诺贝尔奖得主马库斯的理论不仅为化学领域最基础的过程(电子转移)提供了简明的诠释框架,也被广泛应用于理解多种反应。

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美国理论化学家鲁道夫 · 马库斯(Rudolph Marcus)因对化学体系中电子转移反应理论的贡献而荣获1992年诺贝尔化学奖。该理论有助于阐释光合作用、呼吸作用、氧化反应乃至萤火虫发光等现象背后的电化学机制。2026年7月16日,马库斯在加利福尼亚州帕萨迪纳的家中去世,享年102岁。

1923年7月21日,马库斯出生在加拿大蒙特利尔。在整个中小学阶段,他在数学和科学方面表现优异。1943年,他在蒙特利尔的麦吉尔大学获得化学学士学位,1946年获得博士学位。之后,他分别在加拿大国家研究委员会和美国北卡罗来纳大学教堂山分校——师从著名化学家奥斯卡 · 赖斯(Oscar Rice)——从事博士后研究。

正是在教堂山分校从事博士后研究期间,马库斯开始研究由赖斯、赫尔曼 · 拉姆斯佩格(Herman Ramsperger)和路易斯 · 卡塞尔(Louis Kassel)在20世纪20年代提出的关于单分子反应的理论,即RRK理论,并对此理论进行了拓展。该理论现在被称为RRKM理论,其中加入的“M”是马库斯的姓氏首字母,代表了其贡献。

马库斯在职业生涯早期就发现自己不喜欢做实验,反而更倾向于为神秘现象构思解释,因此最终成了一位理论化学家,而非实验化学家。他曾明确表示:“我认为,这一切都归结于谜题以及儿时对解谜的喜爱,只不过现在的谜题是科学谜题。”马库斯也正是因为破解了电子转移反应这一谜题才获得诺贝尔奖。

这个故事要从1955年说起。当时,他偶然间读到了后来的诺贝尔奖得主威拉德 · 利比(Willard Libby)的一篇文章。该文解释了为何某些电子转移会比其他电子转移发生得更快,并在一定程度上解释了电子转移究竟为何发生。马库斯认为,利比提出的“电子可在不扰动原子核的情况下被发射出来”这一观点颇有前景,但有一个显而易见的问题:支撑这种发射的能量从何而来?在20世纪20年代的实验中,能量的来源是光,但对于在黑暗中发生的反应呢?

经过深入思考和推导,马库斯最终得出了一个包含所有反应要素的公式——这项工作也催生了马库斯电子转移理论。在接下来的几年里,他发表了一系列论文,概述了如果他的理论正确,实验中可能会出现的结果。其他科学家则进行了相关实验,他的大部分预测很快就得到了验证。这些预测中,最不同寻常的一个就是“反转区”预测。实践表明,要证实这一现象并非易事。直到1984年,几位科学家才通过实验证实了它,从而验证了马库斯的整个理论。

此后数年间,该理论的应用范围不断扩大。加州理工学院(马库斯自1978年起就在该校任职)化学与化学工程系主任莎拉 · 赖斯曼(Sarah Reisman)表示,再怎么强调马库斯理论的重要性都不为过。

除诺贝尔奖外,马库斯一生中还获得了数十项荣誉,包括1985年的沃尔夫奖、1989年的美国国家科学奖章等。

资料来源 The New York Times