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新欄目【優質課例】文章：做好這3點，提升錄用率
核心素養：終極目標及其面向的對象
化學鍵理論發展歷程
國防科技大學 吳文健教授
早在19世紀初，化學實驗的成果就表明，一個氯原子和一個氫原子可以化合成氯化氫，一個氧原子可以和二個氫原子結合成水。但這是靠什麼力量結合的，一時人們還不清楚，只能沿用古老的「化學親合力」的概念來解釋。
1812年，著名化學家Berzelius（貝採尼烏斯，1779—1848，瑞典）在研究電解質溶液以及熔鹽電解時，觀察到電解槽兩極的電荷相反，電荷會互相吸引和排斥。他提出：任何原子都帶有正負兩種電荷，其中，氧是負電性最強的元素；每個原子（現在看來應稱為離子，或統稱為元素）往往會帶有多餘的正電荷或負電荷，這樣，正、負正荷憑藉靜電的吸引力結合而成為化合物；形成化合物後由於電性往往不能完全抵消，還可進一步形成第二級化合物。這就是「電化二元說」，這個學說在當時解釋了許多無機化合物的現象，解釋了原子間相互結合的機理，為現代的離子鍵理論打下了基礎，但對於同核雙原子分子以及許多有機化合物遇到了困難。例如，他用C-H+和C+Cl-表示碳氫鍵和碳氯鍵，由此不能說明為什麼醋酸的甲基中的氫可被氯取代形成三氯代醋酸，後者的性質與醋酸的基本相同，但酸性卻有所增強。
1852年，Frankland根據每種元素形成化合物時總有一定的比例關係，提出了化合價的概念，這一概念一直沿用了下來。
1858年，德國有機化學家Kekulé把化合價的概念引入有機化學中，確定了碳原子的四價及其四面體成鍵結構。他由此提出了系統的碳鍵學說：一個原子的原子價（當時稱為原子數）表示它能與鄰近原子形成化學鍵的數目，每一個化學鍵可用「－」表示；在烷烴中有C－H和C－C單鍵，後者的C與C結構不分正負，能在空間展開形成鏈狀分子；對於烯烴和炔烴，有C＝C雙鍵和C≡C三鍵；他用這一概念研究苯分子的結構，1865年確定了苯分子的環狀結構。這一理論基本正確地反映了烴類物質在反應中的許多特性，奠定了有機化學的基石。
1861年，俄國著名化學家、喀山學派的學術帶頭人布特列洛夫提出了分子結構的概念，指出了有機物結構與性質的關係，奠定了有機結構理論的基礎。
1874年，22歲的荷蘭青年van'tHoff（1852—1919）等提出碳原子的四價，指向正四面體的四個頂點，並提出有機物的結構是一種立體結構的概念。他因1885年左右研究化學熱力學定律和溶液滲透壓而榮獲第一屆（1901年）Nobel化學獎。
但是，這些理論用來解釋一些配合物時發生了困難，例如CoCl3·4NH3，用上述的化合價概念不能說明化合價已經飽和的CoCl3怎麼又能與4個NH3結合在一起，並且CoCl3·4NH3又比CoCl3穩定。為此，化學家們又提出了各種試圖擴大化合價使用範圍的觀點。例如，1869年，Blomstrand（1826～1897）提出氮在這裡顯示五價，CoCl3·4NH3的結構可表示為：Cl2－Co－NH3－NH3－NH3－NH3－Cl。但它只解決了配合物所表現的部分化學性質，例如，在CoCl3·4NH4中直接與鈷結合的氯比較穩定，不能被AgNO3沉澱；而另外一些性質，如CoCl3·4NH3存在同分異構體，對這種結構式的解釋就無能為力了。其它的觀點也存在類似的問題，它們都只是針對部分現象提出來的。
第一個成功地解釋了這類化合物化學性質的是瑞士人Werner（1866—1919，出生在法國，因德法戰爭而入瑞士籍）在1893年（27歲）提出來的配位理論。他認為，配合物的中心原子除有正常的「主價」外，還與一些原子或基團用「副價」連接。例如，在CoCl3·4NH3中，Co的主價為3，副價為4。主價使得生成CoCl3，而副價則使4個配位體NH3與Co配位成鍵，形成配位化合物。他又把配位化合物分為內、外界兩部分：[Co(NH3)4Cl2]+Cl-，內界中的NH3和Cl-與Co結合緊密，不易離解，而外界的Cl-則可被AgNO3沉澱。
Werner的配位理論還很好地解釋了已知的同分異構現象。他認為，內界的構型可以是平面的，也可以是立體的，並且他還預言了一些同分異構現象，後都被證實和驗證，從而配位理論得到了化學家的普遍承認。他也因此貢獻榮獲1913年Nobel化學獎。
Werner出生於法國，從小聰明好學，才智出眾，被學校裡的教師們所器重。19歲那年，因成績優異被學校推薦到柏林深造。但由於德國佔領了他的家鄉，他對德國侵略者無比仇恨，沒有前往，而是進入瑞士的蘇黎士大學，隨後加入瑞士籍，在Lunge教授指導下從事原子價的研究工作。由於他刻苦好學，經導師推薦，第二年來到巴黎，在著名的有機化學家Berthlot教授指導下從事配位化學的研究工作。Werner27歲任蘇黎士工業大學有機化學副教授，29歲就升任教授，一生曾發表200多篇論文，53歲時逝世於蘇黎士，化學界公認他是近代配位化學的奠基人，1913年瑞士化學學會以他的名字設立「維爾納獎」，獎勵學會中有成就的人。
但在原子結構未得到充分的認識之前，對化合價的本質不能給出明確的解釋。電子發現以後，古典的化學鍵理論得到大大發展。1904年，Abegg提出「八數規則」。他認為，任何元素一般都既具有正價又具有負價，正、負價的絕對值之和應當是8。但是，他也沒有能說明其中的原因。後來，Trude從電子論的角度指出，元素之所以出現Abegg指出的正價，就是化學元素的原子可以給出的疏鬆結合的電子數目，而負價則是一個原子可以接受的電子數目。至於為什麼是8，當時沒有能做出有說服力的解釋。
自從Rutheford提出核型原子結構理論以後，原子被看成是電子和原子核兩部分組成，但各種元素原子的原子核各帶多少正電荷呢？1913年，英國Moseley（1887～1915）對此進行了研究。他在考察X射線時發現，以不同元素作為X射線管中的對陰極（即產生X射線的靶子），當高速的電子流打在靶上，隨著成靶元素的不同，產生不同波長的電磁波，他將各元素按所產生的特徵X射線的波長依次排列起來，得到一個序列，其次序正好和周期表中元素排列的次序相一致，因而Moseley提出了元素原子序數與X射線波長之間的經驗公式：，式中λ為波長，Z為原子序數，a、b為常數。從該公式可知，X射線波長倒數的平方根與原子序數呈直線關係。Moseley的發現和Rutherford等人的α散射實驗的結果結合起來可推斷出：原子序數在數量上正好等於核上的電荷數。
根據Moseley的工作，化學家們對化學元素周期律作出了科學的解釋，引申出如下幾點結論：
（1）元素的性質不像以前理解的，只是原子量的周期函數，而是原子序數（即核電荷數）的周期函數。這就解釋了在化學元素周期表中的「倒置」現象：有些原子量大的元素反而排在原子量小的元素前。例如，Ar（39.948）－K（39.0983），Co（58.9332）－Ni（58.69），Te（127.60）－I（126.9045）。
（2）原子的核電荷數，既然和原子序數相等，整個原子又呈中性，所以，原子核外必然有與核電荷數目相等的電子在運動。
（3）同一元素的各原子（同位素），它們的原子量可能不等，但核電荷數一定相等。
從此以後，化學元素周期律就建立在科學的基礎之上了。同時，這一發現還為預言新元素、填補周期表空白，提供了理論依據。
Moseley的工作受到高度讚揚。Rutherfold指出：「Moseley由於一系列的完美研究贏得了榮譽，在短短的4年研究中，取得了驚人的成績，認識他的所有人都預言他有一個輝煌的科學前程。毫無疑問，元素的性質決定於原子序數的結論，是一個偉大的發現，在理論與實驗方面都具有深遠的意義。這一結論在提高人類對原子結構的認識方面將成為偉大的裡程碑。」
Moseley出生於一個科學世家，祖父是著名的數學家和物理學家，父親是動物學家，他們都是知名教授，也是令人尊敬的英國皇家學會會員。Moseley聰明好學、悟性過人，1910年畢業於牛津大學，獲碩士學位，應約到曼徹斯特大學Rutherford實驗室工作，很快他就成了大學的講師。1913年12月，Moseley到牛津大學，開始研究各種元素所產生的特徵X射線的波長，由此發現了著名的Moseley定律。正當他年青有為、處於科學研究的最佳時期，1914年第一次世界大戰爆發，他應徵入伍，成了皇家工程兵的一名中尉。Rutherfold出於惜才之心，特意給英國要人寫信，要求將其從前線調回，但沒獲準。1915年8月10日，在土耳其加利波利半島登陸戰役中，土耳其軍隊進攻到Moseley所在部隊側翼的200米處。Moseley當時正用電話向部隊傳達命令，被一顆子彈擊中頭部，當場死亡，時年不到28歲。按照他預先的安排，其全部科學儀器和私人財產都獻給英國皇家學會。一顆聰明智慧的頭腦，被戰爭無情地毀滅了，一顆剛剛升起的明亮的化學之星過早地隕落了，科學家們發明的槍彈和火藥殺死了這位偉大的科學家。Moseley的早逝，給科學界帶來極大的悲哀、特別是他的導師Rutherfold，在心靈深處長期有一種巨大的失落感。
1920年，英國科學家Chadwick（1932年發現中子，獲1935年Nobel物理獎）進一步做了不同元素的α散射實驗，用來測定核電荷。實驗測得，銅、銀、鉑的核電荷數為29.3、46.3、77.4，而其原子序數分別為29、47、78，考慮到實驗誤差，可以認為實驗驗證了推斷結果是正確的。從此，對各元素原子核上所帶正電荷數已確認無疑。
1913年Moseley定律發現以後，相應的也就把一個中性原子的電子數目確定了。同年，Bohr提出原子的電子層結構，這就導致了原子價電子理論的建立（Bohr因此而獲1922年Nobel物理獎）。1916年，Kössel（1888～？，德）提出，穩定離子的形成，是由於原子得到或失去電子而形成類似惰性氣體那樣的原子外層電子結構。除氦外，惰性氣體的原子外層都是8個電子，所以，每種元素的原子都有通過失去電子或者獲得電子使自身形成穩定結構的傾向。這樣，正負離子之間，就可以靠靜電引力形成電價鍵。
Kössel的理論對於象KCl、NaCl等離子化合物解釋起來很圓滿，但對H2、Cl2這些非離子型化合物就無能為力。同年，Lewis（1875—1946）提出一種新的化學鍵理論－共價鍵。
Lewis認為，兩個或多個原子可以共用一對或多對電子，彼此都達到惰性氣體的穩定電子結構。他進一步認為，原子的核外電子結構具有同心立方體的排列順序和方式。Lewis在1916年的論文《原子與分子》和1923年撰寫的專著《價鍵及原子和分子的結構》中提出了甲烷、乙烯等有機物的電子結構式。他提出的共價鍵理論和有機物的電子結構式，解釋了Kössel理論解釋不了的事實，說明了共價鍵的飽和性，對化學鍵理論的發展起到了重要作用。
1938年6月，Pauling在他寫的《化學鍵的本質》一書中對Lewis這篇論文做了如下的評述：「Lewis在1916年發表的論文奠定了現代價健電子理論的基礎；這篇論文不僅論述了通過滿填電子穩定殼層的實現來形成離子的過程，也提出了通過兩個原子間兩個電子的共享形成現在所謂的共價鍵的概念。」
美國著名化學家Lewis，1875年10月25日生於麻薩諸塞州的韋默思。他3歲開始識字，智力早慧，13歲進入內布拉斯加大學預備學校學習，畢業後轉入大學學習2年，後轉入哈佛大學，1896年獲學士學位，然後到中學任教一年後又返回哈佛大學。1898和1899年先後獲碩士和博士學位，其博士生導師是Richards（1868～1928年，美。1913年精確測定了60多種元素的原子量，獲1914年Nobel化學獎。他還總結髮現了ΔG＝ΔH－TΔS公式中，隨著T的降低，ΔG和ΔH的值越來越接近，後來導致了熱力學第三定律的產生）。1900年到德國萊比錫哥廷根大學進修，在Östwald（1909年Nobel化學獎）和Nernst（1920年Nobel化學獎）指導下從事研究工作一年，回國後在哈佛大學任教。1904～1905年任菲律賓計量局局長。1905年在MIT任教，1911年任教授，1912年擔任加州大學伯克利分校化學學院院長兼化學系主任，直到1940年退休。在他的領導下，該系逐漸舉世聞名，他的學生、助手或同事中有5人獲得Nobel獎。1946年3月23日，他在實驗室做實驗時因心臟病突發逝世。
Lewis具有很強的開闢化學研究新領域的能力，他研究過許多化學基礎理論。1901年和1907年，他先後提出「逸度」和「活度」概念；1916年提出共價鍵的電子理論；1923年又對價鍵和共用電子對成鍵理論作了進一步闡述；1921年將離子強度的概念引入熱力學，發現了稀溶液中鹽的活度係數由離子強度決定的經驗定律；1923年與蘭德爾合著《化學物質的熱力學和自由能》，該書深入探討了化學平衡，對自由能、活度等概念作出了新的解釋；同年，提出新的廣義酸鹼概念，這一理論是化學反應理論的一個重大突破，在有機反應和催化反應中得到了廣泛應用。此外，還研究過重氫及其化合物，螢光、磷光等。
Lewis路易斯喜歡採用非正統的研究方法，他具有很強的分析能力和直覺，能設想出簡單而又形象的模型和概念。有時，他未充分查閱資料文獻就開展研究工作，他認為，若徹底掌握了文獻資料，就有可能局限於前人的觀點和思想，從而窒息了自己的獨創精神。他培養了許多化學家。他不但是一個科學家，而且是一個學派的卓越導師和領袖。曾獲得戴維獎章、瑞典阿累尼烏斯獎章、吉布斯獎章和裡查茲獎章，是蘇聯科學院的外藉院士。
Lewis打算在1916年後繼續對共價鍵理論進行更詳細的闡述，但是這個計劃在戰爭的危急關頭被中斷了。直到1923年出版了《價鍵與原子和分子的結構》一書才實現願望。而在此期間，美國通用電氣公司從事化學工作的Langmuir博士發表了12篇論述共享電子的卓越論文，並在國內外進行了大量的演講，進一步完善了Lewis的電子理論，並由他將這種化學鍵定名為「共價鍵」。由於Langmuir的努力，使Lewis的電子理論很快得到了化學界的承認。
Lewis對自己的競爭夥伴的論文開始時是有反感的，認為Langmuir竊取了他的成果，併到處宣耀。但是，Lewis在1923出版的著作中肯定了他的成績，並提到：Langmuir表現出了極大的聰明才智，他的工作完全是獨立進行的。現在，人們一般將Lewis電子理論稱為Lewis－Langmuir理論。後者獲1932年Nobel化學獎。
Lewis－Langmuir理論已觸及了共價鍵的實質，但還只是一個開端。為什麼一對互相排斥的電子能為兩個原子共享，並使之相互結合？在當時的電磁學知識水平上無法得到正確答案；它也不能解釋共價鍵的方向性和氧分子的順磁性等問題。
2 現代化學鍵理論的發展無論是離子鍵理論還是共價鍵理論，還都是一種靜態的理論，都沒能說明化學鍵的本質。雖然都把電子論引進了化學，但都沒能做到從電子的運動中闡明問題。化學鍵理論的真正解決，還是在量子化學建立以後的事情。
量子化學是根據化學的特有運動規律，用量子力學方法研究和近似地處理原子、分子中原子核與原子核、原子核與電子、電子與電子之間複雜的多體相互作用，探求化學變化的機制。量子化學的建立應從1927年Heitler和London求解氫分子的Schrödinger方程算起，這標誌著現代化學鍵理論的開端，從此建立起了全新的化學鍵理論。
現代化學鍵理論是以量子力學為基礎的。但因分子的Schrödinger方程比較複雜，通常難以嚴格求解，於是常用某些近似和假設以簡化運算。不同的假設，代表不同的物理模型，主要有以下三種：
（1）認為形成化學鍵的電子只局限在相鄰兩原子間的小區域內運動，這就發展成價鍵理論。
（2）認為形成化學鍵的電子，其運動遍及整個分子，每個電子的運動狀態可用分子單電子波函數來描述，這就發展成為分子軌道理論。
（3）根據配合物的結構特徵發展起來的配位場理論，也是現代化學鍵理論的組成部分。
在化學鍵理論的發展過程中，對於共價鍵，形成了兩種理論：價鍵理論和分子軌道理論。價鍵理論是在Heitler和London處理氫分子時提出的，又經Pauling（1901～1994，美）和Slater等人的發展和充實而形成的。分子軌道理論是在量子力學變分法處理氫分子離子的近似結果基礎上，由Mulliken（1896～1986，美）和Hund等人提出來的；1931～1935年間，Mulliken連續發表6篇題為「多原子分子的電子結構和價鍵」的論文，對分子軌道理論概念進行了系統的闡述。Pauling和Mulliken分別獲得1954和1962年Nobel化學獎。
Pauling是首先使量子力學與近代化學理論結合起來，並使之應用於這個領域的重要代表人物，是建立和發展現代結構化學理論的一位傑出的先行者，是量子化學的創始人之一。他21歲從俄勒岡州立學院大學畢業，24歲時獲得加州工學院歷史上僅有的優秀哲學博士學位，29歲即提出使他名揚天下的價鍵理論，30歲任教授，1948年起擔任牛津、哈佛、MIT等七、八所著名大學的特邀訪問教授，1949年任美國化學會會長，1951—1954年任美國哲學會副會長，1973年起任Pauling科學和醫學研究所研究教授。他一生共發表400多篇科學論文和十幾本專著；此外，他還獲得國外幾十種獎勵和獎章，國內外三十幾所大學授予的榮譽博士學位，還是十幾個國家的科學院榮譽院士。
Pauling還是以化學向生物學滲透的先驅者。從1935年開始，他就進行生物大分子的研究。1940—1948年間，他和他的同事們通過幾百個化學上相似的半抗原物質的交叉反應研究，發現了生物大分子（如酶、蛋白質和核酸等）在化學結構上存在互補現象，這種現象在酶的催化作用和生物分子的自我複製過程中起著決定性作用。他推斷蛋白質分子是盤繞著的螺旋結構；1953年3月，美國的Watson（沃森）和Crick（克裡克）利用他的這個原理，提出了DNA分子的雙螺旋結構。1945年，Pauling對生物大分子與先天性疾病問題發生了興趣，提出鐮刀形細胞貧血症是一種分子病，1949年被辛格博士所證實，這在分子生物學的研究史上第一次使用「分子病」這個名詞。Pauling在晚年還對大腦化學進行了大量的研究，他在1968年發表的《矯形分子精神病學》的論文中指出：大腦的精神活動與化學物質緊密相關，患精神分裂症的病人，可能在大腦中缺乏一種以上的生命物質，精神病在一定意義上來說是一種「化學病」。在他的倡導下，一門新的科學－大腦化學正在發展起來，他的作用現在是難以估量的。七、八十年代，Pauling仍繼續從事VC克服癌症的臨床實驗。1980年6月3日，Pauling在加拿大的一次抗癌國家會議上提出，如果每個人每天堅持服適量的VC，那麼估計世界上癌症發病率可減少75%，他聲稱自己每天服10克VC以防癌。（但過量服用VC會產生一些副作用。如果有人用量每日高達20克（相當於普通片劑200片），VC的酸性將對胃有刺激，也影響體液pH值；並且，VC的分解代謝會生成大量草酸，在腎臟容易形成草酸鹽結石。因此，臨床醫生們常規勸人們每日服用VC最好別超過500毫克。此外，VC防治癌症的作用也不確切，因為腫瘤的生長也需要VC。）正是由於他以及他的同事Beadle（1958年Nobel醫學獎）的努力，使得加利福尼亞工學院的生物化學系成為世界上的研究重鎮。
Pauling對社會問題也十分重視，他愛好和平，極力反對發展核武器，發表了100多篇關於社會和政治問題（特別是和平）的文章。1945年，他應Einstein的請求，同另外幾位科學家（羅素、約裡奧·居裡、玻恩等）一起，為喚起世界人民對原子武器危險性的重視，動員世界輿論反對發展核武器，於1946年成立了「原子科學家緊急委員會」。1952年9月和1953年，美國和蘇聯先後進行了氫彈試驗，1955年6月，他與另外51名Nobel獎獲得者發表宣言，反對美蘇發展氫彈武器。1958年1月，他向聯合國秘書長遞交了一份呼籲書，要求締結一項國際性協定，停止核武器的試驗。在這份呼籲書上簽名的有2000名美國科學家和其它49個國家的8000名科學家。由於這一舉動，他曾受到美國參議院國內安全小組委員會的傳訊，但他毫不屈服。1959年，他以美國代表身份，出席了在日本東京舉行的第五屆禁止原子彈、氫彈世界大會。1962年，他分別寫信給蘇聯領導人赫魯雪夫和美國總統甘迺迪，再次敦促他們停止核試驗。1963年8月，美、蘇、英三國在莫斯科籤署了《部分禁止核試驗條約》。為此獲1962年Nobel和平獎。Pauling曾於1973年9月和1981年6月來我國訪問和講學。
Mulliken 於1896年生於美國麻薩諸塞州的紐伯裡波特，父親是一位有機化學教授，對他從小就要求很嚴。他好學上進，刻苦用功，酷愛物理和化學，學業成績突出。1921年獲芝加哥大學物理化學博士學位，1923～1931年在紐約大學任物理副教授，後任物理教授、化學輔導教授直至1964年，1965年起每年1～3月他在佛羅裡達州立大學擔任專門從事科研的化學物理教授。他研究電子在分子中的行為歷時40年之久，取得了顯著的成果，受到了人們的尊敬和讚譽。因他在用分子軌道法研究分子化學鍵及電子結構方面的研究成果，而榮獲1966年Nobel化學獎。
1929年，Debye（1883～1966，荷蘭）提出極性分子理論，確定了分子偶極矩，為化學鍵理論的發展作出了重要貢獻，獲1936年Nobel化學獎。
隨著化學的發展，價鍵理論和分子軌道理論都日趨成熟。
1951年，日本福井謙一（1918—1998）提出前線軌道理論。1965年，美國著名化學家Woodward（1917—1979）和Hoffmann在合成維生素B12時，總結出了分子軌道對稱守恆原理。福井謙一和Hoffmann因對分子軌道理論的發展做出了貢獻，倆人共同獲得1981年Nobel化學獎。
現代化學鍵理論的發展也促進了配合物化學鍵理論的發展，闡明了配合物中心離子或原子與配位體間結合力的本質。1923年，英國化學家Sidgwick提出配位鍵的概念。Bethe（德）和van Vlack（美）從離子晶體中正負離子作用的靜電場理論出發，於1929年提出了晶體場理論，用來解釋中心金屬原子d軌道的能級分裂，但這一理論忽視了共價鍵的性質。三十年代，Pauling從電子軌道角度進一步提出了共價配鍵和電價配鍵，滿意地解釋了配合物磁性等性質，但它對配合物的一些構型及穩定性等問題沒給出合理的解釋。1952年，Orgel把晶體場理論與分子軌道理論結合起來，將d軌道能級分裂原因看成是靜電作用和生成共價鍵分子軌道的共同結果，這就是配位場理論的基本觀點，在此基礎上發展成配位場理論。它對許多元素配合物的結構和性能的關係給出了比較好的解釋，是迄今發展較為完善的配合物化學鍵理論。
隨著量子化學的發展，化學正在從宏觀向微觀深入，從定性向定量進一步發展，從只是被動地解釋一些實驗現象，發展成預測化學現象和研究分子設計。目前，量子化學及有關的化學分支學科還在不斷向前發展。
漢斯·貝特（Hans Bethe，1906——2005），美國物理學家，猶太人，1967年Nobel物理學獎獲得者。
1906年7月2日生於德意志帝國的斯特拉斯堡（二戰後劃歸法國至今），在法蘭克福大學學習物理，在慕尼黑大學研究理論物理學，師從Sommerfeld，1928年獲博士學位。他的論文是關於電子衍射理論的，迄今仍有重大價值。1929年研究晶體中能級的劈裂，指出晶體中的對稱電場對其能級的影響。1930～1933年在慕尼黑大學和蒂賓根大學任教。在這段時間內，他曾赴英國隨歐內斯特·盧瑟福及赴義大利隨恩利克·費米進行研究工作。1933年離開德國去英國曼徹斯特大學和布里斯托大學。為逃避納粹迫害，1935年赴美國康奈爾大學任教，1941年入美國藉。
1936—1937年期間，貝特及其兩個合作者在美國《近代物理學評論》上發表了總結原子核物理學的長篇著作，成為其後幾十年間供後人參考引用的標準文獻。在這一著作中，他澄清了當時的核力理論、核結構理論及核反應理論。
1938年貝特推測太陽能源可能來自它的內部氫核聚變成氦核的熱核反應，但直接反應是不可能的，他提出了「碳循環」的解釋，即1個碳－12相繼地與3個氫核（質子）反應，形成氮－15，再通過與第4個氫核聚變釋放出1個氦核（α 粒子）和最初的碳-12而產生出能量。這就解釋了為什麼恆星能夠在長時間裡向外釋放如此之多的能量，該成果使他獲得了1967年Nobel物理學獎。
貝特在其他方面的工作包括發展了電子對產生理論和研究了各種物質阻擋高速帶電粒子的本領。1947年他最早用重正化理論計算了蘭姆移位，準確地解釋了這個一度使人困惑的實驗。他和E.E.薩耳彼特提出了著名的貝特－薩耳彼特方程，在輕核理論、介子理論和合金的有序－無序態理論等方面也有貢獻。
在第二次世界大戰期間，貝特任曼哈頓計劃的洛斯·阿拉莫斯實驗室理論物理部主任，負責設計原子彈，作出了重要貢獻，計算核武器效率的公式就叫貝特－費曼公式。原子彈的研製成功和在廣島、長崎相繼投下原子彈，使他產生了強烈的社會責任感，他提醒人們注意核威脅的存在和需要對核武器加以監督。
1954年貝特當選為美國物理學會會長，1957年成為英國皇家學會外籍會員和美國科學院院士。1961年被授予費米獎。1970年貝特回到天體物理問題的研究。他和一些合作者計算了中子星內部的物質分布，說明了中子星的最大可能質量小於太陽質量的 2倍。1978年他研究了巨星引力坍縮所引起的超新星爆炸。
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