НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1986 г. / ХИМИЯ / ДЪДЛИ ХЪРШБАК

Дъдли Хършбак (Dudley Herschbach)

18 юни 1932 г.

Нобелова награда за химия (заедно с Ли Юан Цъ и Джон Полани)

(За приноса, свързан с динамиката на елементарните химични процеси“)

Американският химик Дъдли Робърт Хършбак е роден в Сан Хосе (Калифорния) и е най-голямото от шест деца на Робърт Дъдли Хършбак, строителен предприемач, и Дороти Едит (родена Биър) Хършбахк. Живеейки в Калифорния на село, Хършбак е водач на игрите на открито, занимава се със спорт. Успешните му изяви във футболния отбор на Campbell High School му донасят стипендия да учи и играе футбол в Станфордския университет, където играе в отбора на първи курс и е поканен да опита силите си в професионалния клуб Los Angeles Rams. Скоро обаче страстта към ученето измества спорта на заден план.

През втората си година в Станфорд Хършбак започва да провежда експерименти по химична кинетика под ръководството на американския химик Харолд С. Джонстън. По това време повечето от експерименталните проверки на теорията за преходното състояние на химичните реакции се основават на данни, получени за сложни химични реакции. Джонстън предлага на Хършбак да измери скоростта на простите химични реакции чрез пряка проверка на тази теория. През 1954 г. Хършбак получава бакалавърска степен по математика, въпреки че със същия успех може да се квалифицира и по химия, и по физика. През 1955 г. получава магистърска степен по химия за глава от дисертацията си, посветена на разработването на методи, които позволяват по-точни изчисления на предекспоненциалните коефициенти за поредица от прости реакции при проверка на теорията за преходното състояние. След дипломирането си продължава изследванията си в Харвард, където през 1956 г. получава магистърска степен по физични науки, а през 1958 г. - докторска степен по химична физика. Той прави докторските си изследвания заедно с групата на американския химик Е. Брайт Уилсън, който впоследствие разработва елегантни нови методи за използване на микровълновата спектроскопия за изследване на молекулярната структура и на бариерите пред вътрешното молекулярно въртене. Хършбак има значителен теоретичен и експериментален принос, разработвайки методи за изчисляване на енергийните нива на вътрешномолекулно въртене и на въртенето на целите молекули.

Хършбак е младши член на колежкия съвет към Харвардския университет (1957-1959 т.), асистент-професор (1959-1961 г.) и след това адюнкт-професор (1961-1963 г.) по химия в Калифорнийския университет в Бъркли. През 1963 г. става професор по химия в Харвардския университет. В Харвард той е директор на програма по химична физика (1964-1977 г.), декан на факултета по химия (1977-1980 г.) и член на факултетния съвет (1980-1983 г.).

Когато в края на 1959 г. Хършбак се мести в Бъркли, знанията за химичните нива са на предвоенното ниво. Квантовата теория, която се появява през 1900 г., дава по-точна картина на структурата на атомите и молекулите и обяснява много аспекти на наблюдаваните химични процеси. Въпреки това, химиците все още знаят много малко за смесването на веществата, за контролирането на температурата и налягането и за идентифицирането на продуктите на реакциите. Теоретичните модели, които остават до голяма степен статични, разглеждат реагиращите молекули като съжителстващи една до друга, сблъсквайки се на случаен принцип една с друга и понякога създавайки нови пренареждания. Докато е още студент, Хършбак, проявява интерес към откритите от негов професори молекулярни снопчета, потоци от молекули, пресичащи вакуумна камера, в която се регистрира промяната в енергията. Този метод му позволява да следи отделните молекули с по-голяма точност, докато си взаимодействат.

Хършбак започва да проучва динамиката на молекулярните снопчета в Бъркли по същото време, когато Джон Полани изследва химичната динамика в университета в Торонто, използвайки различен метод, наречен хемилуминесценция, който, както се оказва, допълва метода на Хършбак. Малка група студенти и докторанти проектират заедно с Хършбак устройство, в което два молекулярни снопа се пресичат, като единият сноп съдържа калиеви атоми, а другият се състои от въглеродни, водородни и йодни молекули. Подробностите за реакцията след пресичането на тези снопове се изследват с помощта на устройство, наречено повърхностен йонизационен детектор. Съставът на компонентите на сноповете е определен, като се взема предвид фактът, че дадените вещества реагират ефективно (доказано от Майкъл Полани, баща на Джон Полами), а детекторът, според други изследователи, е удобен за наблюдаване на продуктите на реакцията в условията на експеримента. Още в първите експерименти Хършбак успява да получи подробна динамика на продуктивните молекулярни сблъсъци и да регистрира промяната в енергията, която съпътства образуването на продуктите от реакцията. Тази информация позволява на групата на Хършбак да характеризира механизма на реакцията (наречен механизъм на отскок) и да установи, че в повечето случаи освобождаването на химична енергия се случва под формата на вибрационна енергия, концентрирана в продуктите на реакцията.

Макар и със значителни затруднения са проведени експерименти и в по-сложни варианти с вещества от същия клас. Тези резултати са малко по-различни от предишните, тъй като механизмът на реакцията е различен (т. нар. стрипинг механизъм). Освободената енергия се проявява повече под формата на вътрешно възбуждане на молекулите, отколкото под формата на кинетична енергия. Изследвани са много други реакции, особено след като Хършбак се премества през 1963 г. в Харвард, където продължава своята работа. Неговите експерименти обхващат широк спектър от реакции, включително реакции със смесен механизъм (с елементи от двата горепосочени механизма) и реакции, протичащи с образуване и последващо разлагане на дълготраен комплекс по време на синтеза на крайните продукти. Получените данни позволяват да се проверят статистичните теории за химичните реакции и да се изясни важната роля на момента на количеството на движение.

Въпреки успеха в експериментите с такъв клас вещества като алкали (съединения, които взаимодействат с киселини, за да образуват соли), по-нататъшният напредък в изследванията изисква подобряване на оборудването, довеждането му до универсалност. През 1967 г., докато прави постдокторантски изследвания в Харвард, Хършбак започва да работи с Ли Юан Цъ. С няколко студенти Ли проектира и конструира нова „супермашина“, която използва свръхзвукови нипели за създаване на снопчета, движещ се детектор за масова спектрометрия (в който се създават променливи електрически и магнитни полета, които карат получените продукти да се отклоняват от първоначалната траектория в зависимост от техните свойства, така че да могат да бъдат събрани и идентифицирани), подобрена диференциална помпа за създаване на по-дълбок вакуум, както и програма за анализ на скоростта на движение на продуктите от реакцията и компютри за събиране на данни. След като завършват производството на цялото оборудване за 10 месеца, Ли, Хършбак и техните колеги извършват нещо като революционен преврат в дадения раздел на науката. Изследвани са много реакции с по-сложен молекулярен състав и с много по-висока точност. При една от реакциите, включваща водород и хлор, група на Хършбак определя разпределението на ъгловите скорости и скоростите на отскок за съединения, чиито вътрешномолекулярни колебания са определени от Джон Полани с помощта на хемилуминесцентния метод. Резултатите от работата на двете групи по изследване на динамиката на тази реакция съвпадат дори в детайлите си. След резултатите от това изследване Хършбак се издига в очите на колегите си като новатор, генератор на идеи, ентусиаст и вдъхновител на научната мисъл.

През 1964 г. Хършбак се жени за Джорджийн Ли Ботиос, също специалист по химия, помощник-декан на Харвардския колеж; семейството има две дъщери. Те обичат активния начин на живот, камерната музика и дори свирят на струнни инструменти, образувайки семеен квартет. С широк кръгозор и набито око, Хършбак се занимава успешно с преподаване, има силно влияние върху своите ученици и колеги. В продължение на пет години той и съпругата му са съръководители на Клуба на възпитаниците на Харвард, като ангажират много студенти и младши преподаватели в академични и социални дейности.

Освен с Нобеловата награда Хършбак е удостоен с наградата за фундаментална химия на Американското химично дружество (1965 г.), с медала Спиърс на дружеството „Фарадей“ (1976 г.), с медала за 100-годишнината на Британското химично дружество (1977 г.), с медала Лайнъс Полинг на Американското химично дружество (1978 г.) и с наградата Ъруин Ленгмюр за химична физика на Американското физично дружество (1983 г.). Член е на Американската национална академия на науките, на Американската академия на изкуствата и науките, на Американското физично дружество и на Американската асоциация за фундаментални науки. Присъдена му е почетна степен от университета в Торонто.

Превод от руски: Павел Б. Николов