Русский физикохимик Николай Николаевич Семёнов
Русский физикохимик Николай Николаевич Семёнов
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.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.alhimikov.net
|