Нобелови лауреати – 1956 година

Николай Семьонов (Николай Семёнов)

15 април 1896 г. – 25 септември 1986 г.

Нобелова награда за химия (заедно със Сирил Хиншълуд)

(За изследванията му, свързани с механизма на химическите реакции.)

Руският физикохимик Николай Николаевич Семьонов е роден в Саратов, в семейството на Николай и Елена Дмитриева Семьонова. Като завършва през 1913 г. средно училище в Самара, той постъпва във физико-математическия факултет на Санкт-Петербургския университет, където, учейки при известния руски физик Абрам Йофе, се проявява като активен студент.

След завършването на университета през 1917 г., годината на Руската революция, Семьонов работи като асистент във физическия факултет на Томския университет в Сибир. През 1920 г. по покана на Йофе се връща в Ленинград, като става заместник-директор на Петроградския физико-технологичен институт и ръководител на неговата лаборатория за изследване на електронните явления. В сътрудничество с Пьотр Капица /1978/ той предлага метод за измерване на магнитния момент на атома в нееднородно магнитно поле, като описва експерименталния процес в статия, която публикува през 1922 г. Този метод е развит по-късно от Ото Щерн /1943/ и Валтер Герлах.

Проблемът за йонизацията на газовете е явно първият научен проблем, с който се заема Семьонов. Още като студент в университета той публикува първата си статия, в която се говори за сблъсъците на електроните с молекулите. След завръщането си от Томск Семьонов се заема с по-задълбочени изследвания на процесите на дисоциация и рекомбинация, включително и с потенциала за йонизация на металите и солните пари. Резултатите от тези и други изследвания са събрани в книгата „Химия на електрона“ („Химия электрона“), която Семьонов пише през 1927 г. в съавторство с двама свои студенти. Той се интересува също така от молекулярните аспекти на явленията адсорбция и кондензация на парите върху твърда повърхнина. Проведените от него изследвания разкриват взаимната връзка между плътността на парите и температурната повърхност на кондензацията. През 1925 г. заедно с известния физик теоретик Яков Френкел той разработва обща теория за тези явления.

Другата сфера на интересите на Семьонов по това време се отнася до изучаването на електрическите полета и на явленията, свързани с преминаването на електрическия ток през газове и твърди вещества. Ученият изследва по-специално преминаването на електрическия ток през газове, а също така механизма на пробив на твърдите диелектрици (електрически инертни вещества) под въздействието на електрически ток. Въз основа на последното изследване Семьонов и Владимир Фок, прославил се със своите изследвания в областта на квантовата физика, разработват теорията за топлинния пробив на диелектриците. Това на свой ред подтиква Семьонов да започне работа, която го довежда до първия важен принос в науката за горенето – създаването на теорията за топлинния взрив и горенето на газовите смеси. Според тази теория топлината, отделяна в процеса на химическите реакции, при определени условия не може да бъде отведена от зоната на реакцията и предизвиква повишаване на температурата на реагиращите вещества, ускорявайки реакциите и водейки до още по-голямо количество топлина. Ако нарастването на количеството топлина протича достатъчно бързо, реакциите могат да завършат с взрив.

Скоро след завършването на това изследване през 1928 г. Семьонов е назначен за професор в Ленинградския физико-технически институт, където помага да се организира физико-механичен отдел, а също така преподава физическа химия. По негово настояване и с помощта на негови колеги, заинтересувани от развитието на физическата химия, лабораторията за изследване на физиката на електрона се превръща през 1931 г. в Институт за химическа физика към Академията на науките на СССР и Семьонов става първият му директор. През 1929 г. Семьонов е избран за член-кореспондент на Академията на науките на СССР, а през 1932 г. става академик.

По това време Семьонов изследва задълбочена верижните реакции. Те са серия от самоиницииращи се стадии на химическите реакции, които, започнали един път, продължават до тогава, докогато не бъде изминат последния стадий. Въпреки че немският химик Макс Боденщайн предполага за първи път възможността да има такива реакции още през 1913 г., теория, обясняваща стадиите на верижните реакции и посочваща техните скорости, не съществува. Ключ за верижната реакция е началният стадий на образуване на свободен радикал – атом или група атоми, притежаващи свободен (несвързан в двойка) електрон, поради което са извънредно активни химически. Образувал се един път, свободният радикал взаимодейства с молекулата така, че един от продуктите на реакцията е нов свободен радикал. Новообразувалият се свободен радикал може да взаимодейства след това с друга молекула и реакцията продължава дотогава, докато нещо не попречи на свободните радикали да образуват себеподобни, иначе казано – докато не се прекъсне веригата.

Особено важни верижни реакции са реакциите с разклонени вериги, открити през 1923 г. от физиците Г. А. Крамерс и И. А. Кристиансен. При тези реакцие свободните радикали не само регенерират активни центрове, но и се размножават активно, създавайки нови вериги и принуждавайки реакциите да протичат все по-бързо и по-бързо. Фактическият ход на реакциите зависи от редица външни ограничители, например такива като размерите на съда, в който протичат. Ако броят на свободните радикали нараства бързо, реакциите могат да доведат до взрив. През 1926 г. двама студенти на Семьонов наблюдават това явление за първи път, изучавайки окисляването на фосфорните пари от водни пари. Реакцията протича не така, както би трябвало да протича в съответствие с теорията за химическата кинетика по онова време. Семьонов вижда причината за несъответствието в това, че става въпрос за разклонена верижна реакция. Но неговото обяснение е отхвърлено от Макс Боденщайн, признат по това време авторитет в областта на химическата кинетика. Още две години продължава интензивното изследване на това явление от Семьонов и Сирил Н. Хиншълуд, който провежда свои изследвания самостоятелно в Англия, и след това става очевидно, че Семьонов е прав.

През 1934 г. Семьонов публикува своята монография „Химическа кинетика и верижни реакции“ („Химическая кинетика и цепные реакции“), в която доказва, че много химични реакции, включително реакцията полимеризация, се осъществяват с помощта на механизма на верижната или на разклонената верижна реакция. През следващите десетилетия Семьонов и други учени, признали неговата теория, продължават да работят за изясняване на детайлите на верижните реакции, анализирайки опитни данни, много от които са събрали студенти и сътрудници на Семьонов. По-късно, през 1954 г., е публикувана книгата му „За някои проблеми на химическата кинетика и за реакционната способност“ („О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности“), в която ученият обобщава резултатите от откритията, които прави през годините на работа върху своята теория.

След като е назначен през 1944 г. за професор в Московския държавен университет, Семьонов продължава да публикува свои разработки по различни проблеми до 80-те години. Неговото обемно изследване за окисляването на фосфорните пари не е загубило актуалността си и днес, петдесет години по-късно. По време на Втората световна война Институтът за химическа физика се премества в Москва. Много направления на провежданите там изследвания са свързани с първоначалните научни интереси на Семьонов, макар че днес те се осъществяват с помощта на мас-спектрометрията и квантовата механика.

Даже в последните дни на своя живот Семьонов, по думите на негови колеги, остава научен ентусиаст, творческа личност, отличаваща се с бликаща енергия. Висок и слабоват, той обича да ловува и да работи в градината си, увлича се от архитектура. Семьонов и Наталия Николаевна Бурцева, за която се жени през 1924 г., живеят в Москва, където Наталия преподава пеене. Съпрузите имат две деца: син и дъщеря. Ученият умира през 1986 г. на деветдесет години.

За работата си по създаването на теорията за верижните реакции Семьонов е награден през 1941 г. със съветска правителствена награда – Сталинска премия. Сред другите му награди са Орденът „Ленин“ , Орденът на Трудовото червено знаме и Златният медал „Ломоносов“ на Академията на науките на СССР. Семьонов е почетен член на Лондонската кралско дружество, удостоен е с почетни степени и на престижни европейски университети. В Академията на науките на СССР ученият заема голям брой официални длъжности. Освен това е избран за член на академиите на много други страни, включително и на САЩ.

Превод от руски: Павел Б. Николов