吉爾伯特·牛頓·路易斯（Gilbert Newton Lewis，1875年10月25日—1946年3月23日），出生於美國麻薩諸塞州波士頓韋茅斯，化學家，美國藝術與科學院院士，瑞典皇家科學院外籍院士，生前是加利福尼亞大學伯克利分校教授。
吉爾伯特·牛頓·路易斯於1891年進入內布拉斯加大學化學系開始本科學業；1893年轉學到哈佛大學；1896年獲得哈佛大學學士學位；1896年—1897年任菲利普斯學院教師；1898年獲得哈佛大學碩士學位；1899年獲得哈佛大學博士學位；1899年—1900年任哈佛大學講師；1900年—1901年先後在萊比錫大學威廉·奧斯特瓦爾德的實驗室和哥廷根大學物理化學家瓦爾特·赫爾曼·能斯特的實驗室各學習半年；1901年底從德國回到哈佛大學化學系繼續擔任講師；1904年離開哈佛大學，接受了位於馬尼拉的菲律賓科學局度量衡主管一職；1905年底從菲律賓回到美國後接受了麻省理工學院的教職；1907年任麻省理工學院助理教授；1908年晉升為副教授；1911年晉升為教授；1912年秋任加利福尼亞大學伯克利分校化學學院院長兼化學系主任；1917年12月應徵入伍，戰爭結束後繼續回到加利福尼亞大學伯克利分校化學學院任教；1941年卸任加利福尼亞大學伯克利分校化學學院院長兼化學系主任；1946年3月23日因心臟病突發去世，享年71歲。
吉爾伯特·牛頓·路易斯的研究內容主要包括熱力學理論及其在化學中的套用、溶液的性質和離子的活性、原子和分子的結構以及化合價理論、化學反應速率、元素的熵、熱力學第三定律等。
基本介紹
人物生平,主要成就,科研成就,人才培養,榮譽表彰,社會任職,個人生活,人物評價,人物紀念,
人物生平
1891年，完成預科學習後，進入內布拉斯加大學化學系開始本科學業。
1893年，轉學到哈佛大學。
1896年，獲得哈佛大學學士學位。
1896年—1897年，任菲利普斯學院教師。
1898年，獲得哈佛大學碩士學位。
1899年，獲得哈佛大學博士學位。
1899年—1900年，任哈佛大學講師。
1901年底，從德國回到哈佛大學化學系繼續擔任講師。
1904年，離開哈佛大學，接受了位於馬尼拉的菲律賓科學局度量衡主管一職。
1905年底，從菲律賓回到美國後接受了麻省理工學院的教職。
1907年，任麻省理工學院助理教授。
1908年，晉升為副教授。
1911年，晉升為教授。
1912年秋，任加利福尼亞大學伯克利分校化學學院院長兼化學系主任。
1917年12月，應徵入伍，戰爭結束後繼續回到加利福尼亞大學伯克利分校化學學院任教。
1922年—1946年，共獲得41次諾貝爾化學獎提名。
1941年，卸任加利福尼亞大學伯克利分校化學學院院長兼化學系主任。
1946年3月23日，因突發心臟病在加利福尼亞州去世，享年71歲。
主要成就
科研成就
- 科研綜述
現代化學熱力學
吉爾伯特·牛頓·路易斯立志要改革化學熱力學，以一種化學家更容易理解且更嚴謹的方式來呈現化學熱力學。路易斯首先從分析相平衡現象入手，他認識到如果含有某種物質的任一相與不含有該物質的其他相接觸，每一種物質都有脫離其所處相的傾向。為選擇一個參量來定量地表示物質在某一特定狀態的這種逃逸傾向，路易斯於1901年提出了“逸度”概念。1907年，路易斯提出了“活度”這一概念。“活度”是用濃度維度表示物質在某一特定狀態的逃逸傾向，體現了化學系統（包括液態溶液）的非理想行為，擴大了逸度的意義。路易斯利用活度推導出許多熱力學方程，它們的形式與理想系統的近似方程是相同的，但用活度來表示時得到的結果是精確的。
吉爾伯特·牛頓·路易斯
1913年，路易斯首次提出了自由能數據的計算基準，即各種元素在不同溫度的標準狀態下的焓和自由能均規定為零，這為後來國際純粹與套用化學聯合會規範熱力學數據提供了基礎。1917年，路易斯與喬治·歐內斯特·吉布森（George Ernest Gibson）合作，依據當時不充分的低溫量熱數據，經大量的計算得到了48種元素熵值的數據表。1920年，路易斯與喬治·歐內斯特·吉布森通過對理想溶液和純液體在降溫過程達到絕對零度時熵變的分析，認為純物質的完美晶體的熵在絕對零度時消失，提出了熱力學第三定律更準確的表述。
1921年，路易斯和默爾·蘭德爾（Merle Randall）為解決單個離子活度無法測定的問題，提出了離子“平均活度”和“平均活度係數”的概念；為了測定不同價型混合電解質溶液的活度係數，提出了“離子強度”的概念，發現了稀溶液中強電解質的活度係數由離子強度決定的經驗定律，為電解質溶液熱力學的發展奠定了基礎。1923年，路易斯和蘭德爾為計算真實氣體混合物中各組分的逸度，提出了一個經驗規則，即路易斯-蘭德爾規則。
吉爾伯特·牛頓·路易斯
1923年，路易斯總結了自己25年的化學熱力學研究成果，與蘭德爾合作出版了《熱力學和化學物質的自由能》專著，第一次將約西亞·威拉德·吉布斯建立的統一的熱力學理論體系具體地套用於化學過程，奠定了現代化學熱力學的基礎。
發現共價鍵
1902年，路易斯意識到一個立方體有8個頂點，有8個位置可以用來排列外部電子，故而他提出原子是一個立方體，認為原子是由一個帶正電的原子核和圍繞原子核的固定同心立方電子層組成。路易斯對立方原子的想法除了與同事和學生討論外，並沒有發表。
吉爾伯特·牛頓·路易斯的“立方原子”模型（1902年繪製）
1905年，路易斯到亞瑟·阿莫斯·諾伊斯（Arthur Amos Noyes）的實驗室後，就他的“立方原子”模型與同事進行過熱烈的討論，但並沒有形成共識。1913年10月，路易斯在《美國化學會志》發表文章，提出必須承認存在兩種不僅在程度上而且在種類上不同的化學鍵合，也就是存在極性和非極性兩種化學鍵，但路易斯沒有提出解釋非極性鍵形成的物理機理。
1916年4月，路易斯發表了論文《原子與分子（The atom and the molecule）》，提出共用電子對鍵的概念，開啟了化學領域的“電子結構革命”。路易斯提出：化學鍵由2個原子共用的1對電子組成。他認為共用電子對導致分子中除了氫原子之外的絕大多數原子的價電子層有8個電子，即4對電子，也就是惰性氣體分子的價電子層，路易斯稱之為“八規則”。然而，路易斯無法解釋為什麼電子即使互相排斥似乎還有一種特殊的能力來形成電子對，也無法解釋為什麼2個電子可以在原子之間形成1個鍵。他通過“立方原子”模型共用一個邊或一個面為單鍵和雙鍵提供了簡單的表示，但不能解釋碳原子四面體立體化學、三鍵以及單鍵的自由旋轉。路易斯進而提出用“四面體”描述原子，四面體的每個頂點排列一個電子對，這個模型可以解釋已知的碳原子四面體幾何結構；2個四面體通過共用一個頂點、一個邊或一個面表示單鍵、雙鍵或三鍵；該模型正確地預測了乙烯的平面構型和乙炔的線性構型，也可以解釋單鍵的自由旋轉，但不能解釋雙鍵的不能自由旋轉。在1916年的論文中，路易斯發明了一種符號來表示“共用電子對鍵”，即用2個圓點來表示電子對。以這種方式或用短線表示一個鍵或共用電子對的分子電子結構式已廣為熟知，並被稱為“路易斯結構”。
1923年，路易斯出版了《化合價和原子與分子的結構》專著，總結了自己20多年化學鍵理論的研究工作，這本書影響了化學家對原子和分子間化學鍵合的思考方式。這本書的另一個貢獻是他對酸鹼的定義，提出了酸鹼電子理論，也被稱為“路易斯酸鹼理論”。該理論認為凡是可以接受外來電子對的分子、基團或離子為酸；凡可以提供電子對的分子、離子或原子團為鹼。
- 學術論著
吉爾伯特·牛頓·路易斯的一生共發表了140餘篇學術論文。
人才培養
- 培養成果
吉爾伯特·牛頓·路易斯的一生共指導了290名博士研究生。
學生姓名 | 畢業時間 | 獲得諾貝爾獎時間 |
|---|---|---|
1922年 | 1949年 | |
1923年 | 1934年 | |
1933年 | 1960年 | |
1937年 | 1951年 | |
1940年 | 1983年 |
- 講授課程
1902年，吉爾伯特·牛頓·路易斯在哈佛大學承擔了基礎化學、熱力學和電化學等3門課程的教學任務。
- 教學改革
在吉爾伯特·牛頓·路易斯的主導下，加利福尼亞大學伯克利分校化學本科課程體系進行了調整，課程設定被限制在數量不多的基礎課程，設定這些課程的目的是讓學生徹底掌握基礎知識。路易斯比較重視基礎課程的教學，通常在一個學期安排多達8位教授為新生授課；教師每周開一次會，討論大一課程的內容組織和難點的講授方法。在研究生教育方面，路易斯的方法也是非傳統的，他認為就教科書中已有的主題進行講座是浪費時間，要給研究生最大的自由度，鼓勵研究生自己選擇課題進行研究，同時為了課題研究可自由選擇指導教師，並且可在中途更換指導教師。
榮譽表彰
時間 | 榮譽表彰 |
|---|---|
1909年 | 美國藝術與科學院院士 |
1913年 | 美國國家科學院院士（於1934年放棄院士稱號） |
1939年6月 | 瑞典皇家科學院阿倫尼烏斯金質獎章（Arrhenius' Gold Medal） |
- | 尼科爾斯獎章（Nichols Medal） |
- | 威拉德·吉布斯獎章（Willard Gibbs Medal） |
- | 英國皇家學會戴維獎章（Davy Medal） |
- | 美國化學學會東北分會西奧多·威廉·理查茲獎章（Theodore William Richards Medal） |
- | 印度國家科學院外籍院士 |
- | 瑞典皇家科學院外籍院士 |
- | 丹麥科學院外籍院士 |
- | 賓夕法尼亞大學榮譽博士 |
- | 威斯康星大學榮譽博士 |
- | 利物浦大學榮譽博士 |
- | 馬德里大學榮譽博士 |
- | 芝加哥大學榮譽博士 |
社會任職
時間 | 擔任職務 |
|---|---|
1925年 | 耶魯大學Silliman講師 |
個人生活
- 家庭背景
吉爾伯特·牛頓·路易斯是家裡的第2個孩子，有1個姐姐和1個弟弟。1884年，路易斯全家搬到了內布拉斯加州林肯市。路易斯非常聰明，3歲時就學會了閱讀。父母決定不送他到學校上學，而是由母親在家教育他。路易斯的整個國小教育都是在家裡完成的，他在家裡學習了拉丁文、希臘語、法語、德語、歷史和代數。
- 婚姻家庭
1912年，吉爾伯特·牛頓·路易斯與瑪麗·謝爾頓（Mary Sheldon）結婚，二人育有兩個兒子和一個女兒。
人物評價
吉爾伯特·牛頓·路易斯是20世紀最有影響力和最受尊敬的科學家之一，是化學和物理學的先驅（Gilbert Newton Lewis, one of the most influential and admired scientists of the twentieth century, was a pioneer in both chemistry and physics.）。（麻省理工學院評）
吉爾伯特·牛頓·路易斯是像約瑟夫·約翰·湯姆遜和歐內斯特·盧瑟福這樣罕見的科學家之一，他也是加利福尼亞大學伯克利分校的偉大教師和領導者（He was one of those rare scientists, like J.J. Thomson and Rutherford, who are also great teachers and leaders of a school.）。（加利福尼亞大學伯克利分校化學學院評）
人物紀念
- 路易斯樓
為紀念路易斯，加利福尼亞大學伯克利分校於1948年將新建成的一棟6層化學大樓命名為“路易斯樓”。
- 吉爾伯特·牛頓·路易斯獎章
1951年，美國化學會加州分會設立了“吉爾伯特·牛頓·路易斯獎章”，獎勵做出傑出貢獻的理論化學家。
吉爾伯特·牛頓·路易斯獎章
- 專題討論會
1982年3月，在第183屆美國化學會會議上召開了紀念路易斯專題討論會，研討了路易斯對化學和化學教育的貢獻。
- 節日
1993年，麻薩諸塞州宣布1993年10月23日為吉爾伯特·牛頓·路易斯日。
