Валерий Чолаков - Нобелевские премии. Ученые и открытия

Завершив исследования с ультразвуком, Манфред-Эйген начал искать другие способы изучения химических реакций. В частности, он применил электрические им-»1. пульсы высокого напряжения и получил интересные результаты. В период 1953—1963 гг. Эйген сконструировал множество различных приборов для исследования быстропротекающих химических процессов. Обобщая свои исследования, он создал своеобразную «периодическую систему» реакций: в ней скорость взаимодействия связывается с радиусом ионов и величиной их электрического заряда.

Исследования Роналда Норриша, Джорджа Портера и Манфреда Эйгена, как и многих других ученых, обеспечили большой прогресс в изучении механизма, химических реакций. За крупные достижения теоретического и методологического характера эти трое ученых были удостоены в 1967 г. Нобелевской премии по химии.

Еще в начале нашего столетия исследования фотохимических реакций привели к удивительному открытию. В 1913 г. известный химик Макс Боденштейн установил, что при взаимодействии водорода и хлора один поглощенный фотон света вызывает образование около ста тысяч молекул хлороводорода. Так были открыты цепные реакции. Через десять лет И.А. Кристиансен и Г.А. Крамерс показали, что цепные реакции наблюдаются и при некоторых взаимодействиях, не связанных со светом. Они ввели также понятие разветвленных цепных реакций.

Понятие цепной реакции было впоследствии заимствовано физиками для описания ядерных процессов. По существу, в физике этот термин более известен, нежели в химии, так же как и термин «плазма», взятый из биологии.

В 1926 г. советские ученые Ю.Б. Харитон и З.Ф. Валта опубликовали результаты своих исследований реакций между парами фосфора и кислородом. Как при низком, так и при высоком давлении эта реакция не происходила. Но в интервале средних давлений происходил взрыв. Результат был настолько неожиданным, что некоторые специалисты считали его ошибочным. Правильное объяснение этому явлению дал советский химик Николай Николаевич Семенов. Он показал, что здесь, как и в ряде других случаев, наблюдается разветвленная цепная реакция. Примерно в то же время к подобным выводам пришел и английский ученый Сирил Норман Хиншелвуд.

Эти открытия были с энтузиазмом встречены в научных кругах. Одно время даже считалось, что все реакции являются цепными. В этой путанице навел порядок Хиншелвуд. Он открыл вещества, которые могут реагировать двояко. Теория цепных реакций в значительной степени была разработана Н.Н. Семеновым. В 1934 г. он написал монографию, которая была переведена на немецкий и английский языки и приобрела широкую известность. Советский ученый объяснил большое число явлений, происходящих при взрывных реакциях и процессах горения. Эти исследования сыграли очень большую роль при разработке двигателей внутреннего сгорания и в других областях.

Открытие и исследование цепных реакций явилось большим успехом химической теории и практики. За свои работы академик Н.Н. Семенов дважды был удостоен Государственной премии СССР, он дважды Герой Социалистического труда, награжден многими правительственными наградами. Он избран иностранным членом Лондонского королевского общества и многих других академий мира. В 1956 г. Н.Н. Семенов за исследование цепных реакций был удостоен Нобелевской премии по химии.

Вместе с ним был награжден и Сирил Хиншелвуд, также внесший большой вклад в изучение цепных реакций. Английский ученый применил эти идеи в биохимии, в частности при исследовании бактериальной клетки и влияния на нее антибиотиков.

Химический анализ

Одной из основных задач химии является анализ веществ (определение их химического состава). Еще в древности были известны различные способы качественного анализа руд, особенно благородных металлов. Развитие аналитических методов в химии тесно связано с развитием самой этой науки, потому что состав соединений определяется с помощью различных специфических реакций, большинство из которых было открыто совершенно случайно.

Значительным этапом в развитии химического анализа явилось открытие и выделение в чистом виде химических элементов. Некоторые из них были известны с глубокой древности, другие удалось выделить и исследовать лишь благодаря созданию более совершенных экспериментальных методов. Огромных успехов эта область химии достигла на рубеже XVIII—XIX веков. Менее чем за столетие были открыты и выделены в чистом виде все стабильные химические элементы. Единственное исключение составляли благородные газы, которые в силу своей химической инертности были открыты лишь с помощью физических методов, а также элемент фтор, который — хотя он и был издавна известен — никак не удавалось получить в чистом виде.

Еще в начале XVI в. Георг Агрикола (Бауэр) описал минерал, который легко плавится, он назвал его «флюор» (что в переводе с латыни значит «текучий»). В этом минерале, называемом сегодня флюоритом (плавиковым шпатом), немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф и швед Карл Вильгельм Шееле открыли неизвестное вещество, обладающее исключительной химической активностью. В 1810 г. Анри Ампер — вслед за Агриколой — назвал новый элемент флюором, но в 1816 г. переименовал его во фтор (от греческого «фторос», что значит «разрушительный»).

Длительное время фтор не удавалось выделить в чистом виде. Лишь в 1886 г. французский химик Анри Муассан сконструировал специальный аппарат, в котором получил чистый фтор электролизом плавиковой кислоты. Таким образом, было положено начало систематическому изучению этого элемента и его соединений.

В 1892 г. Муассан построил еще один аппарат — электродуговую печь, с помощью которой провел интересные исследования свойств веществ. Это устройство, в котором создавались исключительно высокие температуры, состояло из двух известковых блоков, выдолбленных внутри так, чтобы было место для тигля. Через два отверстия вставлялись графитовые электроды, и при пропускании электрического тока температура в дуге достигала 3500°С. Электропечь Муассана дала возможность получить и исследовать большое число различных соединений.

В 1906 г. один из членов Нобелевского комитета по химии, ознакомившись с работой Муассана в Парижском университете, поделился впечатлениями со своими коллегами. Как раз в это время Нобелевский комитет по химии обсуждал кандидатуру Дмитрия Ивановича Менделеева, одного из известнейших химиков XIX в. После сообщения о работе Муассана мнения шведских академиков разделились. Все, безусловно, признавали, что как ученый. Менделеев стоит несравненно выше. Его открытие, однако, было сделано несколько десятилетий назад, а устав Нобелевского фонда, как известно, предусматривал награждение прежде всего молодых перспективных исследователей. Из десяти членов химической секции Шведской академии четыре проголосовали за Менделеева, пять за Муассана и один воздержался. Так был определен лауреат Нобелевской премии по химии за 1906 г. — им стал профессор Анри Муассан из Парижа.

Аналитическая химия, всегда имевшая важное значение для практики, достигла небывалых успехов в наше время, отмеченное бурным развитием химической промышленности. Основное направление работ связано с созданием специализированных аппаратов для исследования различных соединений. Сегодня процессы анализа в значительной степени автоматизированы, что освобождает человека от участия в трудоемких экспериментах и сложных технологических процессах. К числу таких аппаратов, нашедших широкое применение как в научных лабораториях, так и в промышленности, относится полярограф, сконструированный в 1922 г. чехословацким ученым Ярославом Гейровским.

Это устройство позволяет определять состав того или иного соединения, подвергая электролизу его раствор. Электрически заряженные ионы различных веществ в зависимости от их строения по-разному притягиваются электродами. Изменение величины напряжения, приложенного к электродам, вызывало изменение силы тока, проходящего через раствор. Изучая полученные вольт-амперные кривые, называемые полярограммами, можно судить о составе исследуемого соединения. В ряде случаев удается идентифицировать и определять концентрацию нескольких соединений одновременно.

Первоначально полярографии не уделяли особого внимания, этим методом пользовалось лишь считанное число специалистов. В конце 20-х — начале 30-х годов Гейровский настойчиво пропагандировал свой метод, выступая с лекциями в Сорбонне, в ряде университетов США и Советского Союза. Постепенно химики — а затем и технологи — постигли преимущества полярографии, которая давала возможность автоматизировать процессы анализа, и этот метод получил широкое распространение. В 1950 г. в Праге был основан Институт полярографии, директором которого, естественно, стал профессор Гейровский. В 1959 г., через 37 лет после создания метода полярографии, его значение для химии было наконец по-настоящему оценено, и Нобелевский комитет по химии принял решение присудить премию чехословацкому ученому за его большие заслуги в развитии и совершенствовании методов химического анализа, выразившиеся в создании полярографии.