Вильгельм Фридрих Оствальд. Жизнь и творчество

Министерство образования  и науки РФ 
Государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского»

 

 

Кафедра высокомолекулярных соединений и коллоидной химии

 

 

Доклад по теме:

«Вильгельм Фридрих Оствальд. Жизнь и творчество»

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                                                                        

 

                                                              

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород 
2013 год.

 

 

Содержание.

 

 

Аннотация к докладу..............................................................................................4

Биография................................................................................................................5

Интересы науки,запросы практики.......................................................................6

Основные научные открытия, этапы научной деятельности..............................7

Роль и влияние открытий ученого на развитие химии и техники....................12

Список литературы................................................................................................13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация.

 

 

   В данном докладе представлена информация о жизни и научной деятельности  известного немецкого физикохимика, лауреата Нобелевской премии, профессора Рижского политехнического училища (1882—1887), Лейпцигского университета (1887—1906), члена-корреспондента Петербургской АН (1895), Вильгельма Фридриха Оствальда. 
   Также представлены основные научные достижения и открытия ученого, их роль и влияние на развитие науки и техники.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биография.

 

 

   Немецкий химик Фридрих Вильгельм Оствальд родился в Риге (Латвия) 2 сентября 1853 г. Он был вторым сыном Готфрида Оствальда, искусного бондаря, и Элизабет (Лойкель) Оствальд. Занимаясь в рижской реальной гимназии, Оствальд проявил себя хорошим учеником с необычайно широким диапазоном интересов. Он увлекался физикой, химией, литературой и рисованием, а также играл на альте и фортепьяно. Несмотря на то, что отец посоветовал ему изучать инженерное дело, Оствальд увлекся химией и в 1872 г. стал студентом химического факультета Дерптского (ныне Тартуского) университета. Четыре года спустя он получил степень бакалавра и остался в Дерпте в аспирантуре, занимая одновременно должность приват-доцента (внештатного преподавателя).  
   «На одном из многочисленных музыкальных вечеров, на которых Оствальд неизменно присутствовал как музыкант оркестра, он заметил новую посетительницу, – рассказывает К. Манолов. Нелли, дочь статского советника Карла фон Рейера из Риги, страстно любила музыку. В Дерпте она гостила у своего дяди Густава фон Рейера – известного врача. В тот же вечер Оствальд был представлен Нелли.» 
   В 1880 г. Оствальд женился на Нелли фон Рейер. У них было две дочери и три сына, один из которых, Вильгельм Вольфганг Оствальд, стал выдающимся ученым в области коллоидной химии. 
   Оствальд умер в возрасте 78 лет в своем доме неподалеку от Лейпцига 4 апреля 1932 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интересы  науки, запросы практики.

 

 

   В 70-е гг. XIX в. немецкие химики активно проводили исследования структур, свойств и синтеза молекул органических веществ. Интересы Оствальда лежали в забытой тогда физической химии. В этой области химическая активность анализируется путем определения изменений, происходящих в таких физических свойствах реагирующих веществ, как объем, показатель преломления, вязкость, цвет и электропроводность. Положения магистерской работы Оствальда в Дерптском университете касались изменений объема, которые происходят во время нейтрализации кислот основаниями в разбавленных растворах.

   Оствальд был одним из крупнейших организаторов науки своего времени. Он стал приемником Густава Генриха Видеманна (1826-1899) по возглавляемой последним с 1871 по 1887 кафедре физической химии при Лейпцигском университете. В его лаборатории студенты и ученые-химики из разных стран изучали новую науку – физическую химию, многие из них получили впоследствии мировое признание. Среди них – Аррениус, Нернст, Рамзай, Габер. Оствальд основал при том же университете первый в мире Физико-химический институт; стоял у истоков Германского электрохимического общества. В 1887 году Оствальд вместе с Я. Вант-Гоффом основал «Журнал физической химии». С 1889 года он начал издание серии «Классики точных наук» (Ostwald’s Klassiker der exakten Wissenschaften) из нескольких сотен небольших книг, содержащих классические работы по математике, физике и химии. Созданная при участии Оствальда организация «Мост» (1911) ставила своей целью разворачивание международного сотрудничества в сфере библиографии и документации с целью облегчить ученым всех стран знакомство с литературой по их специальности. 
 

  

 

 

 

 

 

 

Основные научные  открытия, этапы научной деятельности.

   Основные научные работы Оствальда посвящены развитию теории электролитической диссоциации. Обнаружил связь электропроводности растворов кислот со степенью их электролитической диссоциации (1884). Дал способ определения основности кислот по электропроводности их растворов (1887—1988). Установил закон разбавления Оствальда (1888). Впервые описал явление Оствальдовского созревания. Предложил рассматривать реакции аналитической химии как взаимодействия между ионами (1894). Оствальд изучал также вопросы химической кинетики и катализа; разработал основы каталитического окисления аммиака. В 1909 году Оствальд стал лауреатом Нобелевской премии по химии «за изучение природы катализа и основополагающие исследования скоростей химических реакций».

 

   В январе 1875 года Вильгельм  сдал выпускные экзамены в  университете и представил кандидатскую  работу «О химическом действии  массы воды», за которую 26 апреля  того же года ему была присуждена степень кандидата химии.

 
   Он остается в университете  ассистентом А. Эттингена. Осенью 1877 года Оствальд сдает экзамены на степень магистра химии, а затем представил факультету магистерскую диссертацию на тему «Объемно-химическое изучение сродства», которую защитил 5 ноября 1877 года. 
  

   9 декабря 1878 года физико-математический факультет Дерптского университета присудил Оствальду степень доктора химии за диссертацию «Объемно-химические и оптико-химические исследования».  
  

   В 1881 г. он был избран профессором химии Рижского политехнического института. В последующие годы написал несколько учебников, которые сыграли важную роль в утверждении физической химии в качестве самостоятельной дисциплины. 

   С 1884 по 1888 год Оствальд опубликовал «Электрохимические исследования», в которых выявил зависимость между скоростями реакций кислотного гидролиза и скоростями, «с которыми части молекул этих же самых кислот осуществляют перенос электричества при гидролизе». 
 
  

   В 1884 г. Оствальд получил текст вызвавшей горячие споры докторской диссертации Сванте Аррениуса, которая была представлена к защите в Упсальском университете. В своей диссертации Аррениус предложил теорию, объясняющую диссоциацию кислот и оснований в водных растворах на электрически заряженные ионы. Поскольку в те времена преобладали убеждения, что в растворе не могут сосуществовать противоположно заряженные частицы, работа Аррениуса получила низкий рейтинг в Упсальском университете. Оствальд, однако, счел его идеи достойными внимания и немедленно применил их для проверки результатов своих собственных исследований сродства кислот. «Воспользовавшись магазином сопротивлений, позаимствованным на несколько дней на телеграфе (дольше там без него не могли обойтись)... я вскоре провел опыты со всеми имевшимися под рукой кислотами, которые мне предоставили другие исследователи, – вспоминал позднее Оствальд – со все возрастающим волнением я обнаруживал, что результаты один за другим подтверждали предсказания и ожидания».

   Оствальд не только поддержал идеи Аррениуса, но и способствовал их распространению среди химиков. Более того, он добился, чтобы Аррениус получил постдокторскую стипендию (ее можно получать в течение года после защиты докторской диссертации) и, таким образом, смог продолжить свои исследования. Однако идея, что молекулы диссоциируют на устойчивые, электрически заряженные частицы при растворении в полярных растворителях, таких, как вода, по мнению многих химиков, была излишне сложна. Они отвергали точку зрения, что растворы содержат ионы, полагая, что ионы с противоположными зарядами должны непременно вновь соединяться в молекулу. Их сомнения усилились после того, как потерпела фиаско попытка точно предсказать «поведение» очень сильных кислот и оснований. В начале XX в. Петер Дебай и Ларс Онзагер развили теорию диссоциации на основе концепции электронного объяснения атомной структуры. Много позже демонстрация с помощью рентгеноструктурного анализа факта, что кристаллы сильных электролитов представляют собой ионную решетку и полностью ионизируют при любой концентрации, убедила сообщество химиков в справедливости теории ионизации.

   В 1887 г. Оствальд был назначен первым профессором физической химии в Лейпцигском университете, где в числе его ассистентов и коллег работали Якоб Вант-Гофф,  Аррениус и Вальтер Нернст. В этом же году Оствальд основал «Журнал физической химии» ("Zeitschrift für physikalische Chemie"), редактором которого он оставался многие годы. Он создал также Германское электрохимическое общество, которое вскоре было преобразовано в Германское физико-химическое общество Бунзена.

   Интерес к теории ионной диссоциации позволил Оствальду увидеть в ней объяснение многих химических реакций, в которых катализаторами служат слабые кислоты и основания. (Как и в случае с диссоциацией сильных электролитов, каталитическая активность сильных кислот и оснований не была в достаточной степени предсказана этой теорией.) Когда существует химическое равновесие, скорость протекания прямой и обратной реакций одинакова. Оствальд доказал, что присутствие катализатора ускоряет реакцию в обоих направлениях в одинаковой степени. Он также продемонстрировал, что система переходит от менее устойчивого состояния к более устойчивому постепенно и не всегда достигает своего самого устойчивого состояния. Эта зависимость получила название закона разбавления Оствальда. Применив свои знания каталитических процессов в целях развития промышленности, ученый исследовал возможности синтеза аммиака из водорода, используя в качестве катализатора железную проволоку.

 

   Закон разбавления Оствальда — соотношение, выражающее зависимость эквивалентной электропроводностиразбавленного раствора бинарного слабого электролита от концентрации раствора:

 

 

Здесь К — константа диссоциации электролита, с — концентрация, λ и λ_∞ — значения эквивалентной электропроводности соответственно при концентрации с и при бесконечном разбавлении. Соотношение является следствием закона действующих масс и равенства

  

  

   В 1897 году Оствальд установил, что химическая реакция в присутствии некоторых атомов равной реакционной способности протекает не внезапно, но постепенно или равномерно Она последовательно приходит к образованию термодинамически устойчивого конечного продукта. Это правило стало значительным вкладом в развитие химической кинетики. 
Как указывается в книге «Биографии великих химиков»: «Проблемы теории растворов и электрохимии вышли на первый план в творчестве Оствальда уже в начале его исследовательской деятельности. При этом особое внимание ученый обращал на энергетический аспект реакций. 
Поиск "движущей силы химического явления" и изучение течения химических процессов во времени явились одновременно двумя истоками последующих работ Оствальда по катализу. Экспериментальное изучение и теоретическое объяснение катализа, анализ точного определения этого понятия — основное содержание и одновременно высшее достижение работ Оствальда. 
Оствальд считал катализатором вещество, "которое, не входя в конечный продукт химической реакции, увеличивает ее скорость", а катализом — "ускорение медленно протекающих химических процессов в присутствии посторонних веществ". Оствальд, рассматривая термодинамические аспекты каталитических процессов, понимал, что катализаторы не изменяют энергетического содержания химической системы, а следовательно, и состояния химического равновесия.

 

   В 1901 году Оствальд писал, что он различает четыре класса контактных действий:

1. действие зародышей;
2. гомогенный катализ;
3. гетерогенный катализ;
4. действие ферментов.

  Ученый неоднократно повторял, что каталитические явления подчиняются общим законам химических превращений. Благодаря работам Оствальда исследования катализа заняли прочное место в химии. Если до его работ, по собственным словам Оствальда, одно упоминание слова "катализ" рассматривалось как признак научной отсталости, то после них стало возможным интенсивное исследование и широкое использование каталитических превращений в промышленности.   

   В 1890 г. Оствальд заинтересовался взглядами на энергию как на первооснову всего физического мира. Скептически относясь ко всем материалистическим концепциям, и особенно к атомно-молекулярной теории, Оствальд полагал, что природные явления могут объясняться превращениями энергии. В соответствии с этим подходом он вывел законы термодинамики на уровень философских обобщений.

   После того как в рамках впервые осуществленного обмена научными работниками Оствальд в течение года читал лекции в Гарвардском университете (за это время он изучил эсперанто и разработал свой собственный искусственный язык), он, выйдя в отставку в 1906 г., посвятил себя изучению света, а также организаторской и писательской деятельности.  

   Оствальд создал количественную теорию цветов со шкалой порядка определения цвета, которую изложил в атласе цветов, и разработал систему цветовой гармонии.

 

   В 1909 г. Оствальду была присуждена Нобелевская премия по химии «в знак признания проделанной им работы по катализу, а также за исследования основных принципов управления химическим равновесием и скоростями реакции».

   С 1915 года Оствальд занялся проблемой цветов и красок. Он считал свое новое увлечение едва ли не главным в своей жизни. С лета 1924 года ученый поселился на вилле «Энергия», вблизи деревни Гроссботен под Лейпцигом. Он вновь вернулся к экспериментальным исследованиям. На основе полученных результатов он разработал простое для практического использования фундаментальное химико-физическое учение о цвете и тесно связанное с ним «учение о прекрасном». Об этих работах Оствальд доложил в 1929 году Берлинской академии наук и обобщил полученные выводы в многочисленных публикациях.