如同針對物理問題一樣，玻爾原子理論強調了大量化學問題。

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但是這一偉大科學家想要建立一個嶄新的原子分子化學的設想在當時并沒有獲得多大成功，也沒有獲得大多數(shù)化學家的認可。

1913年夏秋之際，尼爾斯·玻爾連續(xù)發(fā)表了三篇文章闡述他的具有劃時代意義的理論，這一現(xiàn)今可以在高中和大學本科的教科書上看到的理論革新了物理學家關于物質的概念。

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玻爾理論通常被認為只適用于已獲得驚人成功的單電子原子體系，從歷史的觀點看來，這是明顯誤解。事實上，玻爾最初就認為，他的這一智慧結晶應該對于無論是物理學家的原子還是化學家的分子在內的所有物質的構成都會產生全新的認識。

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在他的1913年三篇巨作中，雖然現(xiàn)今經常被忽略，實際上關于化學性質的考慮和結論占有相當重要的地位。同時，玻爾理論對化學的影響也是巨大的，特別是對元素周期排列規(guī)律的貢獻。

從科學誕生以來，物理學和化學這兩個姊妹學科之間的經常爭論就一直存在著。

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在牛頓力學之后，1786年德國哲學家伊曼努爾·康德在《自然科學的形而上學基礎》一書中指出，化學由于它的問題很難數(shù)學化且不遵循自然規(guī)律的必然性，而永遠不能像備受推崇的力學物理那樣成為真正的科學。

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在此之后，化學家們一直在努力尋找能使他們的科學建立在更高級的物理法則上的“化學的牛頓”。那時人們想玻爾理論也許就是這一答案？盡管所有的預言是這樣，然而這些并沒有發(fā)生，玻爾半經典原子理論并沒有在純物理學的基礎上成功解釋化學。

1903年，當18歲的玻爾進入哥本哈根大學學習物理學時，他在數(shù)學、天文學、化學方面都受到了堅實全面的教育。

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在1921年成為哥本哈根大學的物理學教授尤其是創(chuàng)建了哥本哈根大學理論物理學研究所(現(xiàn)名為尼爾斯·玻爾研究所)之后，玻爾與丹麥化學家詹斯·克里斯蒂安森及約翰尼斯·布任斯特經常定期進行學術討論。與玻爾經?；硬ζ渥钣袉l(fā)的是和他有著長期友誼的1943年諾貝爾化學獎獲得者匈牙利物理化學家喬治·德·赫維西，他是玻爾早期原子結構和放射性來源的想法的接受者。在1913年2月7日給赫維西的信中，玻爾提到一些在他尚未完成的理論中的化學內容，包括“對于元素周期律認識的非常建設性的說明”和原子是如何形成分子的?？偠灾敃r雄心勃勃的玻爾提出了“對于我們所稱為物質‘化學和物理’性質的詳細設想”。

玻爾除了1922年獲得諾貝爾物理學獎之外， 還曾經在1920年和1929年兩次被德國化學家們提名諾貝爾化學獎。

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盡管對化學有著濃厚興趣和認知以及他的理論中存在著一些與化學相關的內容，實際上玻爾并未真正地從化學角度思考問題。他在原子理論中使用的方法是物理的而不是化學的，并且他更傾向于把在化學中的推理模式作為服務于理論物理更深遠目的的可開發(fā)資源之一。

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在1920年前后他做的一些演講中，玻爾經常以經典簡化論者的姿態(tài)表述他的看法，即化學應該是可以由原子物理學推衍出。圖1是玻爾在耶魯大學的一次演講。

圖1 1923年11月6日至13日玻爾在耶魯大學的西利曼講座上討論了對應原理(哥本哈根，尼爾斯·玻爾檔案館提供)

在1912年7月送給厄恩斯特·盧瑟福的被后人所熟知的“曼徹斯特備忘錄”的草稿中，玻爾總結了他最初的原子分子結構圖像(見圖2)。他認為，在構造一個電子體系時，把所有的電子禁錮在單一“圓環(huán)”中并不總是可能的，在某一步驟一些電子需要形成一個新的外部“圓環(huán)”。

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通過這種方法，玻爾第一次建立了元素的最外層電子與它的化學價之間的關系，并且發(fā)現(xiàn)這種聯(lián)系在解釋元素周期律時是必不可少的。一年之后在他所發(fā)表三篇巨作中的第二篇中，他對這些建議做了詳細的說明。

圖2 1912年玻爾寄給盧瑟福的“曼徹斯特備忘錄”中關于構造成簡單分子的原子可能的構型圖。值得注意的是其中的O3和水分子，當時玻爾把它們描述成線性分子(哥本哈根，尼爾斯·玻爾檔案館提供)

在他三篇巨作的第三篇中，玻爾處理了分子和共價鍵問題。

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在曼徹斯特備忘錄中，他以顯著篇幅描繪這種分子概念，設計了H2，O2，O3，H2O，CH4，C2H2的初步模型，其中玻爾討論最多也最深入的就是假設由兩個原子核被兩個電子的環(huán)軌道保持在一起的H2。

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到了20世紀20年代初，雖然玻爾依然認為他的理論對化學的作用和以前一樣重要，但他已經停止了對分子模型的猜測。

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在1921年到1923年期間的文章及會議上，包括1922年12月11日在他的諾貝爾獎講演上，玻爾提出了更為成熟的復雜原子模型。

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在斯德哥爾摩和其他場合，玻爾不斷地利用他展示在畫板上的不同原子電子軌道圖像來闡述他的化學元素新理論。

然而，當玻爾試圖將他的原子理論推廣到化學領域時，在化學家這一更大的群體中卻獲得了褒貶不一的反映。在玻爾理論形成之初，也許是因為太難并對解決化學問題沒有幫助，大多數(shù)化學家都沒有注意到它的存在?；瘜W家們對玻爾模型不滿意的更主要原因是它不能說明分子的結構和化合價，因而認為它不如威廉姆·劉易斯、歐文·朗繆爾等人提出的化學模型。

顯然，這時核心的問題成為化學認為有意義的東西在物理學看來則是沒有意義的?；瘜W中采用的原子立方體模型中電子必須是靜止在空間某一位置上的，而玻爾原子中電子是動態(tài)的。到了20世紀20年代初，玻爾的動態(tài)原子模型和化學家的靜態(tài)原子模型之爭論進一步擴大為兩種不同的科學文化間的對峙：物理學家和化學家對一個好的科學理論的標準是什么這樣一個問題各持己見。

雖然大多數(shù)化學家認為玻爾模型在分子的結構和化合價方面沒有用處，但是他們十分認可玻爾的元素周期律理論。按照物理化學的先驅者、1920年諾貝爾獎獲得者瓦爾特·能斯特的說法，鉿元素的發(fā)現(xiàn)證明了玻爾理論本質上是正確的。進一步地，玻爾量子理論在現(xiàn)今被稱為化學物理這一化學的分支中成功地用于分子光譜學的研究。

盡管玻爾最初設想并付出極大熱情建立對物理和化學都有重要意義的普適原子分子理論的計劃沒有成功，但他的付出并非一無所獲。從某種程度上說，玻爾的努力使得量子力學出現(xiàn)，并在20世紀20年代末期發(fā)展成量子化學。

量子化學的第一次突破是1927年瓦爾特·海特勒和費里茨·倫敦的H2分子鍵的完全量子力學描述，這是幾乎完全沒有或漠不關心結構化學知識及問題的標新立異的理論物理學家的研究結果。

直到1930年代萊納斯·鮑林的重要工作才清楚地展現(xiàn)了量子化學的成功非常依賴于化學證據(jù)和推理模式，新一代量子化學家們才又不得不從物理思考模式中解放出來，由此創(chuàng)造量子化學交叉學科的新的框架。量子化學的許多奠基人在20世紀20年代都訪問過玻爾研究所，但是當量子化學騰飛時玻爾和他的同事也都不能跟上其發(fā)展的腳步。

然而玻爾非常了解這門新興學科并注意到它的重要性，當1929年年輕的埃里?！ば菘藸杹淼礁绫竟隽孔恿W研究時，正是玻爾引導他研究海特勒—倫敦理論并且建議他關注雙鍵問題。

（來源：《物理》2015年第6期。作者邵龍、丁大軍，系吉林大學研究人員）