НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1974 г. / ХИМИЯ / ПОЛ ФЛОРИ

Пол Флори (Paul Flory)

19 юни 1910 г. – 8 септември 1985 г.

Нобелова награда за химия

(За основните му постижения, както теоретични, така и експериментални, във физикохимията на макромолекулите.)

Американският химик Пол Джон Флори е роден в Стърлинг, малко градче в Илинойс, в семейството на Езра Флори, свещеник педагог, и Марта (Брумбау) Флори, учителка. Сред като получава средно образование в местното училище в Елджин през 1927 г., Пол постъпва в Манчестърския колеж, завършен и от майка му и намиращ се в Северен Манчестър (щата Индиана), където един от неговите професори, Карл Хол, поощрява интереса му към химията. След като получава през 1931 г. степента бакалавър, Флори започва да работи в Университета на щата Охайо, където получава степента магистър по органична химия. След това се ориентира към физикохимията, като бяга от това, което нарича “химия на готварската книга” (израз от романа на Синклер Луис “Ероусмит”, означаващ органична химия). Дисертацията му е посветена на фотохимичните процеси в окисите на азота и има приложен характер, защото окисите на азота са компоненти на смога.

След като получава през 1934 г. докторска степен от Университета на щата Охайо, Флори започва работа в компанията “Дюпон” в Уилмингтън (щата Делауар), където влиза в състава на водещата изследователска група под ръководството на Уолъс Хюм Каротърс - бъдещия създател на найлона. По това време групата на Каротърс се занимава със синтезиране на полимери, размерите на чиито молекули са значително по-големи от тези, с които обикновено се занимават химиците. Полимерите се получават при органични вариации на по-малки съставки (мономери), съединени заедно след процес, който се нарича полимеризация. Винилхлоридът например полимеризира до поливинилхлорид, а природният каучук е полимер на въглеводорода, наричан изопрен. Повечето макромолекули (тези, които съдържат над 100 атома или около това) са истински полимери, макар че много биологични макромолекули не са. Хемоглобинът например е макромолекула, но не е полимер. Разпространената през 20-те и началото на 30-те години идея, че много съединения, особено природните вещества - целулозата, каучука и протеините - са макромолекули, се подкрепя от немския химик Херман Щаудингер. Той и неговите колеги доказват, че полимерите са молекули, съществуващи във вид на верига с различна дължина, и че свойствата на полимера се определят от неговата пространствена конфигурация, която на свой ред се определя от нейните компоненти. Така те установяват окончателно съществуването на макромолекулите. Химиците - специалисти по полимерите - концентрират по-късно своите изследователски усилия върху конфигурацията на индивидуалните макромолекули. Макар че макромолекулите се подчиняват на същите закони като молекулите с малко молекулярно тегло, значителните им размери изискват нови методи за изучаване на тяхната конфигурация. Един от най-успешно използваните методи е методът на статистическата механика, чийто математически инструментариум е развит още през XIX в. за оценка на механичните свойства на газовете. Първият учен, който използва този метод по отношение на полимерите, е швейцарският физик Вернер Кун, а скоро след това го прилагат Херман Марк и Ойген Гут във Виена.

Макар че системната програма на Каротърс за синтез на полимери прави фирмата “Дюпон” лидер в изучаването на органичната химия на полимерите, той разбира, че предстои още огромна работа, при която трябва да се използва инструментариума на физикохимията. Като знае за изключителните математически способности на Флори, Каротърс му предлага да разработи този аспект на изследването. В процеса на работата си Флори започва да се интересува особено от скоростта на реакцията полимеризация. За учудване на другите химици той доказва, че няма някакви значителни разлики между реакционната способност на едни и същи химически групи, разположени в малките молекули и в полимерите, макар че полимерът може да бъде хиляда пъти по-голям. През 1936 г. той открива, че атомите от крайната група на полимера в процеса на увеличаването на неговата маса в даден момент се преместват към съседната молекула, което довежда до прекратяване на нарастването на веригата на полимера донор.

През 1937 г. Каротърс се самоубива и през следващата година Флори напуска фирмата “Дюпон” и става адюнкт-професор в Изследователската лаборатория за фундаментални науки към Синсинатския университет (щат Охайо). Там той развива теорията, обясняваща закономерността при образуването на разклонения в някои полимери, водещи до създаването на мрежеста структура. Подобна мрежеста структура е характерна за еластичните полимери. Когато започва Втората световна война, в Америка се появява страх пред възможността от каучуков дефицит. През септември 1940 г. Флори отива на работа като старши химик във фирмата “Есо лъборатрис” в Линдън (щата Ню Джърси), създадена към “Стандарт оил девлопмънт къмпани” (днес “Ексон рисърч анд инжинеринг къмпани”). За подобряването на бутиловия каучук - нов синтетичен каучук, получаван от газовете след преработката на нефт - той започва изследвания в областта на някогашните си интереси: еластичността на каучука. Но през периода на войната възможностите за провеждане на фундаментални изследвания в “Стандарт оил” са ограничени. Когато фирмата “Гъдеър тайър анд ръбър” го кани да оглави малка група за фундаментални изследвания, Флори използва благоприятната възможност и през 1943 г. се мести в Акрон (щата Охайо). В продължение на пет години работа в “Гъдеър” той прави много фундаментални открития в областта на химията на полимерите, сред които е и доказателството, че устойчивостта на каучука на разкъсване зависи от количеството на дефектите в мрежовата структура на полимера.

Работата в “Гъдеър” създава на Флори световна известност и през пролетта на 1948 г. той е поканен от Петер Дебай, декан на химическия факултет в университета “Корнел” (Итака, щата Ню Йорк), като лектор. Неговите забележителни лекции полагат основата за създаване на относително младата дисциплина химия на полимерите. Това позволява на Флори да стане професор по химия в университета “Корнел”.

По време на работата си в университета “Корнел” Флори открива, че ако конфигурация от малки молекули в един разтвор може да бъде точно описана с помощта на вероятностно-статистическия метод, при големия размер на полимерните молекули този подход става ненадежден. Ситуацията се променя напълно, когато температурата на разтвора се понижава до определено значение, което варира в зависимост от вида на полимера. При такива значения на температурите разтворът има свойство на “идеален” разтвор (аналогично на предложения от Р. Бойл “идеален” газ - понятие, въведено за изучаване на свойствата на газовете). Флори нарича температурата, при която разтворът става идеален, тета точка. Известна днес като температура на Флори, тя е фундаментален параметър при определянето на формата на макромолекулите.

Флори открива също така възможността да се определя константата, сумираща всичките свойства на полимерния разтвор. През 1930 г. Щаудингер предполага, че съществува линейна зависимост между вискозитета на полимерния разтвор и средното молекулно тегло на полимера. Този модел е прекалено опростен и към 1949 г. много химици, включително и Дебай, стигат до извода, че съществуват значителни трудности за интерпретиране на вискозитета по такъв начин. Развивайки това направление, Флори доказва, че вискозитетът е надежден индикатор за дължината на полимера, тъй като повишаването на вискозитета на разтвора на полимера е пропорционално на радиуса на молекулата на трета степен. Тази константа е характерна за всички полимерни разтвори. На основата на това Флори успява да използва голямо количество съществуващи данни за изучаване на конфигурациите на полимерните вериги. Той изследва също така конфигурацията на протеините и полипептидите - макромолекули, играещи важна роля в метаболизъм.

Течните кристали, добре известни днес от използването им в ръчните часовници и калкулаторите, са почти неизвестни, когато Флори публикува през 1956 г. първата си разработка по теория на течните кристали. Минават дванадесет години до момента, когато са синтезирани първите течни кристали. Флори се интересува от тази област на химията до края на своя живот.

През 1956 г. Флори става заместник-директор по научната дейност в института “Мелън” в Питсбърг (щата Пенсилвания). Там той премества центъра на тежестта на институтските изследвания от приложните дейности, намиращи се под контрола на спонсориращите индустриалци, към по-фундаментални проблеми. Но административната дейност е за Флори скучна и когато става ясно, че управата на института не иска да прекъсва връзките си с промишлеността, той се мести през 1961 г. и заема поста професор в Станфордския университет в Калифорния.

Дори след излизането си в оставка от Станфордския университет през 1975 г. Флори остава активен изследовател. Като консултант още от 1968 г. на “Интернешънъл бизнес машиннс” (ИБМ) след 1977 г. той прекарва по два дена седмично в отделението за полимерна наука и технологии на фирмата в Сан Хосе (щата Калифорния). Новата методика на неутронното разсейване осигурява пряко потвърждение на гледната точка на Флори, развита от него през предходните години и състояща се в това, че конфигурацията на полимерите е неподредена в аморфно състояние. Сътрудничейки си с други изследователи от Сан Хосе, Флори изиграва важна рола за развитието на тази нова област на науката за полимерите. Той постоянно отделя внимание на работата с полимерните разтвори и с течните кристали и даже малко разширява сферата на изследванията си, като включва в нея проблемите на еластичността (изучаването на фиброзните протеини като мускулите).

Почти неизвестен извън кръга на учените-специалисти по полимерите, Флори използва славата си на нобелов лауреат за пропагандирането на две идеи, които особено подкрепя: правата на човека и просвещаването в областта на полимерите. Той се опитва да помага на преследвани учени от страните на социалистическия лагер като Андрей Сахаров и подкрепя мораториума за сътрудничество със Съветския съюз. Даже се предлага като заложник на съветското правителство, за да може на Елена Бонер, съпругата на Сахаров, да бъде разрешено да замине на Запад за лечение. Макар че предложението не е прието, на Елена Бонер е разрешено по-късно да замине, за да се лекува в Рим и Съединените американски щати.

Флори смята, че науката за полимерите се пренебрегва незаслужено в американските университети. Той напомня, че този икономически важен предмет е изключен напълно от училищните програми по химия в САЩ, докато в Япония и в Европа му се отделя значително по-голямо внимание.

През 1936 г. Флори се жени за Емили Катрин Тейбър. Те имат две дъщери и син. Висок, строен мъж, Флори се занимава с плуване и голф и остава физически активен до края на живота си. Умира от сърдечен пристъп.

Освен с Нобелова награда Флори е удостоен с медала Никълс на Американското физическо дружество (1962 г.), с новогодишната награда Чарлз (1968 г.), с наградата Петер Дебай за физикохимия (1969 г.), с медала Уилард Гибс (1973 г.) и с медала Пристли (1974 г.), а също така с медала Чарлз Фредерик Чендлър на Колумбийския университет (1970 г.) и медала Джон Киркууд на Йейлския университет (1971 г.). Той е член на различни научни дружества, сред които американската Академия на науките, Американската академия на науките и изкуствата, Американското химическо дружество, Американското физическо дружество и Американската асоциация за фундаментални науки. Присвоени са му почетни научни степени от няколко университета, включително от Манчестърсикия колеж (щата Индиана), от Университета на щата Охайо и от Миланския университет (Италия).

Превод от руски: Павел Б. Николов