|
Сообщаем Вам, что в 2009 году этот сайт переехал на новый домен Chemistry48.RU
ДЖИОК (Giauque), Уильям Фрэнсис
12 мая 1895 г. – 20 марта 1982 г.
Нобелевская премия по химии, 1949 г.
Американский
химик Уильям Фрэнсис Джиок родился в г. Ниагара-Фоле, штат Онтарио,
Канада, и был старшим из трех сыновей Изабеллы Джейн Джиок (в
девичестве Дункан) и Уильяма Текумсе Шермана Джиока, имевших
гражданство США. До 1908 г. семья жила в Мичигане, но после смерти отца
Джиока они вернулись в Канаду. По окончании Ниагара-Фолсского
академического института Джиок в течение двух лет работал в лаборатории
компании «Хукер электрокемикал» в Ниагара-Фоле. Решив стать
инженером-химиком, он поступил в Калифорнийский университет в Беркли, а
в 1920 г., с отличием сдав экзамены, получил степень бакалавра по
химии.
Оставленный на работе в
Беркли, Джиок продолжил фундаментальные исследования под руководством
выдающихся химиков Дж.Н. Льюиса и Г.Е. Гибсона. За диссертацию,
посвященную исследованиям свойств материалов при сверхнизких
температурах, Джиок в 1922 г. была присуждена докторская степень по
химии и физике. Сразу же после этого он становится преподавателем
химического факультета в Беркли, где и оставался на протяжении всей
своей научной карьеры, став в 1927 г. ассистент-профессором, в 1930 г.
– адъюнкт-профессором, в 1934 г. – полным (действительным) профессором
и в 1962 г. – почетным профессором.
Интересы
Джиока концентрировались на свойствах и поведении материи при
сверхнизких температурах, на тех областях науки, которые затрагивали
принципы термодинамики. Термодинамика рассматривает свойства систем в
равновесных условиях и превращение тепла в механическую, химическую и
электрическую энергию. Этот раздел физики был развит в XIX в. в
процессе конструирования эффективных машин, в которых горячие газы
использовались для совершения полезной работы.
Первое
начало термодинамики, т.е. закон сохранения энергии, гласит, что
энергия может переходить из одной формы в другую, но не может ни
появляться, ни исчезать. Второе начало термодинамики предсказывает,
будет ли спонтанно протекать химическая реакция или какой-либо
физический процесс. Математическое выражение второго начала (закона)
использует концепцию энтропии, которая количественно характеризует меру
неупорядоченности системы. Природные процессы постоянно стремятся к
необратимому состоянию с более высокой энтропией или к более высокой
степени неупорядоченности. Третье начало термодинамики,
сформулированное Вальтером Нернстом, гласит, что энтропия чистого
кристаллического химического элемента равна нулю при температуре
абсолютного нуля (обозначается как 0 К). В этих условиях молекулы
вещества организованы определенным образом, и поэтому природные явления
обычно не поддаются наблюдению.
В
первом десятилетии XX в. температура около 1 К была достигнута в
лабораторных условиях. Метод, предложенный датским физиком Хейке
Камерлинг-Оннесом, основывался на испарении жидкого гелия при низкой
температуре в вакууме. В 1924 г. Джиок предложил метод, который
позволил получать даже более низкие температуры и который основывался
на феномене, известном как адиабатическое размагничивание.
Адиабатическая
система – это система, которая не получает теплоты извне и не отдает
ее. Парамагнитные вещества, такие, как ионы редкоземельных и переходных
металлов, содержат магнитные диполи благодаря спину неспаренных
электронов. Джиок объяснял это так: «Их нормальное состояние – это
состояние неупорядоченности, которое соответствует какой-то величине
энтропии. Когда накладывается достаточно мощное магнитное поле,
магнитики выстраиваются в линию и энтропия понижается». А так как любой
процесс, сопровождающийся изменением энтропии, может быть использован
для получения тепла или холода, то это привело Джиока к мысли, что
адиабатическое размагничивание может дать возможность создать метод
получения более низких температур, чем методы с использованием жидкого
гелия.
В течение восьми лет Джиок
и его сотрудники в Беркли конструировали оборудование, необходимое для
адиабатического размагничивания. В 1933 г., используя сульфат
гадолиния, Джиок и его коллега Дункан Макдугол достигли температуры,
равной 0,25 К. Для измерения температуры ниже 1 К Джиок изобрел
термометр, основанный на измерении электрического сопротивления
аморфного углерода. Этот метод магнитного охлаждения предоставил
дополнительные доказательства правильности третьего начала
термодинамики и имел самое различное промышленное применение, включая
улучшение качества каучуков, бензина и стекла.
Джиок
сравнил значения энтропии, полученные методом адиабатического
размагничивания, со спектроскопическими данными. Вместе со студентом
Герриком Джонстоном он в Беркли спектроскопически идентифицировал два
ранее неизвестных изотопа кислорода-17 и -18. Ядра большинства атомов
кислорода содержат 8 протонов и 8 нейтронов. Эти же изотопы кислорода
содержали один или два дополнительных нейтрона, присутствие которых
привело к незначительным, но важным изменениям их физических свойств.
До открытия Джиока кислород-16 использовался химиками как стандарт для
определения атомных весов. Открытие изотопов кислорода привело к
изменению шкалы атомных весов. Вернер Гейзенберг предсказал, что
молекулы водорода могут существовать в двух различных формах в
зависимости от относительной ориентации молекулярных ядер.
Экспериментальные наблюдения Джиока подтвердили это теоретическое
предположение.
В течение второй
мировой войны Джиок принимал участие в военных научных программах. Он
сконструировал электромагниты с мощным полем и передвижные блоки для
производства жидкого кислорода.
В
1949 г. Джиок был награжден Нобелевской премией по химии «за вклад в
химическую термодинамику, особенно в ту ее область, которая изучает
поведение веществ при экстремально низких температурах». По мнению
члена Шведской королевской академии наук Арне Тиселиуса, который вручал
награду, «достижения Джиока в области химической термодинамики и
особенно его работа по поведению материи при низких температурах...
является одним из наиболее важных вкладов в современную физическую
химию».
После получения
Нобелевской премии Джиок продолжал оставаться активным исследователем в
Калифорнийском университете в области низких температур и лишь за год
до смерти прекратил научную деятельность.
В
1932 г. Джиок женился на Мюриэль Фрэнсис Эшли, физике по специальности,
проводившей ботанические исследования. Супруги имели двух сыновей. По
мнению коллег, Джиок был настоящей «ломовой лошадью» и мало стремился
вырваться из лаборатории и классной комнаты. «Я один из тех счастливых
людей, которые находят удовольствие в своей работе», – сказал он
однажды. Джиок умер 29 марта 1982 г. в г. Окленде (штат Калифорния).
Кроме
Нобелевской премии, Джиок был награжден медалью Чарлза Фредерика
Чендлера Колумбийского университета (1936), медалью Крессона
Франклиновского института (1937) и медалями Уилларда Гиббса (1951) и
Джилберта Ньютона Льюиса (1956) Американского химического общества. Он
являлся членом американской Национальной академии наук, Американского
философского общества, Американского химического общества,
Американского физического общества и Американской академии наук и
искусств. Ему были присвоены почетные степени Колумбийского и
Калифорнийского университетов.
Источник: Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
| |