Лауреат Нобелевской премии Николай Николаевич Семенов

Органическая химия имеет большое теоретическое значение: она соприкасается с философскими проблемами природы органической материи и сути жизни. Методы органической химии дают возможность исследовать тонкое строение тех соединений, которые составляют живой организм и его функции. Широко изучается строение и синтез сложных природных соединений: алкалоидов, ферментов, белков, нуклеиновых кислот. С помощью органического синтеза получают разнообразные органические вещества: искусственные волокна, синтетический каучук, красители, пластические массы, синтетические витамины, гормоны, антибиотики, синтетическое горючее и многое другое. Ни одна отрасль народного хозяйства не обходиться без органической химии. Поэтому при изучении основных тем органической химии необходимо вспомнить имена следующих Нобелевских лауреатов, которые занимались не только изучением органических веществ, но и внесли свой вклад в искусство органического синтеза.

СЕМЁНОВ, НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ (1896 – 1986) Россия

Сирил Норман Хиншелвуд (1901 - 1967) (Великобритания)

Нобелевская премия по химии, 1956 г

«За исследования в области механизма химических реакций».

Представление о том, что химическая реакция протекает во времени, возникло ещё у первых химиков, сознательно наблюдавших химические явления. Сосредоточив своё внимание на конечном этапе реакции, они рассматривали время как фактор, необходимый для для превращения исходных веществ в конечный продукт. Меняя условия проведения реакций можно было заметить, чтоскорость реакции меняется. Однако путь от этих качественных представлений до научной формулировки скорости химической реакции оказался долог. Решающую роль в развитии химической кинетики приобрело рассмотрение химических превращений на основе химической физики – физики химических процессов. Исследования советских учёных в области химической кинетики и катализа занимают ведущее место в мировой науке. Современная теория цепных реакций была разработана и экспериментально обоснована в работах Н.Н. Семенова и его школой. Исследования в области цепных реакций, горения и взрывов во всей мировой науке прочно связана с именем этого учёного. Одно из главных направлений деятельности Н.Н. Семенова и его коллег – изучение процессов теплового взрыва, распостранения пламени, быстрого горения и детонации. В результате этих работ были созданы современная теория горения газов и конденсированных взрывчатых веществ, теория одного из важнейших явлений в области горения – явления детонации и дан способ расчёта её скорости. Учащиеся впервые знакомятся с явлением цепных реакций при изучении химических свойств метана. Характерной чертой в научном творчестве Н.Н. Семёнова всегда было стремление увязать научные исследования с запросами практики. Трудно переоценить его вклад в постановку и развитие работ по изучению кинетики и механизма тех реакций, в результате которых получаются продукты, важные для народного хозяйства.

Николай Николаевич Семёнов

Николай Николаевич Семёнов родился в Саратове 3 апреля 1896 года. После окончания в 1913 г. средней школы в Самаре, он поступил на физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета. С 1914 года начал заниматься научной работой под руководством известного русского физика Абрама Иоффе и проявил себя активным студентом. Окончив университет в 1917 г. Семёнов работал с 1917 по 1920 годы ассистентом на физическом факультете Томского университета в Сибири. А в 1920 г. по приглашению Иоффе Семёнов вернулся в Петроград, став руководителем лаборатории, а с 1921года ещё и заместителем директора Петроградского физико-технического института. 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. Первые работы Семёнова посвящены ионизации атомов и молекул, процессам конденсации и адсорбции, электричеству и электротехнике. 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, который прославивился своими работами в области квантовой физики, разработали теорию теплового пробоя диэлектриков. Это 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. 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. Немецкий химик Макс Боденштейн впервые предположил возможность таких реакций еще в 1913 г., но теории, объясняющей стадии цепной реакции и показывающей ее скорость, не существовало. В 1928 году Семёнов сформулировал теорию цепных химических реакций. Ключом 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. Этот 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. 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 годы Семёнов и другие ученые, которые признали его теорию, продолжали работать над прояснением деталей теории цепной реакции, анализируя относительные опытные данные, многие из которых были собраны его студентами и сотрудниками. 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. Идеи Семёнова нашли применение в науке о реакциях полимеризации и в промышленном производстве полимеров, при исследовании металлокомплексного катализа, в изучении поцессов в биологических системах.

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».

В 1944 г. Семёнов был назначен профессором МГУ, где он продолжал трудиться и публиковать свои работы по различным проблемам вплоть до 80-х гг. 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 был удостоен многими наградами: за работу по созданию теории цепных реакций в 1941 г. он был награждён советской правительственной наградой – 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.