲獎項

獲獎時間	獎項名稱	備註
2003	榮獲教育部自然科學一等獎	獲獎
1989	獲國家自然科學三等獎	獲獎
1988	國家教委科技進步獎二等獎	獲獎
1987	國家教委科技進步獎二等獎	獲獎
1982	獲國家自然科學一等獎	獲獎

榮譽稱號

獲獎時間	獎項名稱	備註
1977	北京市科學技術先進工作者	獲獎
1961	北京市文教先進工作者	獲獎

人物評價

劉若莊院士在科研工作中取得的突出成就以及在國內理論與計算化學方面的奠基地位，劉若莊院士是一位“熱愛科學、追求真理”的“好老師”。（北京師範大學黨委書記劉川生評）