13 знаменитых химиков и их вклад в развитие науки

Большинство людей думают о химии только в контексте лабораторных экспериментов, токсичных соединений или пищевых добавок. Однако эта область гораздо шире - все, что вы видите, слышите, обоняете, осязаете и пробуете на вкус, связано с различными типами химических веществ.

Химия стремится не только расшифровать характеристики вещества (например, массу и составные части соединения), но и понять, почему и как вещество претерпевает специфические изменения при определенных условиях. Например, почему некоторые жидкости замерзают, если их оставить в очень холодной среде, почему некоторые материалы меняют цвет и размеры, если на них попадает слишком много солнечного света, или почему элементы реагируют с другими элементами, образуя различные химические соединения.

Проще говоря, химия может помочь нам понять устройство нашей Вселенной. Ниже мы перечислили самых известных химиков, чей вклад произвел революцию в мире.

13. Марио Молина (1943 - 2020)

Известен: обнаружением того, что хлорфторуглероды могут разрушить озоновый слой Земли.
Высшие награды: Нобелевская премия по химии (1995 г.), Президентская медаль свободы (2013 г.).

Марио Молина сыграл ключевую роль в открытии разрушения озонового слоя. В 1973 году он присоединился к лаборатории профессора Фрэнка Шервуда Роуленда в качестве постдокторанта. Здесь он сосредоточился на химии "горячих атомов", которая включала изучение химических свойств атомов, обладающих очень высокой энергией преобразования вследствие радиоактивных процессов.

Они провели многочисленные эксперименты с атмосферными загрязнителями и обнаружили, что хлорфторуглеродные (ХФУ) газы являются одной из основных причин разрушения озонового слоя. Когда эти газы поднимаются в стратосферу, ультрафиолетовые лучи расщепляют их на составляющие элементы: Хлор, Фтор и Углерод.

Затем каждый атом хлора разрушает до 100 000 молекул озона, после чего становится неактивным. Они могут оставаться в атмосфере до 150 лет, истощая озоновый слой.

Молина был удостоен Нобелевской премии по химии 1995 года совместно с химиками Шервудом Роулендом и Паулем Крутценом за их работу по разрушению озонового слоя. Их открытия привели к тому, что в конце XIX века возникло международное движение за ограничение широкого распространения фреоновых газов.

Благодаря таким ограничениям в национальном масштабе, уровень озона начал стабилизироваться к концу 1990-х годов и начал восстанавливаться в середине 2000-х годов. По данным НАСА, озоновая дыра достигнет уровня до 1980 года к 2075 году.

12. Алессандро Вольта (1745 - 1827)

Известен: обнаружением метана и изобретением гальванической батареи.
Высшая награда: медаль Копли (1794 г.).

Алессандро Вольта известен своими новаторскими работами в области электричества и энергетики. В его честь названа единица измерения электрического потенциала (Вольт) в системе СИ. Хотя большую часть своей карьеры он был профессором физики, он также провел необычные исследования в области химии.

В конце 1770-х годов он изучил химию газов и открыл метан, простейший углеводород, содержащий один атом углерода и четыре атома водорода.

В 1799 году Вольта изобрел первую электрическую батарею (названную гальванической батареей), которая могла непрерывно обеспечивать электрический ток. С помощью этой батареи он доказал, что электричество можно производить химическим путем, и опроверг популярную в то время теорию о том, что электричество создается исключительно живыми существами.

Его исследования вдохновили других ученых на проведение аналогичных опытов, что в конечном итоге привело к развитию новой отрасли физической химии - электрохимии.

11. Гарольд Клейтон Юри (1893 - 1981)

Известен: открытие тяжелой формы водорода под названием дейтерий.
Высшие награды: Нобелевская премия по химии (1934 г.), медаль Пристли (1973 г.).

После получения степени доктора философии в 1923 году Гарольд Юри начал работать над разделением изотопов. Его интересовало, есть ли у водорода (самого маленького атома) различные изотопы. Чтобы найти ответ, он разработал метод разделения более редких изотопов водорода, углерода, кислорода, азота и серы, сделав их легкодоступными для лабораторных исследований.

В 1932 году он успешно выделил изотоп водорода путем перегонки жидкого водорода. Этот изотоп был назван дейтерием, и он был в два раза тяжелее обычного водорода. Юри показал, что вода, содержащая дейтерий (тяжелая вода), обладает иными свойствами, чем обычная вода.

В конце 1950-х годов Юри заинтересовался космической наукой. Когда "Аполлон" привез образцы с Луны, он проанализировал их в Лунной приемной лаборатории.

10. Уильям Фрэнсис Джиок (1895 - 1982)

Известен: Изучение веществ при температурах, близких к абсолютному нулю
Наивысшие награды: Нобелевская премия по химии (1949), медаль Эллиотта Крессона (1937)

Он провел множество экспериментов и к 1933 году успешно получил температуру 0,25 Кельвина (-272,9 °C). Этими экспериментами он также подтвердил третий закон термодинамики, который гласит, что энтропия системы приближается к постоянному значению по мере приближения температуры к 0 Кельвинов. За эту работу Уильям Фрэнсис Джиок был удостоен Нобелевской премии по химии 1949 года.

Исследования Джиока не ограничивались температурами около абсолютного нуля или магнитными системами. На начальных этапах своей карьеры он анализировал теплоемкости и теплоты перехода галогеновых кислот от низких температур к более высоким. Он точно обнаружил аномалии в теплоемкости и определил случайные молекулярные ориентации для молекулы угарного газа.

Его открытия привели к усовершенствованию производства таких веществ, как сталь, стекло, резина и бензин. И его достижение надолго останется в учебниках.

9. Уиллард Франк Либби (1908 - 1880)

Известен: Разработкой радиоуглеродного датирования.
Высшие награды: Нобелевская премия по химии (1960), премия Альберта Эйнштейна (1959).

Уиллард Либби был специалистом в области радиохимии. После Второй мировой войны он разработал метод датирования органических соединений с помощью углерода-14.

Углерод является основным компонентом всех живых существ на Земле. Существует два изотопа: углерод-12 (стабильный) и углерод-14 (радиоактивный). Либби разработал методику, которая использует содержание углерода-14 для определения возраста окаменелостей и археологических реликвий. За эту работу он получил Нобелевскую премию по химии в 1960 году.

Либби также обнаружил, что тритий (водород-3, редкий и радиоактивный изотоп водорода) можно использовать таким же образом для датирования воды. Сейчас этот метод широко используется для определения возраста вина.

8. Дмитрий Менделеев (1834 - 1907)

Известен: Разработкой периодической таблицы химических элементов.
Высшие награды: медаль Дэви (1882 г.) и премия Фарадея за лекции (1889 г.).

Хотя ученые начали открывать элементы в начале 1700-х годов, не было единого словаря для обозначения различных веществ. К 1863 году было известно 56 элементов, причем каждый год определялся один элемент.

В 1869 году химик Дмитрий Менделеев выступил с официальным докладом в Русском химическом обществе, описав элементы на основе их атомного веса и валентности. Проще говоря, он представил табличную схему известных элементов, которая позже стала известна как периодическая таблица Менделеева.

Уникальность таблицы Менделеева заключалась в том, что он выделил места для элементов, которые еще не были открыты. Он уже предсказал атомные массы и химические характеристики этих недостающих элементов.

7. Йёнс Якоб Берцелиус (1779-1848)

Известен: Определение атомных весов элементов и разработка классических аналитических методов.
Высшая награда: Медаль Копли (1836)

Йёнс Якоб Берцелиус был строгим эмпириком и методичным экспериментатором, который провел новаторские исследования в области электрохимии. Он создал закон постоянных пропорций, который гласит, что элементы в неорганических соединениях связаны между собой в определенных пропорциях по весу.

В 1819 году он сообщил атомные веса 45 элементов (в то время было известно только 49 элементов). Ему также приписывают открытие элементов кремния, титана, селена, тория, церия и циркония.

Берцелиус начал свою карьеру как врач, но его выдающийся вклад был сделан в области химической связи, электрохимии и стехиометрии. Он разработал передовые методы химического анализа и изучал аллотропию, изомерию и катализ - явления, которые обязаны ему своим названием.

Берцелиус был первым химиком, который провел различие между органическими и неорганическими соединениями. Он также объяснил электрохимический дуализм органических соединений, встречающихся в природе минералов и необычных неорганических соединений, включая хлориды серы.

Согласно Берцелиусу, все химические вещества, как природные, так и синтезированные, могут быть качественно определены путем идентификации их электрически противоположных составляющих (основных и кислотных, или электроположительных и электроотрицательных).

Берцелиус ввел в лабораторию аналитической химии фильтровальную бумагу и резиновые трубки. Он не проводил много времени в лаборатории. Вместо этого большую часть времени он тратил на дискредитацию новых теорий и идей.

6. Эрнест Резерфорд (1871 - 1937)

Известен: обнаружением альфа- и бета-радиоактивности
Высшие награды: Нобелевская премия по химии (1908 г.), премия Фарадея за лекции (1936 г.).

Ранние работы Эрнеста Резерфорда были посвящены магнитным свойствам железа при высокочастотных колебаниях. Он был первым ученым, который разработал высокоэффективные эксперименты с высокочастотными переменными токами. В 1896 году он написал работу, в которой описал прибор для измерения времени, способный измерять временные интервалы в стотысячные доли секунды.

Несколько лет спустя он начал работать в Кавендишской лаборатории под руководством профессора Джозефа Джона Томсона, где изобрел прибор (с использованием небольших пучков намагниченной железной проволоки) для обнаружения электромагнитных волн.

Его последующие исследования были посвящены поведению ионов в газах, обработанных рентгеновскими лучами. Он также изучал, как изменяется подвижность ионов при изменении электрического поля.

В конце 19 века он открыл понятие радиоактивного периода полураспада и сообщил о существовании альфа- и бета-лучей в излучении урана, описав некоторые их характеристики. За эту работу он получил Нобелевскую премию по химии в 1908 году.

В 1911 году Резерфорд выдвинул теорию о том, что атомы содержат заряд, сосредоточенный в крошечном ядре. Однако он не мог доказать, является ли этот заряд положительным или отрицательным.

В 1917 году он провел эксперименты по вызыванию искусственных ядерных реакций, бомбардируя ядра азота альфа-частицами. В этих реакциях он обнаружил испускание субатомной частицы - протона.

Работая с Нильсом Бором в 1921 году, Резерфорд предположил, что атомы содержат нейтроны. Эти нейтроны создают притягательную ядерную силу, которая компенсирует отталкивающее действие протонов. Эта теория была доказана в 1932 году соратником Резерфорда Джеймсом Чедвиком.

5. Розалинд Франклин (1920 - 1958)

Известена: обнаружением двойной спиральной структуры ДНК и тонкой структуры угля и графита.
Альма-матер: Кембриджский университет (доктор философии).

Розалинд Франклин родилась в богатой и влиятельной британской еврейской семье и с раннего детства проявляла исключительный интеллект. В юном возрасте она хотела стать ученым.

В 1945 году она получила степень доктора философии за "физическую химию твердых органических коллоидов с особым упором на уголь". Через год она была назначена в Центральную государственную химическую лабораторию в Париже, где изучила методы кристаллографии и рентгеновской дифракции.

Франклин применила эти методы для получения ключевых знаний о структуре ДНК и РНК. Она также применила их к углям и другим углеродистым соединениям, чтобы узнать, какие изменения происходят в расположении атомов при превращении этих соединений в графит.

Франклин опубликовала множество статей об этой работе, которые в конечном итоге стали важной частью мейнстрима химии и физики углерода и угля. Она также ввела термины графитирующий и неграфитирующий углерод - две категории углерода, образующегося при пиролизе органических материалов.

Если ее вклад в развитие угля и графита был оценен при жизни, то ее роль в открытии структуры ДНК осталась непризнанной при жизни.

По мнению молекулярного биолога Джеймса Уотсона, который предложил структуру двойной спирали молекулы ДНК, Франклин в идеале должна была бы получить Нобелевскую премию по химии. Некоторые ученые называют Франклин "темной леди ДНК", "забытой героиней" и "обиженной героиней".

4. Альфред Нобель (1833 - 1896)

Известен: изобрел динамит и оставил свое состояние институту Нобелевской премии.
Высшая награда: памятник Нобелю.
С детства Альфред Нобель увлекался английской литературой, физикой и химией. В возрасте 18 лет он отправился за границу для дальнейшего обучения химической инженерии. Он работал в частной лаборатории Теофиля-Жюля Пелуза. Там он узнал о взрывчатой жидкости под названием нитроглицерин.

Нитроглицерин был создан путем смешивания глицерина с азотной и серной кислотой. Это было очень опасно для любого практического применения. В 1863 году Нобель сосредоточился на производстве нитроглицерина в качестве взрывчатого вещества.

Он экспериментировал с различными химическими веществами и в конце концов обнаружил, что нитроглицерин и кизельгур вместе образуют уникальную пасту, которую можно легко сформировать в стержни. Это было безопаснее и удобнее в обращении.

В 1867 году Нобель запатентовал эту смесь как "динамит". Он также изобрел взрывной колпачок (детонатор), который можно было поджечь с помощью фитиля.

Он внес заметный вклад в развитие взрывных технологий (таких как гелигнит и баллистит) и различных химических изобретений, включая такие материалы, как искусственный шелк и синтетический каучук. К 1896 году у него было 355 патентов.

Когда Альфред умер, он завещал свое состояние (31 225 000 шведских крон) институту Нобелевской премии. Эти деньги должны были быть использованы для присуждения Нобелевских премий по химии, физике, литературе, миру, физиологии или медицине. Премии рассматриваются как продолжение интересов Альфреда Нобеля.

3. Дороти Ходжкин (1910 - 1994)

Известена: разработкой рентгеновской кристаллографии и определением структуры инсулина.
Высшая награда: Нобелевская премия по химии (1964 г.), Золотая медаль им. М. В. Ломоносова (1982 г.).

Щедрая, скромная и трудолюбивая Дороти Ходжкин на протяжении всей своей 50-летней карьеры десятилетиями занималась развитием метода рентгеновской кристаллографии для определения атомной и молекулярной структуры кристаллов.

Во время работы над докторской диссертацией, в Ньюнхемском колледже она познакомилась с методами рентгеновской кристаллографии для определения структуры белков. Она работала под руководством Джона Десмонда Бернала. В 1937 году она получила степень доктора философии за кристаллографическое исследование кристаллов стероидов. С этого момента расшифровка структуры биологически важных соединений стала делом ее жизни.

В 1945 году Ходжкин опубликовала первую трехмерную структуру стероида, холестерилйодида. В том же году она раскрыла структуру пенициллина, показав (вопреки тогдашнему научному мнению), что он состоит из β-лактамного кольца.

В 1948 году Ходжкин изучала витамин В12 и поняла, что его структуру можно определить с помощью метода рентгеновской кристаллографии. Она потратила годы, работая над изображениями дифракции рентгеновских лучей, обширными вычислениями и точным анализом.

К 1955 году она успешно определила сложную структуру витамина В12. За эту работу Ходжкин была удостоена Нобелевской премии по химии 1964 года.

2. Лайнус Полинг (1901 – 1994)

Известен: Описание природы химической связи.
Высшие награды: Нобелевская премия по химии (1954 г.), Национальная медаль науки (1974 г.).

Лайнус Полинг, несомненно, был одним из величайших ученых 20-го века. Он был харизматичным оратором, который мог сделать самые сложные теории интересными даже для тех, кто ничего не знал о передовой науке.

В возрасте 20 лет он начал публиковать в научных журналах работы о химической связи. К 28 годам он опубликовал пять правил, описывающих кристаллические структуры ионных соединений. Эти правила касаются

Электростатическая прочность связи

1. Кристаллы с разными катионами
2. Отношение радиуса катиона к радиусу аниона
3. Правило экономии
4. Совместное использование граней, граней и углов многогранника

В возрасте 37 лет Полинг завершил работу над своим знаменитым учебником "Природа химической связи и строение молекул и кристаллов", за который он получил Нобелевскую премию по химии 1954 года. Он считается самой влиятельной книгой по химии 20-го века. За три десятилетия книга была процитирована более 16 100 раз.

Полинг также изучал сложные структуры биологических молекул и описал жизненно важную роль альфа-спирали и бета-слоя во вторичной структуре белков. Его подход объединил методы и результаты квантовой химии, молекулярной модели, квантовой химии и рентгеновской кристаллографии.

За всю свою карьеру Полинг опубликовал более 1200 книг и статей, из которых около 840 касались научных тем.

Кроме того, Полинг был удостоен в 1962 году Нобелевской премии мира за то, что выступал против любых военных действий как средства решения международных конфликтов. Он является единственным человеком, удостоенным двух не разделенных Нобелевских премий в разных областях.

1. Мария Склодовская-Кюри (1867-1934)

Известна благодаря: Открыла полоний и радий, выделив радиоактивные изотопы.
Высшие награды: Нобелевская премия по физике (1903 г.) и химии (1911 г.).

Мария Кюри получила общее образование в местных школах и некоторое научное образование от своего отца. Ее ранние эксперименты вместе с мужем, Пьером Кюри, проводились в плохо оборудованной лаборатории и в сложных условиях. Помимо проведения исследований, им приходилось обучать студентов, чтобы заработать на жизнь.

В конце XIX века Мария Кюри изобрела технику выделения радия из радиоактивных остатков в достаточных количествах. Это позволило ей детально изучить терапевтические свойства этого элемента.

Ее работа упоминалась во многих научных журналах, и она получила множество почетных научных и юридических степеней, а также почетное членство в учреждениях по всему миру.

В 1903 году Мария Кюри и ее муж были удостоены Нобелевской премии по физике за разработку теории "радиоактивности" - термина, который она придумала. В 1911 году она была удостоена Нобелевской премии по химии за открытие двух радиоактивных элементов: полония и радия.

Мария Кюри стала первой женщиной, получившей Нобелевскую премию, и единственной женщиной, получившей премию в двух разных областях. Она не запатентовала свое открытие и получила незначительную выгоду от зарождающегося бизнеса по разработке радия.

Во время Первой мировой войны Кюри разработала технологию для мобильных рентгеновских аппаратов, которые можно было использовать для диагностики ранений на фронте. Эти аппараты, известные как Petits Curies, похожи на те, что используются сегодня в аппаратах для рентгеноскопии, которые позволяют врачам анализировать движущиеся изображения в организме, например, движения при глотании или насосную функцию сердца.

В целом, вклад Марии Кюри в науку был огромен. Помимо необычных исследований, она оказала большое влияние на последующие поколения химиков и физиков-ядерщиков.

Часто задаваемые вопросы

Чем занимаются химики ежедневно?

Все виды деятельности химиков можно сгруппировать в пять категорий.

1. Анализ химических и физических свойств веществ
2. Изучение соединений для определения состава, структуры и реакций
3. Создание или синтез новых веществ
4. Разработка моделей для проверки предсказательной силы теорий
5. Оценка процедур безопасности в лаборатории и обеспечение соответствия стандартам.

Кто является отцом химии?

Антуан Лавуазье считается отцом современной химии. Он сыграл важную роль в создании метрической системы, написал первый полный список элементов и реформировал химическую номенклатуру.

Лавуазье открыл (и назвал) кислород и водород и теоретически доказал существование кремния. Он также описал роль кислорода в горении и открыл, что материя может менять свою форму, но ее масса всегда остается неизменной.