Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Лауреаты Нобелевской премии / Премия по химии
Начало сайта / Лауреаты Нобелевской премии / Премия по химии

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Биологически активные

Время, хранимое как драгоценность

Квантовый мир

Популярная информатика

Среди запахов и звуков

Химия вокруг нас

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

ПОЛАНИ (Polanyi), Джон Ч.

род. 23 января 1929 г.

Нобелевская премия по химии, 1986 г.
совместно с Дадли Р. Хершбахом и Яном Ли

 

Канадский химик Джон Чарльз Полани (Поланьи) родился в Берлине, в семье венгров по происхождению Майкла Полани и Магды Элизабет (Кемени) Полани. Когда мальчику было четыре года, семья переехала из Германии в Англию, в Манчестер, где его отец стал профессором химии Манчестерского университета.

Получив начальное и среднее образование в манчестерской школе, П. в 1946 г. поступил в Манчестерский университет и успел прослушать лекции по химии своего отца, который вскоре ушел с химического факультета, став в этом же университете профессором философии.

Коллеги отца П. по химическому факультету были в значительной мере сторонниками изучения простых химических реакций, исходя из молекулярной основы. Один из бывших студентов Полани-старшего Эрнст Уорарст стал научным руководителем П. Тема докторской диссертации Уорарста была связана с опытами, которые осуществлялись с применением прибора с натриевым пламенем. Эти опыты позволили отцу П. и его коллегам определять вероятность того, приведет ли к реакции столкновение атома натрия с той или иной молекулой или нет. Под руководством Уорарста П. измерял энергии химических связей с помощью пиролиза (разложения под действием высокой температуры). В 1952 г. ученый получил докторскую степень по химии.

В годы, проведенные в Манчестерском университете, определилось направление последующей работы П. над молекулярной основой химических реакций. В Манчестерском университете главное внимание уделялось нерешенной проблеме абсолютных скоростей реакций, т.е. вопросу о том, приведет ли молекулярное столкновение определенной силы к образованию новых химических веществ. П. переориентировал эту задачу на рассмотрение вопроса о том, какие типы сил наиболее часто приводят к возникновению реакции. Он решил, что ответ на этот вопрос легче всего найти, изучая перемещения только что возникших продуктов реакции, поскольку силы, действующие в «переходном состоянии» (от того момента, когда реагенты вступают в соприкосновение, до появления продуктов реакции), не могут не оставить отпечатка на продуктах реакции.

После защиты докторской диссертации, работая в 1952...1954 гг. вместе с Э.У.Р. Стейси в лабораториях Государственного научно-исследовательского совета Канады в Оттаве, П. все больше убеждался в том, что он правильно поставил вопрос и что ему следует заняться поисками ответа на него. Нельзя сказать, что в студенческие годы, проведенные в Англии, ученый чувствовал призвание к избранной профессии. Его основные интересы, скорее, лежали в области политики, журналистики и поэзии. Интерес к науке был где-то на заднем плане. Солнечный климат Оттавы, однако, разбудил в ученом жажду творчества: П. с увлечением начал заниматься лабораторной работой. Вместе со Стейси он решил проверить, обладает ли «пророческой силой» господствовавшая тогда теория переходного состояния скоростей реакции, и, проведя определенные расчеты, пришел к заключению, что эта теория бездоказательна, поскольку в ней ничего не говорилось о силах, действовавших в переходном состоянии. Несколько месяцев из двух лет, проведенных в Государственном научно-исследовательском совете, он проработал в лаборатории Герхарда Херцберга, где собрал спектроскопическую установку для проверки колебательного и вращательного возбуждения в молекулах йода. «Меня, должно быть, направляла какая-то невидимая рука», – вспоминал П. об этом периоде позднее. И действительно, впоследствии ученому довелось измерять в продуктах реакции именно те виды перехода, которые он изучал в лаборатории Херцберга.

После этого П. по приглашению американского химика Хью Стотта Тейлора два года работал в Принстонском университете в США на стипендию, выделенную ему как доктору наук для проведения научных исследований. Здесь он познакомился с двумя коллегами Тейлора – – Майклом Баудартом и Дэйвидом Гарвином, которые исследовали колебательное возбуждение в продуктах реакции атомарного водорода с озоном. При этой реакции наблюдалось оранжевое свечение, когда продукт реакции самопроизвольно переходил от состояния крайне возбужденных колебаний к очень низкому состоянию возбуждения. Несмотря на то что П. не принимал участия в этих экспериментах, они оказали на него большое влияние. Относительно высокая частота излучения (высокие обертоны) от этих колебательных переходов навела П. на мысль о возможности обнаружения значительно более вероятных «фундаментальных переходов», вызываемых меньшими изменениями в колебательном состоянии, при которых должно наблюдаться инфракрасное излучение меньшей частоты. Возвратившись в 1956 г. в Канаду, чтобы читать лекции по химии в университете в Торонто, П. не забыл эту осенившую его в Принстоне идею.

Вместе со студентами своего первого выпуска ученый наблюдал увеличение скорости образования хлорида водорода при колебательном возбуждении на экзотермической реакции (при которой высвобождается тепло) атомарного водорода и молекулярного хлора. Опыт с хлоридом водорода, сообщение о котором впервые появилось в 1958 г., помог П. и его группе избрать направление их основной работы.

Этот эксперимент был прост и дешев. Атомарный водород, образующийся при электрическом разряде (с применением неонового трансформатора для обеспечения высокого напряжения), при низком давлении смешивался с потоком газообразного хлора в сосуде, снабженном «окошками» из хлорида натрия, прозрачными в инфракрасной области. Перед «окошком» был помещен инфракрасный спектрометр. Сосуд, в котором проходила реакция, на ощупь оставался холодным, но давал инфракрасный спектр, который указывал на присутствие водорода при температуре в несколько тысяч градусов. Это молекулярное возбуждение было химическим по своей природе и представляло собой инфракрасную хемилюминесценцию.

В 1958 г. П. и его студент Дж.К. Кэшион закончили сделанное ими сообщение утверждением, что «благодаря этому методу можно получить сведения, касающиеся распределения колебательной, а возможно, и вращательной энергии среди продуктов трехцентровой реакции. И такого рода информация – только первая из тех возможностей, которые открывает перед химиками этот метод».

Однако данное ими обещание было выполнено только 10 лет спустя. Была проделана большая работа, в которой приняли участие студенты П. многих выпусков. Одна из проблем, затруднявших исследование, заключалась в колебательном и вращательном «затухании». Эта проблема была решена благодаря использованию распыления газообразных реагентов, которые пересекались в центре вакуумированной камеры, испуская инфракрасное излучение, сопровождающее образование продуктов реакции. Затем устранялись продукты конденсации на стенках камеры, охлажденных жидким азотом, прежде чем те успевали релаксировать (прийти в основное состояние). Эта прерванная релаксия привела к первым количественным определениям «детализированных констант скоростей», т.е. скоростей, при которых в ходе реакции образуются продукты со специфическими колебательными и вращательными состояниями и, следовательно, трансляционным (переносимым) возбуждением.

Измерения, касающиеся трансляционного возбуждения, заложили основу для разработки сразу двух методов – метода инфракрасной хемилюминесценции Полани и метода исследования пересекающихся молекулярных пучков, которые представляли собой главное альтернативное средство осуществления таких измерений. Метод пересекающихся молекулярных пучков, при котором первоначально измеренные количества представляют собой трансляционные и угловые распределения, был открыт Дадли Р. Хершбахом и Яном Ли в 1967 г.

Главные технологические выкладки проведенных П. исследований описаны в его работе «Инфракрасный мазер, основанный на колебательном возбуждении» («An Infrared Mazer Dependent on Vibrational Excitation»), написанной в 1960 г. Однако «Физикал ревью летерс» («Physical Review Letters»), куда П. представил эту статью, отказался ее публиковать как не представляющую научного интереса. В этой статье П. развил идею, выдвинутую в 1958 г. Чарльзом Х. Таунсом и Артуром Л. Шавловом, которая позднее привела к созданию лазера. Таунс и Шавлов предусматривали электронно возбужденную среду. П. же предложил, чтобы среда создавалась колебательно и вращательно возбужденными молекулами. Его предложение обладало несколькими привлекательными сторонами. Во-первых, благодаря феномену, который П. назвал частичной инверсией заселенности, активная среда лазера может создаваться просто путем частичного охлаждения горячего газа. Во-вторых, активная среда может быть генерирована путем химической реакции; такой способ в настоящее время известен как лазер с химической накачкой. Более того, П. высказал предположение, что такие лазеры должны существовать в природе в верхних слоях атмосферы.

«Физикал ревью летерс» не напечатал и отчет американского физика Теодора Х. Меймана о первом действующем лазере на том же основании, какое выдвинуло, отказавшись публиковать статью П. Когда П. узнал об этом, он в сентябре 1960 г. передал свою статью без каких бы то ни было изменений в «Журнал химической физики» («Journal of Chemical Physics»). И там она была немедленно опубликована. С тех пор колебательные (разработанные Ч.К.Н. Пейтелом), в частности химические, лазеры (разработанные Дж.Ч. Паймантелом) стали самым мощным источником инфракрасного излучения. Беседуя с теми финансирующими фундаментальные исследования спонсорами, кто настаивает на доказательстве возможности практического применения научных открытий, П. с удовольствием задает им вопрос о том, оказались ли бы они настолько дальновидными, чтобы субсидировать исследование едва обнаруживаемого свечения, видя в нем способ разработки самых мощных из ныне существующих лазеров.

Несмотря на свою простоту, инфракрасная хемилюминесценция обеспечивает получение наиболее полной, подробной и доступной информации об энергетическом распределении продуктов химических реакций. Такая информация используется для проверки теорий молекулярного механизма простых реакций обмена. Научно-исследовательская группа, возглавляемая П., с самого начала проведения своих экспериментов применяла компьютерное моделирование. Высокоскоростные компьютеры позволяли решать сложные уравнения движения реагирующих частиц, а соединение теории с практикой открывало возможность глубоко заглянуть в суть процессов. Инфракрасная хемилюминесценция не ограничивается измерением степени возбуждения продуктов реакции. Она также может быть использована для определения того, каким образом колебательное и вращательное возбуждение различных реагентов влияет на вероятность протекания реакций.

В 1986 г. П. совместно с Дадли Р. Хершбахом и Яном Ли была присуждена Нобелевская премия по химии за сделанный вклад в «развитие новой области исследований в химии – динамики химической реакции». П. был отмечен как автор «метода инфракрасной хемилюминесценции, с помощью которого измеряется и анализируется чрезвычайно слабое инфракрасное излучение только что образовавшейся молекулы», и как ученый, применивший «этот метод для выяснения проблемы высвобождения энергии в ходе химических реакций».

В последнее время сфера научных интересов П. расширяется. Он занимается спектроскопией реакционного переходного состояния, стремясь проникнуть в суть «молекулярного танца», наблюдая участвующие в нем молекулы в тот момент, когда они, как П. образно определяет этот процесс, находятся «на сцене, а не за кулисами, непосредственно перед началом танца и после его завершения». Группа П. исследует также фотохимию абсорбированного состояния, используя ультрафиолетовую лазерную радиацию для индуцирования реакций между соседними молекулами, прилепившимися к твердой поверхности. Группа надеется, что ей удастся, размещая молекулы по любой заранее заданной схеме, побуждать их вступать в реакцию определенным способом.

В конце 50-х гг. П. пришел к убеждению, что ученым необходимо принимать участие в общественной жизни, особенно в век ядерного оружия, когда остро стоит проблема выживания. В 1960 г. П. стал основателем и председателем канадской группы ученых, входящей в Пагуошское движение, и оставался ее председателем до 1978 г. П. – активный член Комитета по проблемам международной безопасности Национальной академии наук США и Канадского центра по контролю за вооружениями и разоружению.

П. активно участвует в работе Королевского общества, Канадского комитета по проблемам свободы научной деятельности, а также Канадского комитета ученых. Он находит время для того, чтобы принимать участие в «Канадских дискуссиях по проблемам политики в области науки». П. считает, что только фундаментальная наука способна внести вклад в будущее развитие человечества, а на укор о непрактичности чисто теоретических исследований отвечает: «Нет ничего непрактичнее науки, ориентированной на нужды только сегодняшнего дня».

В 1958 г. П. женился на Анне Феррар Дэйвидсон из Торонто, музыканте и преподавательнице музыки. У супругов дочь и сын. П. считает себя «невеждой в музыке», но получает эстетическое удовольствие от искусства, литературы и поэзии. Он и его жена, соответственно распределяя роли, пишут слова и музыку для профессионально исполняемых шутливых пародий. В юности ученый увлекался греблей на каноэ, был летчиком-любителем высокого класса, а теперь он отдает предпочтение лыжным и пешим прогулкам.

Помимо Нобелевской премии, П. получил много наград, в числе которых медаль Марлоу Фарадеевского общества (1962), премия Стейси в области естественных наук (1965), медаль Генри Маршалла Тоури Королевского общества Канады (1977) и премия Вульфа (1982). Он неоднократно признавался ведущим лектором. Ученому были присвоены почетные степени 12 университетами Канады и 2 ведущими учебными заведениями США – Гарвардским университетом и Ронсселеровским политехническим институтом. В 1974 и в 1979 гг. П. стал кавалером ордена Канады разных степеней. Он член Канадского и Лондонского королевских обществ, иностранный член Американской академии наук и искусств, американской Национальной академии наук и Папской академии наук в Риме.

 

Ранее опубликовано:

Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
© The H.W. Wilson Company, 1987.
© Перевод на русский язык с дополнениями, издательство «Прогресс», 1992.

Дата публикации:

4 мая 2001 года

Электронная версия:

© НиТ. Лауреаты Нобелевской премии, 1998

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2017
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика