|
Сообщаем Вам, что в 2009 году этот сайт переехал на новый домен Chemistry48.RU
СЕМЁНОВ, Николай Николаевич
15 апреля 1896 г. – 25 сентября 1986 г.
Нобелевская премия по химии, 1956 г.
(совместно с Сирилом Н. Хиншелвудом)
Русский
физикохимик Николай Николаевич Семёнов родился в Саратове, в семье
Николая и Елены Дмитриевны Семёновых. Окончив в 1913 г. среднюю школу в
Самаре, он поступил на физико-математический факультет
Санкт-Петербургского (Ленинградского) университета, где, занимаясь у
известного русского физика Абрама Иоффе, проявил себя активным
студентом.
Окончив университет в
1917 г., в год свершения русской революции, Семёнов работал ассистентом
на физическом факультете Томского университета в Сибири. В 1920 г. по
приглашению Иоффе Семёнов вернулся в Ленинград, став заместителем
директора Петроградского (Ленинградского) физико-технического института
и руководителем его лаборатории электронных явлений. В сотрудничестве с
Петром Капицей Семёнов предложил способ измерения магнитного момента
атома в неоднородном магнитном поле, описав экспериментальный процесс в
статье, которая была опубликована в 1922 г. Этот метод был позднее
успешно развит Отто Штерном и Вальтером Герлахом.
Проблема
ионизации газов была, по-видимому, первой научной проблемой, которая
заинтересовала Семёнова. Еще будучи студентом университета, он
опубликовал свою первую статью, в которой говорилось о столкновениях
между электронами и молекулами. По возвращении из Томска Семёнов
занялся более глубокими исследованиями процессов диссоциации и
рекомбинации, в т.ч. потенциалом ионизации металлов и паров солей.
Результаты этих и других исследований собраны в книге «Химия
электрона», которую он написал в 1927 г. в соавторстве с двумя своими
студентами. Семёнов интересовался также молекулярными аспектами явлений
адсорбции и конденсации паров на твердой поверхности. Проведенные им
исследования вскрыли взаимосвязь между плотностью пара и температурой
поверхности конденсации. В 1925 г. вместе с известным
физиком-теоретиком Яковом Френкелем он разработал всеобъемлющую теорию
этих явлений.
Другая сфера
интересов Семёнова в то время относилась к изучению электрических полей
и явлений, связанных с прохождением электрического тока через газы и
твердые вещества. Ученый, в частности, исследовал прохождение
электрического тока через газы, а также механизм пробоя твердых
диэлектриков (электрически инертных веществ) под действием
электрического тока. На основании этого последнего исследования Семёнов
и Владимир Фок, прославившийся своими работами в области квантовой
физики, разработали теорию теплового пробоя диэлектриков. Это в свою
очередь подтолкнуло Семёнова к проведению работы, которая привела к его
первому важному вкладу в науку о горении – созданию теории теплового
взрыва и горения газовых смесей. Согласно этой теории, тепло,
выделяющееся в процессе химической реакции, при определенных условиях
не успевает отводиться из зоны реакции и вызывает повышение температуры
реагирующих веществ, ускоряя реакцию и приводя к выделению еще большего
количества тепла. Если нарастание количества тепла идет достаточно
быстро, то реакция может завершиться взрывом.
Вскоре
после окончания этой работы в 1928 г. Семёнов был назначен профессором
Ленинградского физико-технического института, где он помог организовать
физико-механическое отделение, а также ввел обучение физической химии.
По его настоянию и с помощью его коллег, заинтересованных в развитии
физической химии, лаборатория физики электрона превратилась в 1931 г. в
Институт химической физики Академии наук СССР, и Семёнов стал его
первым директором. В 1929 г. он был избран членом-корреспондентом
Академии наук СССР, а в 1932 г. стал академиком.
К
этому времени Семёнов вел глубокие исследования цепных реакций. Они
представляют собой серию самоинициируемых стадий в химической реакции,
которая, однажды начавшись, продолжается до тех пор, пока не будет
пройдена последняя стадия. Несмотря на то что немецкий химик Макс
Боденштейн впервые предположил возможность таких реакций еще в 1913 г.,
теории, объясняющей стадии цепной реакции и показывающей ее скорость,
не существовало. Ключом же к цепной реакции служит начальная стадия
образования свободного радикала – атома или группы атомов, обладающих
свободным (неспаренным) электроном и вследствие этого чрезвычайно
химически активных. Однажды образовавшись, он взаимодействует с
молекулой таким образом, что в качестве одного из продуктов реакции
образуется новый свободный радикал. Новообразованный свободный радикал
может затем взаимодействовать с другой молекулой, и реакция
продолжается до тех пор, пока что-либо не помешает свободным радикалам
образовывать себе подобные, т.е. пока не произойдет обрыв цепи.
Особенно
важной цепной реакцией является реакция разветвленной цепи, открытая в
1923 г. физиками Г.А. Крамерсом и И.А. Кристиансеном. В этой реакции
свободные радикалы не только регенерируют активные центры, но и активно
множатся, создавая новые цепи и заставляя реакцию идти все быстрее и
быстрее. Фактический ход реакции зависит от ряда внешних ограничителей,
например таких, как размеры сосуда, в котором она происходит. Если
число свободных радикалов быстро растет, то реакция может привести к
взрыву. В 1926 г. два студента Семёнова впервые наблюдали это явление,
изучая окисление паров фосфора водяными парами. Эта реакция шла не так,
как ей следовало идти в соответствии с теориями химической кинетики
того времени. Семёнов увидел причину этого несоответствия в том, что
они имели дело с результатом разветвленной цепной реакции. Но такое
объяснение было отвергнуто Максом Боденштейном, в то время признанным
авторитетом по химической кинетике. Еще два года продолжалось
интенсивное изучение этого явления Семёновым и Сирилом Н. Хиншелвудом,
который проводил свои исследования в Англии независимо от Семёнова, и
по прошествии этого срока стало очевидно, что Семёнов был прав.
В
1934 г. Семёнов опубликовал монографию «Химическая кинетика и цепные
реакции», в которой доказал, что многие химические реакции, включая
реакцию полимеризации, осуществляются с помощью механизма цепной или
разветвленной цепной реакции. В последующие десятилетия Семёнов и
другие ученые, признавшие его теорию, продолжали работать над
прояснением деталей теории цепной реакции, анализируя относительные
опытные данные, многие из которых были собраны его студентами и
сотрудниками. Позднее, в 1954 г., была опубликована его книга «О
некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности», в
которой ученый обобщил результаты открытий, сделанных им за годы работы
над своей теорией.
В 1956 г.
Семёнову совместно с Хиншелвудом была присуждена Нобелевская премия по
химии «за исследования в области механизма химических реакций». В
Нобелевской лекции Семёнов сделал обзор своих работ над цепными
реакциями: «Теория цепной реакции открывает возможность ближе подойти к
решению главной проблемы теоретической химии – связи между реакционной
способностью и структурой частиц, вступающих в реакцию... Вряд ли можно
в какой бы то ни было степени обогатить химическую технологию или даже
добиться решающего успеха в биологии без этих знаний... Необходимо
соединить усилия образованных людей всех стран и решить эту наиболее
важную проблему для того, чтобы раскрыть тайны химических и
биологических процессов на благо мирного развития и благоденствия
человечества».
После того как в
1944 г. Семёнов был назначен профессором МГУ, он продолжал публиковать
свои работы по различным проблемам вплоть до 80-х гг. Его объемная
работа по окислению паров фосфора не потеряла своей актуальности и
сегодня, спустя 50 лет со дня ее создания. Во время второй мировой
войны Институт химической физики переехал в Москву. Многие направления
проводимых там исследований непосредственно связаны с первоначальными
научными интересами Семёнова, хотя теперь они осуществляются с помощью
масс-спектрометрии и квантовой механики.
Даже
в последние годы жизни Семёнов, по словам его коллег, оставался
энтузиастом науки, творческой личностью, которую отличала бьющая через
край энергия. Он был высок и худощав, любил охотиться и работать в
саду, увлекался архитектурой. Семёнов и Наталия Николаевна Бурцева, на
которой он женился в 1924 г., жили в Москве, где она преподавала пение.
У супругов родилось двое детей: сын и дочь. Семёнов умер 25 сентября
1986 г. в возрасте 90 лет.
За
работу по созданию теории цепных реакций Семёнов в 1941 г. был удостоен
советской правительственной награды – Сталинской премии. Среди других
его наград – орден Ленина, орден Трудового Красного Знамени, золотая
медаль имени Ломоносова Академии наук СССР. Обладатель почетных
степеней ряда европейских университетов, Семёнов был избран почетным
членом Лондонского королевского общества. В Академии наук СССР ученый
занимал большое число официальных должностей. Кроме того, он был избран
членом академий многих других стран, включая США.
Источник: Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
| |