В 1903 г. Нобелевская премия по химии была присуждена выдающемуся шведскому физико-химику С. Аррениусу за чрезвычайные заслуги в развитии химии и создание теории электролитической диссоциации. В этом же году он получил медаль Дэви Химического общества в Лондоне. (Ранее эти же награды получил другой выдающийся физико-химик Я. Вант-Гофф, тесно связанный с Аррениусом по тематике исследований). В научной и личной судьбах этих двух лауреатов много схожего: скромное происхождение, блестящая учеба в школе и университете, необычайно оригинальная идея, высказанная в молодом возрасте и, как следствие этого, насмешки над "молокососом", затем поддержка крупных зарубежных ученых, трудности с устройством на преподавательскую работу и, наконец, признание и слава. Роль такого крупного ученого для Аррениуса сыграл сам Вант-Гофф (хотя намного больше помог Аррениусу В. Оствальд). Кроме того, представления Аррениуса были еще более необычными для окружающих его шведских химиков, чем представления Вант-Гоффа для голландских и немецких химиков, поэтому и признание пришло к нему позже и веры в свои силы понадобилось больше.
Упорство в достижении поставленной задачи, вера в свои силы были наследственными чертами рода Аррениусов (большинство из них были земледельцами, лишь отец Сванте окончил университет стал администратором). Его сотрудники вспоминали, что этот человек среднего роста, румяный, светловолосый, с открытым взглядом своих типично шведских голубых глаз был добродушен, но добродушие и юмор мгновенно, покидали его, когда кто-то пытался доказать отжившие взгляды и представления в науке и когда он сталкивался с несправедливостью в жизни.
Сванте Август Аррениус родился 19 февраля 1859 г. в замке Вик близ Упсалы (Швеция). В школе он учился, блестяще, особенно интересуясь физикой и математикой. В сентябре 1876 г. он стал студентом Упсальского университета, а через два года (на полтора года раньше срока) сдал экзамены на степень кандидата философии. Для совершенствования своих знаний по физике и химии Аррениус направился в Стокгольм, где в 1881 г. был принят на работу в физический институт. Через год он приступил к исследованию.электропроводности сильно разбавленных водных растворов электролитов. .
Первые представления о диссоциации молекул электролитов в растворе возникли у Аррениуса в то время, когда он писал докторскую диссертацию, весной 1883 г. В то время он сформулировал свои выводы несколько расплывчато, но главное достижение этой работы - утверждение о полной диссоциации солей в бесконечно разбавленном растворе, а также вывод о зависимости электропроводности и реакционной способности электролитов в растворе от количества образовавшихся ионов. Диссертация была скептически принята учеными Упсальского университета, и по их решению Аррениус не мог преподавать в университете. Однако, не согласившись с таким решением, Аррениус послал диссертацию на отзыв известным европейским ученым, среди которых были Вант-Гофф и Оствальд. Последний в августе 1884 г. приехал в Упсалу, чтобы лично познакомиться с Аррениусом и предложить ему место доцента в Рижском политехническом институте. Высокая оценка его работы Оствальдом помогла Аррениусу стать доцентом Упсальского университета, но отсутствие условий для экспериментов сделали его гостем многих лабораторий европейских стран.
После цикла исследований (1884-1885) зависимости между вязкостью и проводимостью растворов Аррениус получил трехлетнюю зарубежную командировку. Зимой 1886 г. в Рижском политехническом институте он вместе с Оствальдом исследовал электропроводность водных растворов различных веществ, и полученные данные явились отличным подтверждением выводов диссертации. 1886 -1887 гг. он провел в Вюрцбурге (Германия), где занимался исследованием электропроводности газов и слушал лекции по физике В. Нернста. Здесь же он познакомился с работой Вант-Гоффа, в которой было показано, что для растворов электролитов осмотическое давление оказывается большим, чем следует из аналогии с газами. 30 марта 1887 г. Аррениус направил Вант- Гоффу письмо, в котором раскрыл физический смысл коэффициента i", введенного голландским ученым для определения экспериментальной величины осмотического давления по сравнению с теоретической. По мнению Аррениуса, этот коэффициент зависит от степени диссоциации электролита в растворе. Идея письма была подробно разработана в статье "О диссоциации растворенных в воде веществ" (конец 1887 г.), ставшей впоследствии классической. В этой работе было показано, что: 1) закон Вант-Гоффа о равенстве газовых и осмотических давлений распространяется и на электролиты; 2) электролиты в растворах состоят частично из диссоциированных молекул, количество которых растет при разбавлении раствора; 3) в бесконечно разбавленных растворах молекулы существуют только в виде ионов. Эти положения легли в основу теории электролитической диссоциации - главного научного детища Аррениуса.
В дальнейшем на ряде примеров Аррениус убедительно подтвердил положения теории - обнаружил экзотермический характер диссоциации электролитов, разработал теорию гидролиза солей.
Долгое время положения этой теории трактовались многими химиками неправильно - отождествлялись атомы и ионы. В длительной борьбе Аррениусу, Вант-Гоффу и Оствальду удалось доказать правильность ее фундаментальных положений. На основе этой теории был изложен курс аналитической химии, создана теория кислот и оснований. В первой четверти XX в. началось интенсивное развитие теории сильных электролитов. Теория Аррениуса получила признание во всем научном мире, а для ее автора кончилась полоса невзгод в Швеции.
В 1889 г., работая совместно с Вант-Гоффом, с которым его связывала тесная дружба, Аррениус для объяснения влияния температуры на скорость инверсии сахара ввел понятие об "активных" и "неактивных".молекулах и вывел знаменитое уравнение Аррениуса, определяющее зависимость константы скорости химической реакции от температуры. На основе этого уравнения; которое подтверждается в большинстве известных случаев, введено им же понятие об энергии активации. Развитие представлений Аррениуса было одним из главных путей эволюции химической кинетики вплоть до наших дней.
В 1895 г. Аррениус стал профессором физики в Стокгольмском университете, был избран почетным членом Электрохимического общества (Германия). С 1900 г. он был директором Нобелевского физико-химического института, а также избран членом Шведской Академии наук. Впоследствии он получил полное признание в научном мире в Швеции и стал его подлинным лидером.
В то время, когда у Аррениуса появились ученики (начало XX в.), он занимался применением методов физической химии к.изучению биологических и биохимических процессов, исследовал влияние атмосферных условий на организм человека, занимался разработкой теории происхождения небесных тел. Он написал много популярных книг и статей, читал в разных странах лекции по теории электролитической диссоциации.
Столь интенсивная научная работа подорвала крепкое здоровье Аррениуса. В конце 1925 г. он перенес кровоизлияние в мозг, а 1 октября 1927 г. Сванте Аррениуса не стало. Он похоронен в Упсале. Теория электролитической диссоциации, претерпев ряд изменений, осталась классической и вошла в "золотой фонд" истории учения о растворах.
ЛИТЕРАТУРА
1. И. А. Каблуков. Успехи физ. н., 8, 427 (1900).
2. W. Palmaer. Svante August Arrhenius. Uppsala, 1929.
3. С. Benedicks. Svante Arrhenius. Stockholm, 1938.
4. Ю. И.. Соловьев, Н. А. Фигуровский. Сванте
Аррениус. M., Изд-во АН СССР, 1959. В. А. КРИЦМАН
История возникновения теории электролитической диссоциации связана с именем шведского физико-химика Аррениуса. Он был разносторонним ученым: его перу принадлежит более двухсот научных работ в области химии, физики, геофизики, метеорологии, биологии, физиологии.
Сванте Август Аррениус родился 19 февраля 1859 года в имении Вейк, расположенном близ Упсалы, на берегу озера Малар. Его отец служил управляющим имения и одновременно работал казначеем Упсальского университета. Уже в три года мальчик научился читать! Сначала он обучался в кафедральном училище, а затем, по просьбе Сванте, отец перевел его в реальную гимназию. Значительно опережавший в развитии сверстников, мальчик скучал на уроках.
Наконец, окончив гимназию, Сванте поступил в Упсальский университет. Основной его специализацией стала физика, а дополнительной - математика. Аррениус очень много занимался самостоятельно и вскоре создал собственный стиль работы, который значительно выделял его среди других физиков Упсальского университета того времени. Он не сработался с Талоном, выдающимся физиком-экспериментатором. В результате этих разногласий Аррениус покинул Упсалу и направился в 1881 году к Э. Эдлунду в Стокгольмскую Академию наук.
Эдлунд быстро оценил способности молодого ученого и назначил его своим первым помощником. Дебютная ученая работа Аррениуса была посвящена шаровой молнии. Затем он занялся изучением электропроводности сильно разбавленных водных растворов. В мае 1883 года после длительной экспериментальной проверки Аррениус пришел к выводу, что причиной увеличения электропроводности растворов при разбавлении является вода.
Как рассказывает Ю.И. Соловьев: «Данные, полученные при измерении электропроводности водных растворов электролитов различной концентрации, позволили С. Аррениусу сделать смелый вывод: молекулы электролита диссоциируют на ионы без воздействия тока, причем степень диссоциации растет с разбавлением. Как сейчас нам представляется, это был, казалось бы, очевидный и простой вывод из экспериментальных данных. Но совершенно не простым он был для С. Аррениуса, ибо этот вывод разрушал твердые, "как гранит", традиционные представления о состоянии молекул солей, кислот и оснований в растворе».
Аррениус не мог не понимать, что он, молодой химик, поднимает руку на химические «устои». Но это не смутило его. В своей докторской диссертации (1883) он сделал исключительный по своему значению вывод:
«Коэффициент активности электролита указывает на фактически имеющееся в растворе число ионов, отнесенное к тому числу ионов, которое было бы в растворе в случае, если электролит полностью расщеплен на простые электролитические молекулы…
Соль расщепляется полностью, когда количество воды в растворе бесконечно велико».
Однако отзывы профессоров Клеве и Талона о качестве диссертационной работы были отрицательными - оба не являлись поклонниками таланта Аррениуса. Совет поддержал мнение профессоров, но все-таки оценил защиту диссертации по третьему классу.
Будучи уверенным в своей правоте, Сванте послал по одному экземпляру своих статей известнейшим европейским ученым, которые занимались изучением растворов: Р. Клаузиусу, Л. Мейеру, В. Оствальду и Вант-Гоффу. В своих ответах все четверо положительно отзывались о результатах исследований и выводах молодого ученого.
Приезд Оствальда, поддержка, которую Аррениус получил у профессора Петтерсона, и мнение широкой общественности заставили университет повторить процедуру защиты диссертации. Она состоялась в конце 1884 года и прошла успешно. Сразу же после защиты Аррениус был назначен приват-доцентом физической химии. Однако профессор Клеве и его сторонники оставались противниками Аррениуса, и тот решает вернуться к профессору Эдлунду в Стокгольм.
В 1886 году он приехал в Ригу, в лабораторию своего единомышленника Оствальда, где продолжал свои исследования. Весной 1887 года Аррениус работал в Вюрцбурге у Ф. Кольрауша. «Незадолго до того, как я покинул Вюрцбург (март 1887 года), - вспоминал Аррениус, - я получил напечатанную Шведской Академией наук работу Вант-Гоффа. Я просмотрел ее в один вечер, закончив ежедневную работу в институте. Мне сразу стало ясно, что отклонение электролитов в водном растворе от законов Вант-Гоффа-Рауля о понижении точки замерзания является самым веским доказательством их распада на ионы. Теперь передо мной было два пути для вычисления степени диссоциации: с одной стороны, посредством понижения точки замерзания, с другой - их проводимости. Оба они в подавляющем большинстве случаев дали один и тот же результат, и я мог открыто говорить о диссоциации электролитов».
В письме к Вант-Гоффу в марте 1887 года шведский ученый писал: «Обе теории находятся еще в самом начале своего развития, и я надеюсь живейшим образом, что в ближайшем будущем между обеими областями будет перекинут не один, а несколько мостов». Так и случилось.
В 1887 году появилась знаменитая статья Аррениуса «О диссоциации растворенных в воде веществ». Она вызвала восторг у одних и негодование у других. Здесь ученый с уверенностью заявляет, что молекулы электролитов (соли, кислоты, основания) распадаются в растворе на электрически заряженные ионы. Аррениус нашел формулу для определения степени электролитической диссоциации. Тем самым он превратил чисто качественную гипотезу в количественную теорию, которая могла быть проверена экспериментально.
После того как были созданы основные положения этой теории, Аррениус показал ее применимость в различных областях естествознания.
В 1895 году Аррениус стал профессором физики Стокгольмского университета. Многочислен и разнообразен был круг интересов Аррениуса: электрокапиллярные явления, катодная поляризация, коррозия металлов в кислотах… Материал этих исследований Аррениус обобщил в «Учебнике электрохимии».
Среди его ассистентов особенно выделялась Софья фон Рудбек. Она была не только великолепным помощником, но и интересным собеседником. Аррениус часто и подолгу беседовал с ней. В 1894 году молодые люди обвенчались, а на следующий год у них родился сын Олаф. Однако семейная жизнь не сложилась, и поэтому вскоре после рождения сына они решили расстаться. Сванте сильно мучила разлука с сыном.
Но 1895 год принес Аррениусу и радости: Немецкое электрохимическое общество избрало его своим почетным членом. В 1896 году он стал ректором Стокгольмского университета и оставался на этом посту до 1902 года.
В 1903 году Аррениус был удостоен Нобелевской премии «в признание особого значения теория электролитической диссоциации для развития химии».
Аррениус стал первым шведским ученым, удостоенным такого высокого отличия! Это был триумф не только самого ученого, но и всей страны. Во всех университетах и научных обществах читались лекции о научных достижениях Аррениуса, его портреты висели на самых видных местах. Швеция гордилась своим великим сыном.
Когда 1 октября 1905 года начал работу первый Нобелевский физико-химический институт, то его возглавил Аррениус. Теперь он мог больше заниматься научными проблемами, хотя у него появились и новые обязанности. К примеру, много времени отнимало участие в работе комиссии по присуждению Нобелевских премий.
Английский химик Д. Уоркер вспоминал: «С момента его работы в Нобелевском институте жизнь его протекала очень спокойно. Из розовощекого парня он превратился в Швеции в научного оратора, известного и уважаемого всеми классами народа. В Аррениусе не было ничего академического. Сам он был крепко сложенным, светловолосым, голубоглазым и румяным, настоящим сыном шведской сельской местности. По характеру он был открытым, великодушным и экспансивным человеком. В нем было много здоровой энергии, первобытной силы. У него были сильные симпатии и антипатии, и под его врожденным добродушием и юмором таилась спящая драчливость, легко просыпавшаяся, когда затрагивались истина и свобода».
В доме на Бергогатане, 18, ученый не только работал, но и жил. Бывая в доме профессора Иенса Иоганссона, Аррениус познакомился с его сестрой Майей. Та чувствовала себя легко и непринужденно с известным ученым. Сванте также не скрывал симпатии к девушке. Осенью 1905 года отпраздновали свадьбу, и молодая семья поселилась в трехкомнатной квартире прямо под помещениями Нобелевского института. Вскоре в семье случилось прибавление - родился мальчик Сван.
Аррениус в это время увлекся проблемами токсикологии. Он занялся подробным физико-химическим рассмотрением теории токсинов и антитоксинов. В результате стало возможным выяснить, определяются ли противоположные действия токсинов и антитоксинов их химической природой или они имеют физическое происхождение. Основные результаты этих работ Аррениус изложил в двух книгах: «Иммунохимия» (1907) и «Количественные законы в биологической химии» (1915).
«С помощью формул, которые могут быть эмпирическими, или рациональными, прогресс науки станет более быстрым, чем без использования аналитических выражений, - писал Аррениус, - по мере накопления опытного материала эмпирические формулы легли в основу учений об отношениях между поведением светил и событиями на Земле. Эти учения послужили в свое время основой для возникновения таких лженаук, как алхимия и астрология».
Аррениус также вел изыскания и в области космогонии, посвятив этому двухтомный «Учебник космической физики», а также книги «Будущее мира», «Жизнь планет», «Земля и Вселенная».
Нобелевский институт Аррениус оставил летом 1927 года по состоянию здоровья. В том же году 2 октября он скончался.
Герой нашего сегодняшнего рассказа, судя по всему, был очень непростым человеком. Впрочем, кто из нобелевских лауреатов прост? С другой стороны, этот человек не просто получил Нобелевскую премию по химии 1903 года за свою докторскую диссертацию (по-нашему - кандидатскую), без ссылок на него не обходится ни один школьный или университетский курс химии. Он один из основоположников химической науки ХХ века, даже несмотря на конфликты с великим Менделеевым. Считается, что впоследствии именно он помешал Дмитрию Ивановичу получить Нобелевскую премию, хотя с точки зрения современной химии они оба были неправы и правы одновременно. Да, большинство из вас уже догадалось: речь пойдет о первом в истории нобелиате-земляке Нобеля - Сванте Августе Аррениусе.
Портрет Сванте Аррениуса
Сванте Август Аррениус
Формулировка Нобелевского комитета: «в знак признания особого значения его теории электролитической диссоциации для развития химии» (in recognition of the extraordinary services he has rendered to the advancement of chemistry by his electrolytic theory of dissociation).
Будущий лауреат родился в достаточно богатой и образованной семье. Его дядя, Иоанн (Юхан) Аррениус, был известным ботаником, деятелем сельского хозяйства и агрономом. Отец был управляющим имением и вскоре стал членом совета инспекторов Уппсальского университета. Так что ребенку было в кого рано развиваться. Пишут, что он уже в младенчестве любил складывать циферки из папиных отчетов. (Правда, не сообщается, делал ли он что-либо с самими листами. Автор статьи, как отец не по годам развитой девочки, подозревает, что за интерес к цифрам Сванте иногда влетало).
Достаточно легко Сванте окончил Уппсальский университет (физика и химия), в 1878 году получил степень бакалавра, а в 1881 году уехал в столицу, в Шведскую королевскую академию наук, заниматься изучением электричества под руководством Эрика Эдлунда (который, кроме того, организовал систему метеорологических наблюдений в Швеции).
Эрик Эдлунд
Wikimedia Commons
Своему докторанту Эдлунд предложил заняться изучением электролитов. К тому времени сам по себе электрический ток был, конечно, хорошо известен, хотя электрон еще не был открыт и природа этого явления была до конца не ясна. С другой стороны, физики и химики уже прекрасно знали, что, к примеру, кристаллы поваренной соли ток не проводят, дистиллированная вода - тоже. А вот раствор NaCl - прекрасный проводник. В чем тут дело?
По мнению Аррениуса, изложенному в его докторской диссертации (увидевшей свет в 1884 году), в растворе некоторые вещества, нейтральные сами по себе, распадаются, взаимодействуя с растворителем, на положительно и отрицательно заряженные ионы. Та же NaСl распадается на ион Na + и ион Cl - . Мнение настолько революционное, что диссертация, к которой формально придраться было нельзя, была защищена с самой низкой оценкой: она прошла по четвертому классу, без права преподавания в университете.
Кстати, именно поэтому существовал вариант, при котором Аррениус мог бы стать первым российским нобелевским лауреатом по химии: его старший коллега, которому Аррениус прислал свою статью, пригласил его работать к себе, в Лифляндскую губернию Российской империи, в Рижское политехническое училище. Аррениус отказал (и, кстати, потом, в 1909 году, уже будучи нобелиатом и работая в Нобелевском комитете, сомневался, принимать ли номинацию своего тогдашнего «благодетеля»). Правда, в 1909 году Вильгельм Фридрих Оствальд уже давно жил и работал в Лейпциге.
Оствальд и Аррениус
Wikimedia Commons
Кстати, сам Оствальд вначале также не мог принять теорию электролитической диссоциации. «Я провел лихорадочную ночь со скверными снами, - писал он про лето 1884 года. - У меня одновременно появились жестокая зубная боль, новорожденная дочка и статья Аррениуса "Исследования по проводимости электролитов". То, что было написано в работе, настолько отличалось от привычного и известного, что я сначала был склонен все в целом принять за бессмыслицу».
Правда, останься Аррениус в России, ему бы тоже пришлось несладко: яростным противником его теории электролитической диссоциации оказался сам Дмитрий Иванович Менделеев. Создатель периодической системы был автором собственной теории растворов и протестовал против того, что Аррениус не учитывал ни сольватации (взаимодействие ионов с молекулами растворителя), ни электростатического взаимодействия между ионами в случае концентрированных растворов. Любопытнее всего то, что созданная после смерти и Менделеева, и Аррениуса протонная теория кислот и оснований в итоге примирила врагов, вобрав в себя положения как Аррениуса, так и Менделеева. Но Нобелевскую премию получил все-таки Аррениус. Кстати, за теорию электролитической диссоциации Аррениуса номинировали и на премию по физике в 1901-1903 годах, и на премию по химии. Вот было бы забавно, если бы в 1903 году оба комитета, и физики, и химии, решили бы присудить премию Аррениусу! Интереснее другое, что в 1912 и 1914 годах Сванте Аррениус был номинирован и на премию по медицине, за труды по иммунохимии. Так что Аррениус чуть ли не единственный известный нам номинант по всем трем естественнонаучным номинациям.
Нобелевская премия Аррениуса, кстати, оказалась «чистой победой»: из 23 номинаций на премию 1903 года Аррениус занял первое место 11 раз. Другими претендентами были англичанин сэр Уильям Рамзай (премия 1904 года), француз Анри Муассан (1906), Адольф фон Байер (1905), американский химик Хармон Морзе и француз Марселен Бертло (тоже получил бы своего «Нобеля», если бы не умер в 1907 году: Бертло номинировали общим количеством 11 раз).
Дмитрий Иванович Менделеев
Wikimedia Commons
Нужно обязательно отметить и еще два момента, связанных с Аррениусом и Нобелевскими премиями. Начнем, в хронологическом порядке, с 1901 года. А точнее, еще раньше. В конце XIX века Аррениус, наряду с доработками своей теории, занимался и осмотическим давлением. «Классиком» работ по осмосу был голландец Якоб Вант-Гофф с его классической формулой PV=iRT, где P - осмотическое давление вещества в растворе, Т - температура, R - давление присутствующего газа, а i - коэффициент. Однако Вант-Гофф никак не мог объяснить, почему для растворенных газов, к примеру, i равен единице, а вот для солей коэффициент становится больше. Работы Аррениуса помогли Вант-Гоффу понять, что i связано с количеством частиц в растворе, а поскольку соли распадаются на ионы, коэффициент становится больше. В итоге Вант-Гофф стал самым первым нобелевским лауреатом в истории. Впрочем, мы об этом .
Второй момент относится к 1906 году. К тому времени Аррениус уже вышел в отставку с поста ректора Стокгольмского университета и стал директором физико-химического Нобелевского института. Пишут, что в 1906 году Нобелевский комитет предварительно вынес решение в пользу Менделеева, однако ненавидевший соперника Аррениус запротестовал и заставил поменять решение в пользу молодого Анри Муассана. Справедливости ради отметим, что автор слышал и другое объяснение этой истории: комитет решил, что Менделееву можно дать премию и в следующем году, а Муассан - парень «молодой», изувеченный фтором, и ему премия нужнее. Что можно утверждать совершенно точно, так это то, что Менделеев и Аррениус друг друга действительно не любили, а счет по номинациям в 1906 году у нашего соотечественника и Анри Муассана был 4:8, а также то, что в 1907 году не стало и Менделеева, и Муассана. И еще одно: на первом конгрессе памяти Менделеева в 1907 году в Петербурге Аррениус был почетным гостем.
А вот со здоровьем Аррениусу не повезло. Он рано начал набирать вес, страдал одышкой; однажды на входе на какую-то конференцию или конгресс швейцар сказал ему, что мясники заседают в соседнем здании. Как итог - 67 лет жизни (большинство нобелиатов прожили намного дольше), короткая болезнь и смерть. Печально, но тем не менее успел Аррениус очень много. В конце концов, не каждый химик и даже не каждый нобелевский лауреат может похвастаться тем, что его открытия изучают в школе, даже сейчас, когда прошло более века с того дня, когда они были сделаны.
По химии 1903 года.
Родился 19 февраля 1859 года в имении Вейк (Wijk), недалеко от Упсалы. Второй сын Сванте Густава Аррениуса, управляющего имением, и Каролины Кристины Тунберг. Через год после рождения сына семья переехала в Упсалу, где отец вошел в состав совета инспекторов Упсальского университета. С детства Аррениус с удовольствием складывал числа в отчетах отца, а в кафедральном училище в Упсале проявил исключительные способности к биологии, физике и математике.
В 1876 поступил в Упсальский университет, где изучал физику, химию и математику. В 1881 уехал в Стокгольм, в Шведскую королевскую академию наук, чтобы продолжать исследования в области электричества под руководством Эрика Эдлунда (Erik Edlund, 1819–1888).
В 1884 разработал основные положения теории электролитической диссоциации. К этому времени накопилось большое количество фактов, свидетельствующих о разложении электролитов в растворах без прохождения электрического тока. Тем самым были созданы предпосылки для создания теории электролитической диссоциации (см . ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ. ЭЛЕКТРОЛИТЫ)
Аррениус пришел к следующим заключениям: сопротивление раствора электролита растет, если его разбавить; в сильно разбавленном растворе электропроводность пропорциональна концентрации; электропроводность раствора – сумма электропроводностей соли и растворителя; отклонение от этих закономерностей наблюдается лишь тогда, когда происходит реакция между веществом и растворителем.
Из этих фактов Аррениус сделал вывод, что молекула распадается на положительные и отрицательные фрагменты – ионы. Электрический ток направляет ионы к противоположно заряженным электродам.
Эта гипотеза составила основу докторской диссертации Аррениуса Исследования гальванической проводимости электролитов , которую он в 1884 представил к защите в Упсальском университете. Совет факультета оценил его диссертацию по четвертому классу – слишком низко, чтобы Аррениус мог быть допущен к чтению лекций. По существу его диссертация была отвергнута.
Не обескураженный этим Аррениус не только опубликовал полученные результаты, но и разослал копии своих тезисов ряду ведущих европейских ученых. Немецкий химик В.Оствальд (Нобелевская премия, 1909) с энтузиазмом воспринял идеи Аррениуса. Оствальд так заинтересовался этой работой, что посетил Аррениуса в Упсале и даже приглашал его поработать в своей лаборатории в Рижском политехническом институте.
Теория электролитической диссоциации объяснила связь между явлениями, которые, казалось бы, далеко отстоят друг от друга, например между электрической проводимостью и реакционной способностью электролитов.
Дальнейшее изучение концентрированных растворов электролитов и неводных растворов привело к созданию современного учения о растворах, которое расширяет и дополняет теорию Аррениуса. Поскольку растворы широко распространены в природе и занимают важное место в практической деятельности, исследования Аррениуса помогли объяснить многие сложные вопросы в области физики, химии, геологии и биологии.
Результаты исследований Аррениуса наряду с теорией электролиза явились ключевыми при создании современной электрохимии, нашли повсеместное применение в химической практике, особенно в области неорганической и аналитической химии.
Теория электролитической диссоциации способствовала созданию современной теории кислот и оснований.
Аррениус был принят работать в Высшую техническую школу в Стокгольме без права читать лекции, однако поддержка Оствальда способствовала тому, что он в 1884 был назначен лектором Упсальского университета и занимал эту должность в течение двух лет.
В 1886 он стал стипендиатом Шведской королевской академии наук, что позволило ему проводить исследования за рубежом. В течение следующих пяти лет работал в Лейпциге с В.Оствальдом, в Вюрцбурге с известным электрохимиком Ф. Кольраушем (здесь он встретился с В.Нернстом – Нобелевская премия, 1920), в Грацком университете с великим физиком Л.Больцманом и в Амстердамском университете с Я.Вант-Гоффом (Нобелевская премия по химии, 1901).
В 1889 Аррениус объяснил сущность температурной зависимости скорости химических реакций, ввел понятие энергии активации и предложил важнейшее уравнение химической кинетики – уравнение Аррениуса. Это произошло во время его пребывания у Вант-Гоффа, когда потребовалось дать объяснение влиянию температуры на инверсию сахара.
В течение всего этого времени Аррениус продолжал разрабатывать теорию электролитической диссоциации, а также изучать осмотическое давление. Им, в частности, разработана теория гидролиза солей.
Аррениус проводил исследования во многих областях науки: опубликовал статью о шаровых молниях (1883), изучал влияние солнечной радиации на атмосферу, искал объяснение ледниковым периодам, северному полярному сиянию, солнечной короне и вулканической активности. В 1901 вместе с несколькими своими коллегами он подтвердил гипотезу английского физика Джеймса Клерка Максвелла (James Clerk Maxwell, 1831–1879), что космическая радиация оказывает давление на частицы. Он предложил идею переноса спор и семян в космосе благодаря давлению света. В 1902 Аррениус начал исследования в области иммунохимии.
В 1903 Аррениусу была присуждена Нобелевская премия по химии «в знак признания особого значения теории электролитической диссоциации для развития химии».
После выхода в отставку в 1905 он был назначен директором Нобелевского института физической химии в Стокгольме и оставался на этом посту до конца жизни.
Работы: Современная теория состава электролитических растворов . СПб, 1890; Влияние космических условий на физиологические отправления . – Научн. обозр. № 2, 1900; Физика неба . Одесса, 1905; Теории химии . По лекциям, читанным в Калифорнийском университете в Беркли. СПб., 1907; Образование миров . Одесса, 1908; М., 1909; 2 изд. Одесса, 1912; Представление о мироздании на протяжении веков . М., .
Кирилл Зеленин
Открытия выдающегося ученого Сванте Аррениуса стали основой современной физической химии. С именем данного исследователя в первую очередь связывают теорию электролитической диссоциации, однако этот разносторонне развитый человек занимался и другими вопросами. Благодаря ему столица Швеции в конце XIX в. возродила свою славу крупного центра химической науки.
Детство и студенческие годы
Шведский ученый появился на свет 19 февраля 1859 г. в семье землемера возле старинного города Упсала. Через год у Густава Аррениуса и Каролины Тюнберг родилась также дочь Сигрид. Отец Сванте окончил университет в Упсале, а дядя мальчика был известным ботаником, чьи научные работы оказали большое влияние на сельское хозяйство Швеции. Густав Аррениус мечтал дать высшее образование и своему сыну. Поэтому в начале 1860-х гг., когда улучшилось финансовое положение семьи, он переехал с детьми в Упсалу.
Сванте очень рано начал читать, а в 6 лет уже стал помогать своему отцу делать казначейские расчеты. Через два года он поступил во 2 класс частной школы. Мальчика считали очень одаренным ребенком. Вскоре отец перевел его в гимназию, где он с большим интересом приступил к изучению математики и физики. В 17 лет С. Аррениус сдал выпускные экзамены и поступил в университет Упсалы, в стенах которого учился знаменитый химик Берцелиус. Из имевшихся в учебном заведении специальностей юноша выбрал физику.
Через 2 года Сванте Аррениус получил степень бакалавра, после чего в течение трех лет продолжал изучение естественных наук. В 1881 г. он получил университетский диплом. За годы учебы юноша в совершенстве овладел английским, немецким и французским языками, хорошо изучил математику и свободно ориентировался в современных проблемах химии и физики. Ему не терпелось приступить к самостоятельной научной работе, но в стенах альма-матер это было невозможно.
Научная деятельность
В 1881 г. С. Аррениус покинул свой родной город и отправился в столицу Швеции - Стокгольм. Там ему предложили работать в лаборатории Физического института наук под наставничеством профессора Эдлунда. Через год Аррениусу разрешили заняться самостоятельными исследованиями электропроводности растворов электролитов.
Через 3 года он защитил в университете Упсалы докторскую диссертацию по теме «Исследования гальванической проводимости электролитов». Однако его работа была встречена скептически, и ему отказали в должности доцента при этом учебном заведении, так как руководство не хотело компрометировать себя принятием автора «безумных идей». Путь к признанию в биографии Сванте Августа Аррениуса был долгим и тяжелым. Одним из противников его теории был и Д. И. Менделеев.
Несмотря на критику, он продолжил исследовательскую работу. С. Аррениус разослал копии своей диссертации нескольким именитым в то время ученым. От некоторых из них он получил очень хорошую оценку своей деятельности, а немецкий химик В. Оствальд пригласил его на работу в университет Риги. Благоприятные отзывы светил науки дали основание для получения стипендии от Шведской Академии наук, благодаря которой С. Аррениус отправился в заграничную командировку. Он смог поработать в лабораториях Вант-Гоффа, Кольрауша, Оствальда, Больцмана.
В 1887 г. им была окончательно сформулирована теория электролитической диссоциации. В 1891 г. Аррениус вернулся в Стокгольм и стал преподавателем физики в Королевском технологическом институте. Через 4 года он получил звание профессора в Стокгольмском университете, а с 1899 г. ученый стал ректором этого учебного заведения.
Преподавательская деятельность в биографии Сванте Аррениуса занимает важное место. Однако она отнимала много времени и сил, и в 1905 г. он отказался от должности ректора для того, чтобы полностью посвятить свою жизнь исследовательской работе. Благодаря протекции короля Швеции из Нобелевского фонда были выделены средства на строительство физико-химического института в Стокгольме, директором которого Аррениус оставался до конца своей жизни. Здесь же располагалась и его квартира с огромной библиотекой.
Личная жизнь
Со своей будущей женой, Софьей Рудбек, Сванте Август Аррениус познакомился, когда ему было 33 года. Она работала ассистенткой в Физическом институте и ежедневно помогала ученому. В 1894 г. молодая пара оформила брак, и у них появился сын, но через 2 года они расстались. Затем ученый женился на Марии Иоганссон. Его старший сын впоследствии стал специалистом в области сельскохозяйственной химии.
Как отмечают современники, С. Аррениус был любящим мужем, отцом и дедом. Его дом посещало множество друзей из разных стран. В свободное время он занимался чтением художественной литературы и играл на рояле.
Сванте Аррениус от природы был крепким, жизнерадостным и здоровым человеком. Но в результате постоянного переутомления у него произошло кровоизлияние в мозг в возрасте 66 лет. 2 октября 1927 г. ученый умер в Стокгольме от тяжелой болезни. Тело С. Аррениуса было погребено в Упсале.
Научные труды и публикации
Перу этого ученого принадлежат более 200 статей, книг и брошюр. Наиболее известными и значимыми из них являются:
«Теория химии»;
«Химия и современная жизнь»;
«Проблемы физической и космической химии»;
«Современная теория состава электролитических растворов»;
«Количественные законы в биологической химии» и другие.
На страницах своих трудов Сванте Аррениус старался возбудить интерес к химии среди широких народных масс, пропагандировал охрану природных ресурсов. Сохранилось и богатое эпистолярное наследие ученого, которое превышает тысячу писем. Они хранятся в библиотеке Шведской Академии наук.
Идея электролитической диссоциации
Теория Сванте Аррениуса была проста: вещества-электролиты при их растворении распадаются (или диссоциируют) на положительно или отрицательно заряженные ионы. Сейчас об этом знает каждый школьник, но в те времена в физике и химии господствовала атомистическая концепция. Утверждение С. Аррениуса было настолько прорывным, что многие ученые отказывались его признавать.
Согласно его исследованиям, при взаимодействии кислоты с щелочью главным продуктом химической реакции была вода, а не соль. Это также противоречило общепринятым представлениям. Сванте Аррениусу потребовалось более 10 лет, чтобы данные идеи были приняты научным сообществом.
Выводы ученого о том, что свойства кислот обусловлены ионами водорода, от которых зависит электропроводность растворов, оказали огромное влияние на дальнейшее развитие общих химических теорий и привлекли внимание исследователей к взаимосвязи электрических и химических явлений. С. Аррениус, наряду с Вант-Гоффом, заложил основы для развития химической кинетики.
Сванте Аррениуса, помимо разработок в химии, интересовали и другие области науки: природа шаровых молний, влияние солнечного излучения на атмосферу Земли, получение антитоксинов, объяснение ледниковых периодов, полярного сияния; изучение вулканической активности и эволюционной астрофизики, процессов пищеварения у животных.
Он высказал оригинальную идею переноса живых организмов с одной планеты на другую при помощи силы светового давления. В 1907 г. ученый опубликовал книгу «Иммунохимия», а его теория электролитической диссоциации заложила основы для изучения физиологических процессов на клеточном и молекулярном уровне.
Сванте Аррениус принимал участие в полярной экспедиции в 1896 г. Он был в числе тех, кто встречал легендарную шхуну «Фрам» под управлением Нансена. Корабль возвращался из трехлетнего плавания в арктических льдах.
По заданию шведского правительства он также занимался изучением вопроса о возможности технического использования водопадов для получения электроэнергии.
Награды и звания
С. Аррениус - первый шведский химик, который получил Нобелевскую премию. В 1901 г. он стал членом шведской академии наук. Спустя многие годы членство в академиях ему давали уже заочно в таких центрах мировой науки, как Амстердам, Лондон, Париж, Геттинген, Мадрид, Рим, Петроград, Брюссель, Вашингтон, Бостон и другие.
Сванте Аррениус стал почетным доктором следующих наук:
философии (Кембридж, Оксфорд, Лейпциг, Париж);
медицины (Гронинген, Гейдельберг).
Наряду с Д. И. Менделеевым, он был удостоен Фарадеевской медали от Британского химического общества, а также медалью Дэви от Лондонского королевского общества.
