Нобелови лауреати – 1963 година

Карл Циглер (Karl Ziegler)

26 ноември 1898 г. – 11 август 1973 г.

Нобелова награда за химия (заедно с Джулио Ната)

(За откритията му в областта на химията и технологията на високомолекулните полимери.)

Немският химик–органик Карл Циглер е роден в Хелсе, в семейството на Луиза (Рал) Циглер и Карл Циглер, лютерански свещеник. През 1916 г. е приет в Марбургския университет, където учи химия под ръководството на известния химик-органик Карл фон Ауверс и през 1920 г. му е присъдена докторска степен. Три години по-късно Циглер получава академично свидетелство и започва да преподава в Марбургския университет. През 1925 г. е външен лектор във Франкфуртския университет, а след това се мести в Хайделберг, където през 1927 г. става професор по химия. Девет години по-късно е назначен за професор по химия и директор на Химическия институт към Галския университет, а през 1943 г. става директор на Института за въглищно проучване “Кайзер Вилхелм” в Мюлхайм, където остава до края на своята научна дейност.

В Хайделберг Циглер започва да изследва свободните радикали (химически съединения, съдържащи несдвоени електрони), съединенията с големи пръстени и синтеза на металоорганичните съединения. Но едва когато отива да работи в Института “Кайзер Вилхелм” (наречен по-късно Институт “Макс Планк”), той разработва методите за полимеризация, които с времето му донасят световно признание. Циглер и неговите колеги проучват механизма на реакциите при полимеризацията на наситени въглеводороди като етилена и пропилена. Още в началото на ХХ в. е известно, че тези леки вещества са способни да образуват много големи молекули, свързвайки хиляди идентични молекули в дълги вериги. Подобни високомолекулни полимери образуват фактически основата на много съвременни материали, например пластмасите и синтетичните тъкани. Но по времето, когато Циглер започва да разработва тази тема, не съществуват методи за химически контрол на организацията на молекулите във веригите. Изследователската група на Циглер открива, че определени металоорганични вещества, например триетилалуминият, катализират самокондензацията на етилена с образуване не а полиетилен, а на металоорганични и наситени молекули с междинни размери.

През 1952 г., след четири години проучване на тази представляваща научен интерес реакция, Циглер достига до извода, че следите от никел пречат на полимеризацията, ускорявайки значително странично протичащите реакции. Тогава изследователската му група пристъпва към систематичен анализ на елементите от периодичната таблица в търсене на други неорганични съединения, които предизвикват подобен ефект. Тяхна цел е “асептиката”, както се изразява по-късно Циглер, иначе казано – възможността да бъдат изключени всички следи от катализатори, които пречат на полимеризацията. Любопитното е, че когато проверяват едно съединение на циркония, те откриват, че то не само не пречи на полимеризацията, а напротив – действа заедно с триетилалуминия и е силен катализатор при реакцията за полимеризиране на етилена. Полиетиленът се получава бързо и лесно.

По това време се смята, че етиленът се полимеризира извънредно трудно. Полиетиленът, получен за първи път през 1936 г., от компанията “Империъл кемикъл индустрийз”, изисква много високи температури (200°С) и много високо налягане (поне хиляда атмосфери), а свойствата на получения продукт не оправдават очакванията. Новият комплексен катализатор на Циглер не само съдейства за полимеризацията при много по-ниски температури и по-ниско налягане. При него се получава също така и материал с много по-добри свойства – по-плътен, по-твърд и по-устойчив на високи температури. След откриването през ноември 1953 г. на новата реакция за получаване на полиетилен следват няколко седмици удивително плодотворна работа. Именно през този период са открити редица други неорганични съединения с подобни свойства – съединения на такива метали като титан, торий и желязо. В присъствието на титанов тетрахлорид например реакцията полимеризация протича при стайна температура и нормално атмосферно налягане.

Още преди да публикува научната статия за работата си, Циглер получава лиценз за процеса и мнозина започват да усъвършенстват научните и технологичните аспекти на реакцията. Италианският химик Джулио Ната, който получава лиценз още по-рано, открива аналогични реакции за превръщане на пропилена в полипропилен. Ната използва също така забележителните свойства и стереоспецифичността на реакциите, наречени катализатори на Циглер-Ната. Иначе казано, установява се, че тези катализатори позволяват на химиците да осъществяват несравним с нищо контрол върху точната структура и пространствената ориентация на новите полимери. Химиците знаят отдавна, че извънредно тънките разлики в архитектурата на молекулите могат да водят към радикални разлики в свойствата на веществата като например разликите между полиетилените с ниска и висока плътност (съответно между полиетилените, получени при ниско и високо налягане). Появява се възможност, като се използват катализаторите на Циглер-Ната, да се синтезира материал, който е абсолютно идентичен на естествения каучук. Тези открития предизвикват революция в производството на пластмасови материали, а също така и в другите начини за получаване на полимери. Още през 1955 г. са получени 200 тона нов полиетилен, към 1958 г. производството му нараства на 17 хил. тона, а пъм 1962 г. – до 120 тона, и всичко това е в резултат от различни процеси, които пряко или косвено използват за начало работата на Циглер.

Въпреки огромните мащаби на промишленото прилагане на постигнатото от него, Циглер винаги заявява, че е всъщност представител на чистата наука. Изследванията, които прави по време на цялата си научна дейност, са насочени не към изобретателство, а към научни открития. Тази изследователска програма демонстрира забележително, всеобхватно единство. Изучаването например на полимеризацията на етилена се основава на по-раншни изследвания на реакциите с участие на металоорганични съединения, а тази работа произтича от първоначално възникналия у Циглер интерес, когато подготвя докторската си дисертация, към свободните радикали, които са открити малко преди това.

Много скромен и дружелюбен човек, Циглер е известени като талантлив и всеотдаен преподавател, научен ръководител на 150 претенденти за докторска степен. През 1922 г. той се жени за Мария Курц. Семейството има две деца, Мариана и Ерхарт, и десет внуци. Мария надживява съпруга си, а Циглер умира в Мюлхайм в навечерието на 52-рата годишнина от сватбата им.

Освен с Нобелова награда Циглер е удостоен с наградата Карл Дюизберг на Германското химическо дружество (1953 г.), с медала Лавоазие на Френското химическо дружество (1955 г.) и с медала Суинбърн на лондонския Институт за пластмаси и каучук (1964 г.). Той е почетен доктор на техническите университети в Хановер и Дармщад, на Хайделбергския и на Хесенския университет.

Превод от руски: Павел Б. Николов