John Popple | |
---|---|
John Anthony Pople | |
Nimi syntyessään | Englanti John Anthony Pople |
Syntymäaika | 31. lokakuuta 1925 |
Syntymäpaikka | Burnham-on-Sea [1] [2] , Somerset , Lounais-Englanti , Englanti , Iso- Britannia |
Kuolinpäivämäärä | 15. maaliskuuta 2004 (78-vuotias) |
Kuoleman paikka | Chicago , Illinois , Yhdysvallat |
Maa | Iso-Britannia |
Tieteellinen ala | kemia |
Työpaikka | Northwestern University |
Alma mater | Trinity College Cambridge University , Bristol Grammar School |
Akateeminen tutkinto | PhD [3] ( 1951 ) |
tieteellinen neuvonantaja | Lennard-Jones, John Edward |
Palkinnot ja palkinnot |
![]() ![]() |
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Sir John Anthony Popple ( eng. Sir John Anthony Pople ; 31. lokakuuta 1925 , Burnham-on-Sea - 15. maaliskuuta 2004 , Chicago ) - englantilainen teoreettinen kemisti , yksi modernin laskennallisen kemian perustajista . Yhden yleisimmin käytetyn kvanttikemiallisen ohjelman, Gaussianin , luoja . Kemian Nobel-palkinnon ( 1998 ) ja muiden arvostettujen palkintojen voittaja.
John Popple syntyi Burnham-on-Seassa Somersetissa Lounais-Englannissa. Hänen isoisoisänsä asettui Burnhamiin 1800-luvun puolivälissä ja perusti kaupunkiin pienen yrityksen. Johnin isoisä peri vaatekaupan ja siirsi sen Johnin isälle Herbert Keith Popplelle, kun hän palasi ensimmäisen maailmansodan palveluksesta.
Johnin äiti Mary Frances Popple (os. Jones) tuli talonpoikaperheestä. Hänen isänsä halusi Marian opettajaksi, mutta tämän ei ollut tarkoitus toteutua: hän osallistui varakkaan perheen lasten opettamiseen, ja myöhemmin, ensimmäisen maailmansodan aikana , hän oli kirjastonhoitaja armeijassa. Suurin osa hänen sukulaisistaan oli maanviljelijöitä Somersetissä ja Wiltshiressä, joten John ja hänen nuorempi veljensä Donald viettivät paljon aikaa maatilalla.
Keith ja Mary halusivat lastensa saavuttavan jotain, ja siksi he yrittivät sijoittaa heidät parhaisiin paikallisiin kouluihin. John Popple osallistui St. St Margaret 's School Burnham-on-Seassa vuosina 1930-1932 ja Burnham Collegessa 1932-1936 . Keväällä 1936 hän muutti Bristol Grammar Schooliin , joka on yksi parhaista poikien kouluista, joka sijaitsi 30 mailin päässä Burnham-on-Seasta. Tämän koulun opettajat antoivat Johnille hyvän koulutuksen ja herättivät myös pojassa kiinnostuksen tieteeseen.
12-vuotiaana John kiinnostui erittäin paljon matematiikasta, johon hänellä oli poikkeuksellinen kyky. Muutamaa vuotta myöhemmin, suoritettuaan uuden matematiikan opettajan Popplelle antaman vaikean tehtävän, päätettiin, että Johnin tulisi opiskella matematiikkaa Cambridgen yliopistossa .
Vuonna 1942 John Popple läpäisi pääsykokeet Trinity Collegeen , Cambridgen yliopistoon, ja tuli siihen yliopistoon syksyllä 1943. Toukokuussa 1945 hän suoritti menestyksekkäästi matematiikan BA-tutkinnon toisen osan ja jäi Trinityyn jatkamaan opintojaan. John joutui myöhemmin lähtemään Cambridgesta, koska yliopistoon kohdistui paineita ottaa vastaan demobilisoituja sotilaita, jotka palasivat Yhdistyneeseen kuningaskuntaan sodan jälkeen. Koska hänen tieteellisen kiinnostuksen kohteensa tuolloin oli kaasudynamiikka , Popple työskenteli lyhyen aikaa Bristol Aircraft Companyssa , mutta pettyi lopulta työhön. Vuonna 1947 hän palasi Cambridgeen suorittaakseen kandidaatintutkinnon kolmannen osan, jossa painopiste oli merkittävästi teoreettisessa fysiikassa . Oppimisprosessin aikana hän kuunteli sellaisten tiedemiesten luentoja, kuten G. Bondy, P. A. M. Dirac , N. Kemmer, F. Hoyle ja D. Lennard-Jones . Nähdessään kuinka monet lahjakkaat ihmiset työskentelevät kvanttielektrodynamiikan kehittämisen ja alkuainehiukkasten käyttäytymisen kuvauksen parissa, John päätti työskennellä myös tällä tieteenalalla. Hän kääntyi John Lennard-Jonesin puoleen, jolla oli siihen mennessä useita merkittäviä teoksia atomien välisistä vuorovaikutuksista, molekyyliratojen teoriasta ja nesteiden teoriasta. Heinäkuussa 1948 John Popple liittyi teoreettisen kemian laitokseen tohtoriopiskelijana. Sen johtaja oli tiedekunnan johtaja J. Lennard-Jones.
Vuonna 1953 Lennard-Jones jätti Cambridgen, ja Hugh Christopher Longuet-Higgins valittiin teoreettisen kemian laitoksen johtajaksi . Vuonna 1954 John aloitti luennoinnin täällä matematiikasta. Popple vieraili W. Schneiderin kutsusta Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston laboratorioissa Ottawassa kesällä 1956-1957 tutustumassa ydinmagneettisen resonanssin (NMR) spektroskopian kokeellisiin saavutuksiin.
Vuonna 1958 John otti hoitaakseen uuden perusfysiikan jaon Yhdistyneen kuningaskunnan National Physical Laboratoryssa (Teddington, Lounais-Lontoossa). National Physical Laboratoryn johtaja oli tuolloin arvostettu IR-spektrologi Gordon Sutherland , joka oli hiljattain palannut Michiganin yliopistosta . John toivoi, että hänen yksikkönsä olisi aktiivisen tutkimuksen keskus, joten hän kutsui sellaisia merkittäviä tiedemiehiä kuin David Whiffen, Keith McLoughlan, Ray Freeman ja Raymond Abraham.
John Popple ja hänen perheensä asettuivat taloon Weybridgessä . Tämä ajanjakso oli käännekohta tiedemiehen elämässä: Bob Parrin neuvosta John vietti paljon aikaa vuosina 1961-1962 Carnegie Institute of Technologyssa, joka sijaitsee Pittsburghissa , Pennsylvaniassa . Tänä aikana hän päättää etsiä työpaikkaa Yhdistyneen kuningaskunnan tai Yhdysvaltojen yliopistosta, mikä antaisi hänelle mahdollisuuden viettää enemmän aikaa tutkimukseen. Harkittuaan melko suurta määrää amerikkalaisten ehdotuksia, hän päättää palata Pittsburghiin vuonna 1964.
John Popple liittyi Carnegie Institute of Technologyn kemian fysiikan professoriksi maaliskuussa 1964. Vuonna 1967 sulauduttuaan Mellon Instituten kanssa tämä laitos tunnettiin nimellä Carnegie Mellon University , ja Johnista tuli luonnonhistorian professori.
John oli myös yksi vuonna 1964 perustetun International Academy of Quantum Molecular Science -akatemian perustajista ja toimi akatemian puheenjohtajana vuosina 1997-2000.
Vuonna 1981 kaikki Poplan lapset jättivät vanhempien kodin, ja John ja Joy päättivät muuttaa Illinoisiin lähemmäksi tytärtään Hillarya ja hänen perhettään. He ostivat kodin Roger Parkista Chicagosta ja muuttivat myöhemmin Wilmetteen vuonna 1988. John jatkoi tutkimusryhmänsä etävalvontaa Pittsburghissa.
John oli kemian apulaisprofessori Northwestern Universityssä Evanstonissa Illinoisissa vuodesta 1986 eläkkeelle jäämiseensä vuonna 1993. Sen jälkeen hän jatkoi tutkimustaan Northwestern Universityn kollegojensa kanssa, mukaan lukien Mark Ratner ja George Shartz.
Helmikuussa 2004 Johnilla diagnosoitiin leikkauskelvoton syöpä, ja 15. maaliskuuta hän kuoli kotonaan perheensä ympäröimänä. Muistotilaisuus pidettiin First United Methodist Churchissa Evanstonissa Illinoisissa .
Johnin ensimmäinen artikkeli on "Kemiallisen valenssin molekyylikiertoteoria. IV. The Significance of Equivalent Orbitals" [4] lähetettiin painoon 16. joulukuuta 1949. Tässä työssä Pople ja Lennard-Jones osoittivat tämän teorian vesi- ja ammoniakkimolekyylien esimerkillä: he osoittivat, kuinka tärkeää on ottaa huomioon yksittäiset elektroniparit määritettäessä molekyylin muotoa. Hänen toisessa artikkelissaan "Veden ja vastaavien molekyylien rakenne" [5] , joka julkaistiin samana päivänä, osoitettiin, että veden elektroninen rakenne voidaan kuvata kahdella joukolla kahta vastaavaa kiertorataa, jotka on suunnattu lähes tetraedrisuunnat - kaksi OH-sidosta ja kaksi yksinäistä paria. Osassa IX [6] Lennard-Jones ja Pople tarkastelivat kahden elektronin hylkimistä vastakkaisilla spineillä, jotka miehittivät samalla avaruusradalla. Osassa XVI [7] Andrew Hurley, John Popple ja John Lennard-Jones laajensivat elektroniparin repulsion teorian tyydyttyneisiin polyatomisiin molekyyleihin.
Vuonna 1951 John Popple väitteli tohtoriksi väitöskirjasta nimeltä "Yksinäisten elektroniparien kiertoradat". Myös tästä väitöskirjasta hän sai tutkimusassistentin statuksen Trinityssä.
Molekyyliorbitaalien teorian kehittämisen lisäksi John oli aktiivinen myös tilastomekaniikassa . Kolmessa hänen kirjoituksessaan, yleisnimellä "Molecular Association in nesteissä" [8] [9] [10] , yksinäisten elektroniparien käsitettä käytettiin kuvaamaan molekyylien vuorovaikutuksia polaarisissa nesteissä.
Aksiaalisesti symmetristen molekyylien tilastollista mekaniikkaa käsittelevässä työssään [11] John esitteli yleisen menetelmän molekyylien välisten voimien termodynaamisten vaikutusten tutkimiseksi. Myöhemmin tämä teos valittiin julkaistavaksi kirjassa "100 Years of Physical Chemistry" (2003), joka julkaistiin Faraday-seuran satavuotisjuhlan kunniaksi.
John Popple ja Longuet-Higgins tekivät yhteistyötä aromaattisten molekyylien elektronisen absorptiospektrin ja liuottimen vaikutuksesta johtuvien spektrimuutosten tutkimuksissa. Motivaatio heidän työlleen Renner-Teller-ilmiön [12] parissa johtui suurelta osin Dresslerin ja Ramsayn vuonna 1959 suorittamista kokeellisista spektroskooppisista NH2- radikaalin tutkimuksista.
Tuolloin kehittynyt NMR-spektroskopia osoittautui tehokkaaksi uudeksi työkaluksi kemiantutkimuksessa, ja John ymmärsi nopeasti tämän analyyttisen menetelmän tärkeyden: John julkaisi yhdessä W. Schneiderin kanssa kirjan nimeltä "High Resolution NMR Spectroscopy" [ 13] . John julkaisi myös useita NMR-artikkeleita Molecular Physics -lehden ensimmäisissä numeroissa, jotka alkoivat julkaista vuonna 1958 Longuet-Higginsin toimituksella.
Vuonna 1952 Popple muotoili yleissuunnitelman matemaattisten mallien kehittämiseksi, jotka voisivat kuvata "kaiken kemian" melko hyvällä tasolla. Pittsburghissa John päätti palata elektronisen rakenteen perusongelmaan. Mahdollisuudet teoreettisen kemian kehittämiseen ovat lisääntyneet merkittävästi viime vuosina lähinnä tietokoneiden nopean kehityksen ansiosta. Pople saattoi olla myöhässä ymmärtäessään tietokoneiden roolia kvanttikemiassa, mutta vuonna 1964 oli selvää, että tehokkaiden tietokoneohjelmien kehittäminen oli yksi teoreettisen kemian tärkeimmistä haasteista. John otti aktiivisesti tämän tehtävän - ja onnistui siinä vakavasti. Hänen ehdottamassaan mallissa käytetään hyvin määriteltyä menettelyä likimääräisen ratkaisun löytämiseksi stationaariseen Schrödingerin yhtälöön . Se sisältää seuraavat vaiheet [14] :
1. Sopivan laskentatarkkuuden valitseminen. Suorituksille, kuten ionisaatioenergiat tai muodostumislämpöt , noin 1 kcal/mol tarkkuus on hyväksyttävä.
2. Matemaattinen menettely likimääräisen ratkaisun etsimiseksi on selkeästi muotoiltu.
3. Menettelyä sovelletaan siinä muodossa, jossa sen soveltaminen vaatii kohtuullista aikaa siedettävillä laskentakustannuksilla.
4. Saatujen laskelmien tuloksia on verrattava saatavilla oleviin kokeellisiin faktoihin, jotta voidaan ymmärtää, onko tyydyttävä kuvaus saavutettu.
5. Malli osaa ennustaa ja ratkaista joitain kemian alan kiistoja.
Neljäs vaatimus varmistaa, että laskelmien tulokset varmistetaan riittävän laajalla (mahdollisimman laajalla) molekyylijoukolla, ja viides vaihe on se teoreettisen mallikemian näkökohta, joka kiinnostaa useimpia kemistejä.
John Poplen tutkimusryhmä alkoi nopeasti kehittää puoliempiiristä Pariser-Parr-Pople -teoriaa litteistä tyydyttymättömistä hiilivedyistä. Myös Johnin alkuvuosien hedelmiä Pittsburghissa ovat laskennalliset kemian menetelmät, kuten Complete Neglect of Differential Overlap ( CNDO ) -menetelmä, Intermediate Neglect of Differential Overlap ( INDO ) -menetelmä ja Neglect of Differential Overlap,Diatomic NDDO . Poplen ja Beveridgen kirja Approximations of Molecular Orbital Theory [15] käsittelee ryhmää puoliempiirisiä täyselektronien SCF-menetelmiä, jotka vakiintuivat 1970-luvun alussa. Puoliempiiriset menetelmät ovat melko taloudellinen vaihtoehto ab initio -laskentamenetelmille , mutta niitä rajoittavat likiarvot integraalien laskennassa ja ne pakotetaan käyttämään tiettyjen parametrien empiirisiä arvoja. Myös Michael Dewarin kanssa käytiin intensiivistä kilpailua, jonka laskentamenetelmät (MINDO/3, MNDO ja AM1) olivat tuolloin laajalti käytössä. Dewarin laskentamenetelmät, kuten MINDO/3 ja MNDO, olivat kehittyneitä Poplen menetelmiä (INDO ja NNDO, vastaavasti), joten kilpailu oli osittain Dewarin menetelmien ja vastaavien matalan tason ab initio -menetelmien suhteellisen laskennallisen tarkkuuden vertailua. Dewar ja Popple eivät kuitenkaan ennakoineet, että vuonna 1964 kehitetty tiheysfunktionaalinen teoria ( DFT) syrjäyttäisi puoliempiiriset menetelmät "laskennan yksinkertaisen" teoreettisen kemian näkökulmasta.
Yksi laskennallisen kemian menetelmien kehittämisen keskeisistä tehtävistä oli tehokkaiden kantafunktiojoukkojen kehittäminen. Tähän vaikutti merkittävästi Boysin ehdottama idea, joka mahdollisti ab initio -laskutoimitusten pullonkaulan ylittämisen Slater -tyyppisillä kiertoradoilla : Boys huomasi, että kahden atomin Gaussin funktioiden tulo on myös Gaussin funktio, jolla on ääriarvo kolmannessa pisteessä. Gaussin funktioiden haittana voidaan todeta, että ne ovat virheellisiä, eivät lähellä ytimiä eivätkä kaukana niistä. Tehokas kantafunktioiden joukko voidaan kuitenkin saada esittämällä Slater-tyyppinen orbitaali Gaussin funktioiden lineaarisena yhdistelmänä ja optimoimalla pienimmän neliösumman menetelmällä . Näiden ajatusten pohjalta John Poplen ryhmä loi useita laajalti käytettyjä perusjoukkoja [16] . Esimerkiksi STO-3G on joukko kantafunktioita, joissa jokainen Slater-tyyppisten atomiorbitaalien vähimmäismäärä on esitetty kolmen Gaussin funktion lineaarisena yhdistelmänä, joka on optimoitu pienimmän neliösumman menetelmällä. Lisäksi kantajoukkoja parannettiin myöhemmin lisäämällä toinen kantafunktio valenssiorbitaaliin. Tämä tehtiin varausten anisotrooppisen jakautumisen huomioon ottamiseksi. Esimerkiksi 6-31G-kanta, jota kutsutaan myös split-valence-kantajoukoksi, koostuu kuudesta yksinkertaisesta Gaussin funktiosta, joita käytetään approksimoimaan sisäkuorten atomikiertoradat, ja kolmesta yksinkertaisesta Gaussin funktiosta ja toisesta yksinkertaisesta Gaussin funktiosta. kuvaa kaikkien harkittujen atomien valenssikuoret. Lisäämällä 6-31G-kantaukseen yksi joukko d-tyypin Gaussin funktioita tietyille atomeille, voidaan myös kuvata elektronien polarisaatiota kemiallisessa sidoksessa. Näin saatua perustaa 6-31G* (tai 6-31G(d)) käytetään usein laskennallisessa kemiassa. Diffuusifunktiot, jotka ovat erityisen tärkeitä anionien ja viritettyjen elektronisten tilojen kuvaamisessa, sisältyvät 6-31G+(d)-pohjaan. Hartree-Fock-menetelmän käyttö 6-31G*-perustalla molekyylien konformaatioiden ja kemiallisten ominaisuuksien kuvaamiseen on kuvattu yksityiskohtaisesti Poplan ja kollegoiden kirjassa Ab initio Theory of Molecular Orbitals [17] .
1960-luvun lopulla John huomasi suuntauksen poistua puoliempiirisistä menetelmistä ab initio -menetelmiin. Sitten Pople ja kollega paransivat vakavasti integraalien arvioinnin tehokkuutta käyttämällä akselin kiertotekniikkaa, mikä rajoitti aritmeettisten operaatioiden määrää ohjelman pääosissa. John itse uskoi, että tämä oli yksi hänen merkittävimmistä saavutuksistaan.
John Poplen ja hänen kollegoidensa kehittämä tietokoneohjelma Gaussian 70 antoi merkittävän panoksen kvanttikemiaan: laskelmien nopeus ja tämän ohjelman kätevä käyttöliittymä mahdollistivat ab initio -laskelmien suorittamisen suurella määrällä tietokoneita, jopa niille, joilla on vaatimaton laskentateho.
Vuonna 1969 Paul Schleyer piti luentosarjan karboniumioneista Carnegie Mellonin yliopistossa, jota seurasi pitkä hedelmällinen yhteistyö tämän tiedemiehen ja Poplin välillä. Schleyer oli mukana testaamassa Poplan ohjelmia. Mahdollisuus opiskella kemiaa laskennallisin menetelmin inspiroi Schleyeria niin paljon, että hän muutti Erlangeniin vuonna 1976 omistamaan enemmän aikaa laskelmille.
Suorat laskentamenetelmät olivat keskeisiä Gaussian 80- ja 90 -ohjelmien kehittämisessä.
Toinen John Poplen ehdottama laskentamenetelmä tunnetaan neliöllisen konfiguraation vuorovaikutuksena (eng. quadratic configurational interaktion, QCISD ) ja laskennan tarkkuuden kannalta se on CISD- ja CCSD-menetelmien välillä. Kolmen kappaleen korrelaatio otetaan huomioon kytketyn klusterimenetelmän korkean tason versioissa CCSD(T) sekä QCISD(T), jotka on kehittänyt Popla-ryhmässä työskennellyt Krishnan Ragavashari [18] ja CCSD(T) -menetelmä kuvaa varsin hyvin vahvojen ja heikkojen yhteyksien parametrit ja on yksi tärkeimmistä erittäin tarkkojen laskelmien menetelmistä.
Popla-ryhmä antoi myös varsin merkittävän panoksen toisen derivaatan laskentamenetelmien kehittämiseen: sen seurauksena edistyneemmät voimavakioiden laskentamenetelmät ovat löytäneet laajan sovelluksen värähtelyspektroskopiassa, ja niillä on myös ollut tärkeä rooli siirtymän tunnistamisessa. potentiaalisten energiapintojen tilat ja tutkimukset. John antoi myös suuren panoksen korrelaatiomenetelmien gradienttianalyysitekniikoiden kehittämiseen [19] .
1980-luvun lopulla John ymmärsi mahdollisuudet kehittää standardielektroniikkarakennemenetelmiä, kuten HF ja MP2, suurten molekyylien tutkimiseksi suorilla menetelmillä. Näissä menetelmissä kahden elektronin integraalien arvoja käytetään heti, kun ne on laskettu, ja sitten poistetaan (ne voidaan laskea uudelleen tarvittaessa) RAM-muistin määrän vähentämiseksi ja laskennan nopeuden lisäämiseksi. Pople täydensi kollegoidensa kanssa itseyhdenmukaista kenttämenetelmää energioiden ja gradienttien laskennalla MP2:lla [20] .
Popla-mallin tärkeä ominaisuus on, että sen avulla voidaan arvioida laskettujen arvojen virheitä kalibroinnilla käytettävissä olevan kokeellisen tiedon perusteella. Siksi teoreettisten mallien tarkkuuden parantamiseksi ja siten niiden käytännöllisyyden lisäämiseksi luotiin G3-malli [21] , joka käyttää 299 kokeellisen energiaeron sarjaa, mukaan lukien molekyylit, joiden "koko" on jopa 42 elektronin bentseeniä. Pople kuvaa G3-mallia sekä sitä edeltäneitä malleja G1 ja G2 "hieman empiirisiksi", joissa Hartree-Fock-menetelmällä harmonisessa approksimaatiossa lasketut nollapisteenergiat myös korjataan ja pieniä korjauksia tehdään. lisätty kompensoimaan perusjoukon epätäydellisyyttä, ja mukana on myös pieniä kokeellisia korjauksia yksittäisten atomien spin-kiertoradan jakamiseen.
Leo Radomin ja Bernie Schlegelin isännöimä muistosymposiumi John Poplen kunniaksi järjestettiin American Chemical Societyn kokouksen aikana, joka pidettiin Diegossa maaliskuussa 2005. Melkein kaikki Johnin oppilaat ja kollegat tulivat symposiumiin, samoin kuin Hillary ja Andrew Popple.
Bristol Grammar Schoolin tietokonelaboratorio nimettiin John Poplen mukaan .
Vuonna 1948 John oppi soittamaan pianoa Joy Cynthia Bowersin johdolla. 22. syyskuuta 1952 pitkän seurustelun jälkeen John ja Joy vihittiin Pyhän Marian kirkossa. Aluksi he asuivat talossa Tripllowissa , lähellä Cambridgea. Vuonna 1955 he muuttivat uuteen taloon, joka sijaitsee Trinity Collegen alueella West Cambridgessa. Johnilla ja Joylla oli lämmin suhde hänen kuolemaansa asti vuonna 2002.
Yhteisen elämänsä aikana heillä oli neljä lasta: Hilary (1953), Adrian (1955), Mark (1958) ja Andrew (1961).
John Popple oli lahjakas opettaja ja taitava luennoitsija. Myös hänen keskittymisensä tutkimukseen ihaili suuresti Johnin kollegoita ja opiskelijoita. Popple oli haluton käsittelemään hallinnollisia asioita ja ajatteli aina, että hänen suurin panos oli käytännön tutkimuksessa.
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Sanakirjat ja tietosanakirjat | ||||
Sukututkimus ja nekropolis | ||||
|
Wolf- palkinnon voittajat kemiassa | |
---|---|
| |
|
Nobelin kemian palkinnot 1976-2000 | |
---|---|
| |
|