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中國稀土化學奠基人徐光憲逝世

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  【歷史上的今天】2015年4月28日,中國稀土化學的奠基人徐光憲院士去世,享年95歲。

人物簡介

中國稀土化學奠基人徐光憲逝世

徐光憲,出生於浙江省紹興市,物理化學家、無機化學家、教育家。1944年畢業於交通大學(西安交大、上海交大前身)化學系,1951年獲美國哥倫比亞大學物理化學博士學位,不久回國,到北京大學任教。1980年被增選爲中國科學院學部委員,2008年度“國家最高科學技術獎”獲得者,被譽爲“中國稀土之父”、“稀土界的袁隆平”。

徐光憲長期從事物理化學和無機化學的教學和研究,涉及量子化學、化學鍵理論、配位化學、萃取化學、核燃料化學和稀土科學等領域,基於對稀土化學鍵、配位化學和物質結構等基本規律的深刻認識,發現了稀土溶劑萃取體系具有“恆定混合萃取比”基本規律,在20世紀70年代建立了具有普適性的串級萃取理論。

身爲北大教授的徐光憲在化學領域多達300萬字的著述奠定了他在化學界的泰斗地位。他和他的研究羣體將自己的理論運用到了實際生產中,依靠自己的努力攻關,使中國在稀土分離技術上走在世界的最前列,短短十幾年從一個稀土“匱乏”大國一躍成爲世界上最大的稀土出口國,並佔據了國際市場80%的份額,造就了一個關於稀土的“中國傳奇”。

主要經歷

1920年,紹興城徐家的第四個兒子出生,曾就讀於政法學院的徐宜況給兒子取名“憲”,與姓、輩合起來,就是“徐光憲”。

徐光憲沒有辜負父輩的期待,他將自己近一個世紀的生命歲月毫無保留地獻給了他所熱愛的科學事業。

然而,徐光憲的求學之路卻並不平坦。

徐光憲十幾歲的時候,徐家家道中落,徐光憲在父親的影響下,抱着想要成爲一名工程師的願望,考入了杭州高級工業職業學校土木科。杭州高工位於浙江大學西南角,與浙江省立圖書館僅一門之隔,在繁重的課程之外,徐光憲和他的同學們常常跑到圖書館去借書自習,學習知識如飢似渴。

不久,抗戰爆發,杭州淪陷,杭州高工隨之解散。1938年夏天,徐光憲轉學至寧波高工,繼續艱難的求學之路,吃、住、上課都在一座小寺廟裏。1939年,徐光憲又輾轉到了上海,晚上做家教謀生,白天到大學聽課。爲了省錢,他考取了學費最便宜而且有獎學金的交通大學。當時的交通大學一部在法租界的震旦大學教室上課,上海租界是血氣氤氳的孤島——租界內的中國同胞既要承受日軍刺刀的威脅和“思想戰”的巨大壓力,還要忍受外國人的欺辱。然而在這座孤島內,徐光憲和同學們擠在簡陋的教室裏解析艱澀的化學方程式,用殘留下來的儀器做實驗,大家學習的熱情格外高漲。在那期間,徐光憲做了大量的習題,徐光憲曾說,“這些學習對我打下基本功起到了很好的作用,一生受用不盡”。

在交大的整整四年,徐光憲都是班上的第一名。大學畢業後,徐光憲以兩門功課滿分的成績考入哥倫比亞大學攻讀博士學位,主修量子化學,由於成績特別優異,還獲校聘助理。在這裏,他迎來了學術生涯的第一個高峯。

從秀麗的中國江南水鄉小城,到繁華的美國大都市曼哈頓,艱辛的求學道路砥礪出徐光憲堅強的意志。

1951年3月,徐光憲憑藉論文《旋光的量子化學理論》獲得博士學位,從入學到獲得博士學位,他只用了短短的兩年零八個月。年輕的徐光憲面前是一派錦繡前程,然而,他毅然選擇了回國。4月15日,“戈登將軍”號輪船汽笛長鳴,徐光憲和妻子高小霞假借華僑歸國探親的名義,衝破阻礙,踏上歸國的征程。

徐光憲回國後,一直在北京大學工作,既從事大學教學,也做科學研究。

在徐光憲看來,個人的研究興趣以及對研究前沿的把握固然重要,但最關鍵的是,科學研究既要立足於基礎研究,還要面向國家目標。

1960年,適應國家原子能工業發展的需求,他將核燃料萃取化學作爲自己新的研究方向,爲打造北大技術物理系這一“核科學家的搖籃”做出了歷史性貢獻。1972年,爲扭轉我國稀土工業的落後狀況,他又轉向稀土分離方法的理論和實驗研究。“一輩子搞稀土,我喜歡,把咱們寶貴的資源利用得更好,這是一種樂趣”,2009年,在獲得國家最高科學技術獎時,徐光憲感慨地說:“它緊緊連着我和祖國。”

“萃取”和“稀土”,這是代表着徐光憲事業巔峯的兩個關鍵詞。

稀土,被稱爲工業“黃金”,在我們日常生活中發揮着不可替代的重要作用。我國是稀土資源大國,但是在多年以前,開發利用稀土的生產技術始終掌握在國外少數廠商手裏。稀土擁有資源量最大的中國,只能以低廉的價格出口稀土礦,再用高價進口稀土產品。

上世紀80年代中期,徐光憲以其特有的學術敏感,從改進稀土萃取分離工藝入手,使鐠釹分離係數打破了當時的世界紀錄。他建立自主創新的串級萃取理論,推導出100多個公式,併成功設計出了整套工藝流程,實現了稀土的迴流串級萃取。他率先辦起“全國串級萃取講習班”,使新的理論和方法廣泛用於實際生產,大大提高了中國稀土工業的競爭力。這一全新分離方法,使我國單一稀土產量猛增,一時間,國際單一稀土產品價格暴跌,國外的稀土壟斷公司不得不減產、停產甚至破產,中國的世界稀土強國地位,一舉確立。

直到今天,“串級萃取”理論仍然是我國稀土工業的理論基礎。這場由徐光憲引起的中國風暴給我國帶來了數以億計的收益,相關研究相繼獲得全國科學大會獎、國家自然科學獎、國家科技進步獎等各類獎勵。

晚年的徐光憲一直呼籲保護稀土資源。2005年,徐光憲聯合師昌緒等14位院士,撰寫《關於保護白雲鄂博礦釷和稀土資源,避免黃河和包頭受放射性污染的緊急呼籲》,兩次上書時任國務院總理溫家寶,並多次深入白雲鄂博地區調研,這份建議很快得到溫家寶的批覆。

2005年,徐光憲以自己和夫人高小霞的名字設立了“霞光獎學金”,鼓勵和資助學習努力、家境困難的本科生和研究生。

2015年4月28日上午,徐光憲院士不幸逝世,享年95歲。

然而,有人曾問徐光憲,一生中最感到滿意的事是什麼?徐光憲卻立即答道:“是培養了一批好學生。”幾十年來,徐光憲不僅培養了近百名博士生和碩士生,還爲我國稀土產業界培養了大批工程技術人員。現在在北大稀土國家重點實驗室工作的他的學生中,就有中國科學院院士3人、長江學者特聘教授3人。

主要成就

徐光憲結合國家建設需要,堅持理論與實踐相結合的研究方向,在量子化學、配位化學、萃取化學、稀土化學、化學鍵理論和串級萃取理論等領域,取得了顯著成就。

●發展串級萃取理論並用於稀土工業生產

1972年,北京大學化學系接受了一項緊急任務——分離鐠釹,研究生產稀土的技術。52歲的徐光憲,臨時受命,成爲了這一研究課題的領軍人。經過艱辛探索,他大膽摒棄國際上通用的離子交換法,另闢蹊徑,提出串級萃取理論,使本身難以分離的鐠釹具有高達4的分離係數,遠遠超過了國際同行的結果。在此基礎上,徐光憲推導出100多個公式,成功設計出了整套工藝流程,實現了稀土的迴流串級萃取。此外,他還率先辦起“全國串級萃取講習班”,使新的理論和方法廣泛應用於實際生產,大大提高了中國稀土工業的競爭力,使我國在稀土分離技術和產業化水平上躍居世界首位。

徐光憲的成功,使中國從稀土資源大國一躍成爲稀土生產和出口大國,撬動了全世界的稀土市場格局。到上世紀90年代初,由於我國單一高純度稀土大量出口,國際稀土價格降爲原來近四分之一。包括美國鉬公司、日本的稀土分離企業、法國的羅地亞公司等長期霸佔世界市場的稀土壟斷企業,不得不減產、停產、破產或尋求同中國人進行技術合作。他們把這稱爲“China Impact”(中國衝擊),這是徐光憲締造的“中國傳奇”。

●中國溶液絡合物化學研究的先行人

徐光憲對學科發展前沿的生長點很敏感,能把握國際學術發展的新動向,結合中國實際情況,及時選擇有發展前途的研究領域和課題。1951年,他回國初期仍在繼續從事量子化學研究。當時,國際上對溶液中絡合物平衡的研究正在興起,他敏銳地感覺到這將發展成爲無機化學的重要分支,中國國內也有條件做這方面的工作。於是他迅速抓住這一時機,率先在中國國內開展溶液中絡合過程物理化學的研究。首先是測定溶液中的絡合物平衡常數。他通過改進儀器設備,提高了測量精度,同時改進實驗數據的處理方法,因而能從測定結果得出更多的信息,加上用新的實驗數據處理方法,得到的結果就更多和更精確,對弱絡合體系也可給出較準確的分級絡合常數。他在絡合平衡常數測定方面的工作迅速達到國際先進水平,也帶動了中國國內有關研究工作的開展。他根據絡合平衡與吸附平衡的相似性提出絡合物平衡的吸附理論,可以簡便地描述溶 液中弱絡合物平衡過程。這一時期的工作成果對他後來成功地開展核燃料萃取化學和稀土化學研究有很大幫助。

20世紀70年代以來,他注意到生物無機化學的興趣,立即意識到研究生物分子配體絡合物的重要意義。他鼓勵、支持和指導科研組的同志積極開展這方面的工作,例如研究膽結石的生成機理,稀土羊毛染色機理,抗癌藥物分子對金屬離子的絡合作用等。80年代以來,他在固體絡合物的合成、結構測定和譜學研究等方面,指導助手和學生做了大量工作,特別是在稀土元素的多核、異核絡合物方面,例如在國際上首次合成了具有特殊結構和性能的一系列四核稀土雙氧絡合物,引起同行的重視。

●探尋物質結構與性能的關係

20世紀70年代初以來,金屬有機化合物化學和原子簇化學迅速發展,有大量新化合物被合成出來,它們的結構及性質的研究也隨之發展,因而金屬有機化合物和原子簇化合物的結構規律成爲衆多學者關心的問題。徐光憲通過總結大量實驗資料和已有的各種理論,提出了一個更普遍的,同時適用於金屬有機化合物、原子簇化合物和一般分子的結構規則,取名爲(nxcπ)格式。與此相關,還提出了原子共價的新定義。利用(nxcπ)結構規則,只要根據分子結構式即可估計分子的穩定性,從而可以預測可能存在的新化合物。這一結構規則和定義,已經通過了大量實驗結果和量子化學計算結果的檢驗,顯示出正確性與廣泛適用性。

從20世紀70年代末開始,徐光憲主持開展了對稀土量子化學和稀土化合物結構規律性的研究。在建立適用於稀土元素電子結構研究的方法和計算程序的基礎上,他對不同類型的稀土化合物進行了系統的量子化學計算,結合(nxcπ)結構規則和共價的新定義,對其成鍵情況進行分析。研究結果表明,稀土化合物並不總是離子性的,在金屬有機化合物中存在的是帶有離子性的共價鍵,而在很多無機化合物中存在帶有很大共價成分的離子鍵。共價鍵主要通過其5d軌道生成,4f軌道貢獻相當小,因此稀土的簇合物和金屬有機化合物服從推廣的十八電子規律。

徐光憲還熱心教育事業,爲培養科技人才傾注了心血,曾發表論文400餘篇和10本教科書及專著。由於在科學研究方面的突出貢獻,徐光憲1994年獲得首屆何樑何利基金科學與技術進步獎,北京大學首屆自然科學研究突出貢獻獎,2005年又獲何樑何利科學成就獎,2006年獲北京大學首屆蔡元培獎,2008年度國家最高科學技術獎。

人物評價

作爲化學家,徐光憲的科研成果使我國實現了從稀土“資源大國”到“生產大國”的飛躍,提高了我國稀土工業的國際競爭力,被國際稀土界稱爲“中國衝擊”。

作爲教育家,他撰寫的教材教育和培養了我國幾代化學工作者,他指導了近百名博士生和碩士生,爲我國稀土產業培養了大批工程技術人員。

“科學家中有兩種人,一種是‘工匠’,還有一種是‘大師’。前者的目光侷限在具體的研究中,而後者則研究科學的哲學層面。徐光憲就是後者的境界。”徐光憲的學生嚴純華院士說。

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