Летопись важнейших открытий в естественных науках. Начало нобелевского века

Зябкина О.А., учитель химии МБОУ Митрофановской СОШ Летопись важнейших открытий в естественных науках. Начало нобелевского века Первое   нобелевское   торжество   состоялось   10   декабря   1901   г.   Шведский король вручил дипломы и золотые медали Вильгельму Рентгену, Якобу Вант­ Гоффу и Эмилю Берингу соответственно за работы в области физики, химии, а также физиологии и медицины. Далее будем говорить только о Нобелевских премиях по химии и физике. Отметим лишь, что Беринг был награжден за разработку способа активной иммунизации   против   дифтерии.   Кстати   говоря,   первые   русские   лауреаты Иван Петрович Павлов (1904) и Илья Ильич Мечников (1908) были отмечены за   исследования   соответственно   в   области   физиологии   пищеварения   и   за работы по иммунизации. Первым   отечественным   химиком,   удостоенным   премии,   стал   Николай Николаевич Семенов, разделивший ее с англичанином Сирилом Хиншелвудом (1956). По многим объективным причинам нобелевских лауреатов – химиков и физиков – в нашей стране очень мало. Кроме Семенова, премии по химии не удостоился   более   никто.   Что   касается   физиков,   то   назовем   лишь   имена П.А.Черенкова,   И.М.Франка,   И.Е.Тамма   (1958);   Л.Д.Ландау   (1962); Н.Г.Басова   и   А.М.Прохорова   (1964);   П.Л.Капицы   (1978)   и   Ж.И.Алферова (2000).   Большинство   из   этих   премий   были   присуждены   за   циклы   работ, осуществленные достаточно давно. Открытия немецкого физика Рентгена и нидерландского химика Вант­Гоффа относятся к числу весьма значимых в истории науки. Рентгену в 1895 г. исполнилось 50 лет. Принято считать, что привилегии на выдающиеся открытия принадлежат главным образом молодым ученым, еще не   утратившим   свежести   мышления.   Открытие   Рентгена   было   случайным. Вечером   8 ноября 1895 г. он заметил свечение листа бумаги, пропитанного платиносинеродистым   барием   –   сильно   фосфоресцирующим   веществом. Ученый   пришел   к   выводу,   что   оно   вызвано   новым   видом   лучей,   ранее неизвестных.   Оказалось,   лучи   обладают   колоссальной   проникающей способностью. Рентген стал детально изучать загадочное явление и в конце декабря опубликовал подробный отчет о своих работах. Сведения о Х­лучах (так   назвал   их   автор   открытия)   и   их   необычных   свойствах   моментально получили широчайшую известность. Так, в течение 1896 г. им было посвящено более 1000 публикаций – случай в истории науки беспрецедентный.Сам   Рентген   еще   около   двух   лет   продолжал   исследовать   свойства   лучей. Однако   он   не   мог   объяснить   их   происхождения,   равно   как   и   установить волновую природу лучей. Он не признавал существования электронов. А ведь именно   их   торможение   в   веществе   порождает   электромагнитные   волны   с более короткой длиной, чем у ультрафиолетового света. Различают два вида рентгеновского  излучения:   тормозное   и   характеристическое.   Последнее   называется   так потому,   что   характерно   для   материала   анода, подвергающегося бомбардировке пучком электронов. В последующие годы нобелевскими лауреатами стали многие ученые, занимавшиеся изучением Х­лучей.   которые   Первый из них (1914) – немецкий физик Макс фон Лауэ,   открывший   дифракцию   рентгеновских   лучей, что   доказало   их   волновую   природу.   Через   год лауреатами были провозглашены английские ученые – отец   и   сын   Уильям   Генри   Брэгг   и   Уильям   Лоренс Брэгг, основы рентгеноструктурного   анализа.   Их   соотечественник Чарлз   Баркла   получил   премию   (1917)   за   открытие (1906)   характеристических   рентгеновских   лучей.   Изучая   их   спектры, английский   ученый   Генри   Мозли   доказал:   порядковый   номер   элемента   в периодической   системе   численно   равен   заряду   ядра   его   атома.   Но удостоиться   высшей   научной   награды   Мозли   не   довелось:   он   трагически погиб на войне. заложили   Закономерности рентгеновских спектров помогли датскому физику Нильсу Бору разработать теорию периодической системы (1922). Список продолжил шведский исследователь Карл Сигбан (1924), внесший существенный вклад в изучение   этих   спектров.   В   1936   г.   премию   присудили   профессору Берлинского  университета  физику  Петеру  Дебаю,  в частности  за  изучение дифракции рентгеновских лучей в газах. Спустя 10 лет американский биолог Герман   Мёллер,   обнаруживший   возникновение   мутаций   под   действием рентгеновских лучей, заслужил премию по физиологии и медицине. В   1964   г.   нобелевским   лауреатом   по   химии   стала   женщина   –   английский химик   и   биохимик   Дороти   Кроуфут­Ходжкин:   методом рентгеноструктурного   анализа   она   определила   строение   белков   и   ряда биологически   активных   соединений.   Наконец,   Кай   Сигбан   (сын   Карла Сигбана)   в   1981   г.   удостоился   премии   по   физике   за   разработку   метода электронной   спектрометрии,   широко   применяемого   в   химических исследованиях.Открытие Рентгена сыграло существеннейшую роль в создании современных представлений   о   строении   и   свойствах   вещества.   И   недаром   его   образно называли «человеком, который просветил мир». Вант­Гофф (родился в 1852 г.) был немногим моложе Рентгена. Премия по химии была присуждена нидерландскому физикохимику «за открытие законов химической  динамики  и  осмотического   давления  в  растворах», что  звучит менее лаконично, чем формулировка премии Рентгену: «За открытие лучей, которые носят его имя». И все же у историка вызывает некоторую досаду, что в формулировке премии Вант­Гоффу   не   были   отмечены   те   его   заслуги,   которые   распахнули   перед химией   совершенно   новые   горизонты.   А   именно,   ученый   придал   химии «третье измерение». Написание химических формул органических соединений на плоскости теперь было дополнено их пространственными изображениями. Идея   Вант­Гоффа   (она   стала   достоянием   гласности   в   1878  г.)   состояла   в следующем: в молекулах органических соединений, содержащих один атом углерода,   он   расположен   в   центре   правильного   тетраэдра.   Четыре   его химических сродства направлены к углам тетраэдра. Если углеродный атом связан с четырьмя различными атомами или группами из разных атомов, то он становится   асимметричным,   а   соответствующее   соединение   –   оптически активным,   т.   е.   приобретает   способность   вращать плоскость   поляризации.   Тем   самым   получала объяснение причина оптической изомерии. Так   начала   свое   победное   шествие   стереохимия. Вскоре   стало   ясно,   что   стереоизомерия распространена и среди неорганических соединений. Созданная   в   1890­х   гг.   швейцарцем   Альфредом Вернером   (нобелевский   лауреат   по   химии,   1913   г.) координационная   теория   во   многом   обязана стереохимическим   постулатам.   В   середине   ХХ   в. возник   конформационный   анализ   –   важнейшее направление современной стереохимии. И   все   же   Нобелевскую   премию   по   химии   Вант­Гоффу   присудили   не   за создание стереохимического учения. Его открытия, за которые он получил награду,   Они   существенно способствовали окончательному формированию физической химии. Но ведь в те   годы   немало   химиков   первого   ранга   развивали   этот   важнейший   раздел химической науки.   были   фундаментальными.   бесспорно,В книге «Этюды о химической динамике» (1884) ученый детально рассмотрел природу и механизм химических процессов; впервые широко использовал для расчетов принципы термодинамики и математические методы. Еще   в   середине   XVIII   в.   стало   известно   явление,   получившее   название «осмотическое   давление»,   или,   короче,   «осмос».   Оно   заключается   в самопроизвольном   переходе   вещества   через   полупроницаемую   мембрану, разделяющую два раствора различной концентрации или чистый растворитель и раствор. Величина разности давлений, при которой переход прекращается, и есть осмотическое давление. Оно играет огромную роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов. В 1886 г. Вант­Гофф публикует работу «Химическое равновесие в системах газов и разбавленных растворов», в ней он, в частности, писал: «Я установил для   разбавленных   растворов   законы,   аналогичные   законам   Бойля   и   Гей­ Люссака… Если сравнить вещество в газообразном состоянии с состоянием его   в   растворах,   то   нельзя   заметить   никакого   сходства.   Но   дело   примет совершенно   иной   оборот,   если   мы   представим   растворенное   тело   как   бы заключенным   в   сосуд   с   полупроницаемыми   стенками,   погруженный   в растворитель.   В   этом   случае   раствор   давит   на   стенку   и,   таким   образом, приобретает характерную особенность газового состояния. А именно: сила осмоса заставляет растворитель входить в сосуд. Если последний наполнен растворителем и замкнут, то производит на внутреннюю стенку осмотическое давление». При   большом   разрежении   можно   пренебречь   объемом   и   взаимодействием частиц.   Следовательно,   рассуждал   Вант­Гофф,   к   осмотическому   давлению можно применить основные газовые законы. По закону Бойля осмотическое давление   должно   быть   пропорционально   концентрации   при   постоянной температуре.  По   закону   Гей­Люссака   осмотическое   давление   должно   быть пропорционально температуре, если концентрация остается постоянной. Все   это   означало:   существует   аналогия   между   закономерностями, управляющими   поведением   газов   и   разбавленных   растворов.   Это   была поистине гениальная мысль, потому она и привлекла внимание Нобелевского комитета по химии. Вант­Гофф подвел под эту аналогию прочный фундамент математических   уравнений.   В   частности,   он   установил   зависимость   между осмотическим   давлением   растворов   и   давлением   их   паров,   температурами замерзания   и   кипения,   а   также   предложил   новый   метод   определения молекулярных весов соединений. Но могут ли потомки с абсолютной убежденностью утверждать, что именно Рентген   и   Вант­Гофф   действительно   оказались   теми   творцами   науки,которым, бесспорно, суждено было «запустить стрелки» нобелевских часов? Вряд ли допустима мысль оспаривать приоритет немецкого физика: эффект, произведенный его открытием, и огромный практический интерес, вызванный им,   имели   революционный   характер.   Да,   рядом   стояли   открытия   явления радиоактивности (1896) и электрона (1897), но еще требовалось время, чтобы значимость   их   стала   непреложной.   По   существу,   у   Рентгена   не   оказалось конкурентов, и едва ли членам Нобелевского комитета стоило производить поиски среди более ранних работ. Куда   обширнее   был   выбор   у   химиков,   в   особенности   когда   «временные ограничения»   завещания   подверглись   решительной   корректировке.   Работы, принесшие нобелевскую славу Вант­Гоффу, относятся к концу 1870­х – 1880­ м   гг.   Но   ведь   среди   «грандов»   химии   последних   десятилетий   XIX   в. фигурировали   имена   Д.И.Менделеева   (ведь   его   учение   о   периодичности получило всеобщее признание в конце 1880­х гг.), американца Джозайя Гиббса – создателя химической термодинамики и статистической механики, короля органического синтеза Марселена Бертло… Этот перечень можно без особого труда продолжать. Средний возраст нобелевских лауреатов составляет около 39 лет (физики – 36,   химики   –   39).   Самым   молодым   лауреатом   был   Уильям   Лоренс   Брэгг (премия по физике, 1915 г.) – 25 лет. Дважды   удостаивалась   премий   Мария   Склодовская­Кюри   (1903   г.   –   по физике, 1911 г. – по химии), Джон Бардин (1956 г. и 1972 г. – по физике), Лайнус Полинг (1954 г. – по химии; 1962 г. – премия мира). Среди женщин кроме М.Склодовской­Кюри лауреатами были Мария Гёпперт­ Майер   (1963   г.   –   по   физике),   Дороти   Кроуфорд­Ходжкин   (1964   г.   –   по химии), Барбара Мак­Клинток (1983 г. – по физиологии и медицине). В 2001 г. Нобелевские премии получили ученые: по химии – Рёдзи Ноёри (Япония)   и   Уильям   С.   Ноулз,   К.   Барри   Шарплесс   (США)   «за   работы   по хирально­каталитическим реакциям гидрирования и окисления»; по физике – Эрик   Корнелл,   Вольфганг   Кеттерле   (США)   и   Карл   Виман   (Германия)   «за работы по исследованию конденсата Бозе–Эйнштейна».