John Popple | |
---|---|
John Anthony Pople | |
Születési név | angol John Anthony Pople |
Születési dátum | 1925. október 31 |
Születési hely | Burnham-on-Sea [1] [2] , Somerset , Délnyugat-Anglia , Anglia , Egyesült Királyság |
Halál dátuma | 2004. március 15. (78 éves) |
A halál helye | Chicago , Illinois , USA |
Ország | Nagy-Britannia |
Tudományos szféra | kémia |
Munkavégzés helye | Északnyugati Egyetem |
alma Mater | Trinity College Cambridge Egyetem , Bristol Gimnázium |
Akadémiai fokozat | PhD [3] ( 1951 ) |
tudományos tanácsadója | Lennard-Jones, John Edward |
Díjak és díjak |
Kémiai Nobel-díj (1998) Wolf kémiai díj (1992) |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
Sir John Anthony Popple ( ang. Sir John Anthony Pople ; 1925. október 31. , Burnham-on-Sea – 2004. március 15. , Chicago ) - angol elméleti kémikus , a modern számítógépes kémia egyik megalapítója . Az egyik legszélesebb körben használt kvantumkémiai program, a Gaussian megalkotója . A kémiai Nobel-díj ( 1998 ) és más rangos díj nyertese .
John Popple a délnyugat-angliai Somersetben, Burnham-on-Sea-ben született. Apai dédapja a 19. század közepén Burnhamben telepedett le, és kisvállalkozást alapított a városban. John nagyapja megörökölte a ruhaüzletet, és átadta John apjának, Herbert Keith Popple-nek, amikor visszatért az első világháborúból.
John anyja, Mary Frances Popple (született Jones) paraszti családból származott. Édesapja azt akarta, hogy Mária iskolai tanár legyen, de ennek nem volt sorsa: egy jómódú családból származó gyerekek oktatásába kezdett, majd az első világháború idején a hadseregben könyvtáros volt. Rokonai többsége gazdálkodó volt Somersetben és Wiltshire-ben, így John és öccse Donald sok időt töltött a farmon.
Keith és Mary azt akarták, hogy gyermekeik elérjenek valamit, ezért igyekeztek a legjobb helyi iskolákba helyezni őket. John Popple részt vett a St. A Burnham-on-Sea- i St Margaret 's Schoolban 1930-1932-ben és a Burnham College-ban 1932-1936-ban . 1936 tavaszán a Bristol Gimnáziumba költözött, az egyik legjobb fiúiskolába, amely 30 mérföldre volt Burnham-on-Sea-től. Ennek az iskolának a tanárai jó oktatást adtak Johnnak, és felkeltették a fiúban a tudomány iránti érdeklődést.
12 évesen Johnt nagyon érdekelte a matematika, amihez rendkívüli képességekkel rendelkezett. Néhány évvel később, miután kiválóan teljesített egy nehéz feladatban, amelyet új matematikatanára adott Popple-nek, úgy döntöttek, hogy Johnnak matematikát kell tanulnia a Cambridge -i Egyetemen .
1942-ben John Popple sikeres felvételi vizsgát tett a Cambridge-i Egyetem Trinity College -ba, és 1943 őszén belépett erre az egyetemre. 1945 májusában sikeresen letette a matematika BA második részét, és a Trinityben maradt, hogy folytassa tanulmányait. John később kénytelen volt elhagyni Cambridge-et az egyetemre nehezedő nyomás miatt, hogy vegyen fel leszerelt katonai személyzetet, akik a háború után visszatértek az Egyesült Királyságba. Mivel akkoriban tudományos érdeklődési köre a gázdinamika volt , Popple rövid ideig a Bristol Aircraft Company-nál dolgozott , de végül kiábrándult a munkából. 1947-ben visszatért Cambridge-be, hogy letenje az alapképzés harmadik részét, nagy hangsúlyt fektetve az elméleti fizikára . A tanulás során olyan tudósok előadásait hallgatta meg, mint G. Bondy, P. A. M. Dirac , N. Kemmer, F. Hoyle és D. Lennard-Jones . Látva, hogy mennyi tehetséges ember dolgozik a kvantumelektrodinamika fejlesztésén és az elemi részecskék viselkedésének leírásán , John úgy döntött, hogy ezen a tudományterületen is dolgozik. John Lennard-Joneshoz fordult, akinek addigra több jelentős munkája volt az atomközi kölcsönhatásokról, a molekuláris pályák elméletéről és a folyadékelméletről. 1948 júliusában John Popple doktoranduszként csatlakozott az Elméleti Kémia Tanszékhez. Vezetője a kar vezetője volt - J. Lennard-Jones.
1953-ban Lennard-Jones elhagyta Cambridge-et, és Hugh Christopher Longuet-Higginst az Elméleti Kémia Tanszék élére választották . 1954-ben John kezdett itt matematikából előadásokat tartani. W. Schneider meghívására Popple 1956-1957 nyarán ellátogatott a Kanadai Nemzeti Kutatási Tanács ottawai laboratóriumaiba, hogy megismerkedjen a mágneses magrezonancia (NMR) spektroszkópia kísérleti eredményeivel.
1958-ban John átvette az alapfizika új részlegét az Egyesült Királyság Nemzeti Fizikai Laboratóriumában (Teddington, London délnyugati részén). A National Physical Laboratory igazgatója akkoriban egy elismert IR spektrológus , Gordon Sutherland volt, aki nemrég tért vissza a Michigani Egyetemről . John remélte, hogy egysége az aktív kutatás központja lesz, ezért olyan kiváló tudósokat hívott meg, mint David Whiffen, Keith McLoughlan, Ray Freeman és Raymond Abraham.
John Popple és családja egy weybridge -i házban telepedett le . Ez az időszak fordulópont volt egy tudós életében: Bob Parr tanácsára John 1961-1962-ben sok időt töltött a Carnegie Institute of Technology-ban, amely Pittsburgh -ben , Pennsylvaniában található . Ebben az időszakban úgy dönt, hogy állást keres valamelyik egyesült királyságbeli vagy egyesült államokbeli egyetemen, amely lehetővé tenné számára, hogy több időt fordítson kutatásra. Meglehetősen sok amerikai javaslatot figyelembe véve úgy dönt, hogy 1964-ben visszatér Pittsburgh-be.
John Popple 1964 márciusában csatlakozott a Carnegie Institute of Technology-hoz a kémiai fizika professzoraként. 1967-ben, miután egyesült a Mellon Intézettel, ez az intézmény Carnegie Mellon Egyetem néven vált ismertté , John pedig a természetrajz professzora lett.
John az 1964-ben alapított International Academy of Quantum Molecular Science egyik alapítója is volt, 1997-2000 között pedig az akadémia elnöke volt.
1981-ben az összes Popla gyerek elhagyta a szülői házat, és John és Joy úgy döntöttek, hogy Illinoisba költöznek , közelebb lányukhoz, Hillaryhez és családjához. Otthont vásároltak a chicagói Roger Parkban, majd 1988-ban Wilmette-be költöztek. John továbbra is távolról felügyelte pittsburghi kutatócsoportját.
John 1986-tól 1993-as nyugdíjazásáig a kémia docense volt az illinoisi Evanston -i Northwestern Egyetemen. Ezt követően a Northwestern Egyetem munkatársaival, köztük Mark Ratnerrel és George Shartz-cal folytatta kutatásait.
2004 februárjában Johnnál a rák egy inoperábilis formáját diagnosztizálták, március 15-én pedig otthon, családja körülvéve halt meg. Megemlékezést tartottak az Illinois állambeli Evanstonban található First United Methodist Church-ben .
John első tanulmánya a „A kémiai vegyérték molekuláris pályaelmélete. IV. The Significance of Equivalent Orbitals" [4] 1949. december 16-án küldték el a nyomdába. Ebben a munkában Pople és Lennard-Jones ezt az elméletet a víz és az ammónia molekulák példáján mutatta be: megmutatták annak fontosságát, hogy a molekula alakjának meghatározásakor figyelembe vegyék a magányos elektronpárokat. Második, „A víz és hasonló molekulák szerkezete” című cikkében [5] , amely ugyanazon a napon jelent meg, kimutatta, hogy a víz elektronszerkezete leírható két ekvivalens pályahalmazzal, amelyek közel a tetraéderes irányok - két OH kötés és két magányos pár. A IX. részben [6] Lennard-Jones és Pople két ellentétes spinű, ugyanazt a térpályát elfoglaló elektron taszítását vizsgálta. A XVI. részben [7] Andrew Hurley, John Popple és John Lennard-Jones kiterjesztették az elektronpár taszítás elméletét a telített többatomos molekulákra.
1951-ben John Popple doktorált (PhD) „Magányos elektronpárok pályái” címmel. Ugyancsak ezért a disszertációért kapott kutatási asszisztensi státuszt a Trinitynél.
A molekuláris pályák elméletének kidolgozása mellett John a statisztikai mechanikában is tevékenykedett . Három közleményében "Molecular Association in liquids" [8] [9] [10] általános címen a magányos elektronpárok fogalmát használták a poláris folyadékok molekuláris kölcsönhatásainak leírására.
Axiálisan szimmetrikus molekulák statisztikai mechanikájával foglalkozó munkájában [11] John egy általános módszert mutatott be az intermolekuláris erők termodinamikai hatásainak vizsgálatára. Ezt követően ezt a munkát a „100 éves fizikai kémia” (2003) című könyvben való publikálásra választották, amelyet a Faraday Társaság századik évfordulója tiszteletére adtak ki.
John Popple és Longuet-Higgins együttműködtek az aromás molekulák elektronabszorpciós spektrumának és az oldószer hatására bekövetkező spektrális eltolódásoknak a vizsgálatában. A Renner-Teller-effektussal kapcsolatos munkájuk motivációja [12] nagyrészt Dressler és Ramsay által 1959-ben végzett kísérleti spektroszkópiai vizsgálatoknak köszönhető az NH 2 gyökről.
Az akkoriban fejlődő NMR-spektroszkópia a kémiai kutatások új, erőteljes eszközének bizonyult, és John hamar felismerte ennek az analitikai módszernek a jelentőségét: John W. Schneiderrel közösen kiadott egy könyvet "High Resolution NMR Spectroscopy" címmel . 13] . John számos tanulmányt publikált az NMR-ről a Molecular Physics folyóirat első számaiban, amely 1958-ban kezdett megjelenni Longuet-Higgins szerkesztésében.
1952-ben Popple általános tervet fogalmazott meg olyan matematikai modellek kifejlesztésére, amelyek elég jó szinten leírják "minden kémiát". Pittsburghben John úgy döntött, hogy visszatér az elektronikus szerkezet alapvető problémájához. Az elméleti kémia fejlesztési lehetőségei az elmúlt években jelentősen megnőttek, elsősorban a számítógépek rohamos fejlődésének köszönhetően. Lehet, hogy Pople későn ismerte fel a számítógépek szerepét a kvantumkémiában, de 1964-ben egyértelművé vált, hogy a hatékony számítógépes programok kifejlesztése az egyik legfontosabb kihívás, amellyel az elméleti kémia szembesül. John aktívan vállalta ezt a feladatot - és ez komolyan sikerült is. Az általa javasolt modell egy jól definiált eljárást használ a stacionárius Schrödinger-egyenlet közelítő megoldásának megtalálására . Ez a következő lépéseket tartalmazza [14] :
1. Megfelelő számítási pontosság kiválasztása. Olyan mennyiségek esetében, mint az ionizációs energiák vagy képződéshők , körülbelül 1 kcal/mol pontosság elfogadható.
2. Világosan megfogalmazott egy matematikai eljárás a közelítő megoldás keresésére.
3. Az eljárást olyan formában kell alkalmazni, amelyben annak alkalmazása elfogadható számítási költség mellett ésszerű időt igényel.
4. A kapott számítások eredményeit össze kell vetni a rendelkezésre álló kísérleti tényekkel, hogy megértsük, sikerült-e kielégítő leírást elérni.
5. A modell képes előrejelzéseket készíteni és megoldani bizonyos vitákat a kémia területén.
A negyedik követelmény biztosítja, hogy a számítások eredményeit kellően széles (a lehető legszélesebb) molekulakészleten ellenőrizzék, az ötödik lépés pedig az elméleti modellkémia azon aspektusa, amely a vegyészek széles körét a legérdekesebb.
John Pople kutatócsoportja gyorsan elkezdett dolgozni a lapos telítetlen szénhidrogének félig empirikus Pariser-Parr-Pople elméletének kidolgozásán. John pittsburghi korai éveinek gyümölcsei az olyan számítási kémiai módszerek is, mint a CNDO (Complete Neglect of Differential Overlap ) , a Intermediate Neglect of Differential Overlap ( INDO ) módszer és a Differential OverlapDiatomic ) . A Pople és Beveridge által írt Approximations of Molecular Orbital Theory [15] című könyve a fél-empirikus teljes elektron SCF-módszerek egy csoportját tárgyalja, amelyek az 1970-es évek elejére szilárdan kialakultak. A félig empirikus módszerek meglehetősen gazdaságos alternatívát jelentenek az ab initio számítási módszerekhez képest, azonban az integrálok számításánál közelítések korlátozzák őket, és bizonyos paraméterek tapasztalati értékeit kénytelenek használni. Erős rivalizálás volt Michael Dewarral is, akinek számítási módszereit (MINDO/3, MNDO és AM1) akkoriban széles körben használták. A Dewar-számítási módszerek, mint például a MINDO/3 és az MNDO fejlett Pople-módszerek (INDO és NNDO), így a rivalizálás részben a Dewar-módszerek és a megfelelő alacsony szintű ab initio módszerek relatív számítási pontosságának összehasonlításáról szólt. Azonban sem Dewar, sem Popple nem látta előre, hogy az 1964-ben kidolgozott sűrűségfüggvény -elmélet ( DFT) kiszorítja a fél-empirikus módszereket a „számítási egyszerű” elméleti kémia szemszögéből.
A számítási kémiai módszerek fejlesztésének egyik kiemelt feladata a hatékony bázisfüggvény-készletek kidolgozása volt. Ehhez jelentősen hozzájárult a Boys által javasolt ötlet, amely lehetővé tette az ab initio számítások szűk keresztmetszetének leküzdését Slater-típusú pályák segítségével : A fiúk észrevették, hogy két atom Gauss- függvényének szorzata is egy Gauss-függvény. szélsőérték a harmadik pontban. A Gauss-függvények hátrányaként megjegyezhető, hogy hibásak, sem az atommagok közelében, sem nem távolabbról. Azonban egy hatékony bázisfüggvénykészletet kaphatunk, ha a Slater-típusú pályát Gauss-függvények lineáris kombinációjaként ábrázoljuk, és a legkisebb négyzetek módszerével optimalizáljuk . Ezen elképzelések alapján John Pople csoportja számos széles körben használt báziskészletet hozott létre [ 16] . Például az STO-3G bázisfüggvények halmaza, amelyben a Slater-típusú atomi pályák minimális számú mindegyike három Gauss-függvény lineáris kombinációjaként van ábrázolva, amelyeket a legkisebb négyzetek módszerével optimalizáltak. A bázishalmazokat később továbbfejlesztették egy másik bázisfüggvény hozzáadásával a vegyértékpályához. Ezt azért tették, hogy figyelembe vegyék a töltések anizotrop eloszlását. Például a 6-31G bázis, amelyet osztott vegyértékű bázishalmaznak is neveznek, hat egyszerű Gauss-függvényből áll, amelyeket a belső héjak atomi pályáinak közelítésére használnak, és három egyszerű Gauss-függvényből és egy másik egyszerű Gauss-függvényből áll. írja le az összes figyelembe vett atom vegyértékhéját. Ha a 6-31G bázishoz hozzáadunk egy d-típusú Gauss-függvényt bizonyos atomokhoz, akkor az elektronok polarizációját is leírhatjuk egy kémiai kötésben. Az így kapott alapot, a 6-31G*-t (vagy 6-31G(d)) gyakran használják a számítási kémiában. A diffúz függvények, amelyek különösen fontosak az anionok és a gerjesztett elektronállapotok leírásánál, a 6-31G+(d) bázisban szerepelnek. A 6-31G* alapú Hartree-Fock módszer alkalmazását a molekuláris konformációk és kémiai tulajdonságok leírására Popla és munkatársai Ab initio Theory of Molecular Orbitals [17] című könyve részletezi .
Az 1960-as évek végén John észrevette a félig empirikus módszerektől az ab initio módszerek felé vezető tendenciát. Ezután Pople és munkatársa a tengelyforgatás technikájával komolyan javította az integrálok kiértékelésének hatékonyságát, korlátozva ezzel a program fő szakaszaiban az aritmetikai műveletek számát. János maga is úgy vélte, hogy ez az egyik legjelentősebb eredménye.
A John Pople és munkatársai által kifejlesztett Gaussian 70 számítógépes program jelentős mértékben hozzájárult a kvantumkémiához: a számítások sebessége és a program kényelmes interfésze lehetővé tette, hogy ab initio számításokat végezzenek számos számítógépen, még akik szerény számítási teljesítménnyel rendelkeznek.
1969-ben Paul Schleyer előadássorozatot tartott a karbóniumionokról a Carnegie Mellon Egyetemen, amit a tudós és Popl hosszú gyümölcsöző együttműködése követett. Schleyer részt vett Popla programjainak tesztelésében. A kémia számítási módszerekkel való tanulmányozásának lehetősége annyira megihlette Schleyert, hogy 1976-ban Erlangenbe költözött, hogy több időt szenteljen a számításoknak.
A direkt számítási módszerek központi szerepet játszottak a Gaussian 80 és 90 programok fejlesztésében.
Egy másik, John Pople által javasolt számítási módszer a kvadratikus konfigurációs interakciós módszer (eng. quadratic configurational interakció, QCISD ), a számítási pontosság pedig a CISD és a CCSD módszerek közé esik. A háromtestes korrelációt figyelembe veszik a csatolt klaszter módszer magas szintű változatai, a CCSD(T), valamint a QCISD(T), amelyeket Krishnan Ragavashari fejlesztett ki, aki a Popla csoportban dolgozott [18] , és a CCSD(T) módszer elég jól leírja az erős és gyenge kapcsolatok paramétereit, és a nagy pontosságú számítások egyik fő módszere.
A Popla-csoport a második derivált számítási módszereinek kidolgozásában is jelentős mértékben járult hozzá: ennek eredményeként a fejlettebb erőállandók számítási módszerei széles körben alkalmazhatók a rezgésspektroszkópiában, és fontos szerepet játszottak az átmenet azonosításában is. potenciális energiafelületek állapotai és vizsgálatai. John nagyban hozzájárult a korrelációs módszerek gradiens elemzési technikáinak kifejlesztéséhez is [19] .
Az 1980-as évek végén John felismerte az olyan szabványos elektronikus szerkezeti módszerek kifejlesztésének lehetőségét, mint a HF és MP2 nagy molekulák közvetlen módszerekkel történő tanulmányozására. Ezekben a módszerekben a kételektronos integrálok értékeit a számításuk után azonnal felhasználják, majd eltávolítják (szükség esetén újra kiszámolhatók), hogy csökkentsék a RAM mennyiségét és növeljék a számítási sebességet. Pople kollégáival együtt kiegészítette az önkonzisztens terepi módszert az energiák és a gradiensek MP2 segítségével történő kiszámításával [20] .
A Popla-modell fontos tulajdonsága, hogy lehetővé teszi a számított értékek hibájának becslését kalibrációval a rendelkezésre álló kísérleti adatok alapján. Ezért az elméleti modellek pontosságának javítása, ezáltal gyakorlatiasságuk növelése érdekében megalkották a G3 modellt [21] , amely 299 kísérleti energiakülönbségből álló halmazt használ, beleértve a legfeljebb 42 elektronos benzol „méretű” molekulákat. Pople a G3 modellt, valamint az előtte létező G1 és G2 modelleket „kissé empirikusnak” írja le, amelyben a Hartree-Fock módszerrel számított nullponti energiákat a harmonikus közelítésben is korrigálják, és kis korrekciókat is elvégeznek. az alaphalmaz hiányosságának kompenzálására adják hozzá, és az egyes atomok spin-pályahasadásához kis kísérleti korrekciókat is tartalmaznak.
Leo Radom és Bernie Schlegel által John Pople tiszteletére rendezett emlékszimpóziumot az Amerikai Kémiai Társaság 2005 márciusában, Diegóban tartott ülésén rendezték meg. John szinte valamennyi tanítványa és kollégája eljött a szimpóziumra, ahogy Hillary és Andrew Popple is.
A Bristol Gimnázium számítógépes laborját John Pople-ról nevezték el .
1948-ban John Joy Cynthia Bowers keze alatt tanult zongorázni. 1952. szeptember 22-én, hosszas udvarlás után John és Joy összeházasodott a Nagy Mária-templomban. Kezdetben egy házban éltek Tripllow -ban, Cambridge közelében. 1955-ben egy új házba költöztek, amely a Nyugat-Cambridge-i Trinity College területén található. John és Joy meleg kapcsolata volt egészen 2002-ben bekövetkezett haláláig.
Közös életük során négy gyermekük született: Hilary (1953), Adrian (1955), Mark (1958) és Andrew (1961).
John Popple tehetséges tanár és képzett előadó volt. John kollégáit és diákjait is nagyra becsülte, hogy a kutatásra összpontosított. Popple nem szívesen foglalkozott adminisztratív ügyekkel, és mindig is úgy gondolta, hogy a legnagyobb hozzájárulása a gyakorlati kutatáshoz volt.
Tematikus oldalak | ||||
---|---|---|---|---|
Szótárak és enciklopédiák | ||||
Genealógia és nekropolisz | ||||
|
Wolf - díjas kémia | |
---|---|
| |
|
Kémiai Nobel- díjasok 1976-2000 | |
---|---|
| |
|