Фридрих Вильгельм Оствальд ( немецкое произношение: [ˈvɪlhɛlm ˈɔstˌvalt] ; 2 сентября [OS21 августа] 1853 – 4 апреля 1932) былбалтийским немецким химикомифилософом. Оствальд считается одним из основателей областифизической химии, вместе сЯкобусом Генрикусом ван 'т Хоффом,Вальтером НернстомиСванте Аррениусом.[1]Он получилНобелевскую премию по химиив 1909 году за свой научный вклад в областикатализа,химического равновесияискоростей реакций.[2]
После ухода из академической жизни в 1906 году Оствальд стал активно заниматься философией, искусством и политикой. Он внес значительный вклад в каждую из этих областей. [3] Его описывали как полимата . [4]
Оствальд родился в Риге , Российская империя (ныне Латвия ), этнический балтийский немец , в семье мастера-бондаря Готфрида Вильгельма Оствальда (1824–1903) и Элизабет Лойкель (1824–1903). Он был средним ребенком из трех, родился после Ойгена (1851–1932) и до Готфрида (1855–1918). [5] Оствальд проявил интерес к науке еще в детстве и проводил эксперименты у себя дома, особенно связанные с фейерверками и фотографией. [4]
Оствальд поступил в Дерптский университет (ныне Тартуский университет, Эстония) в 1872 году. Он сдал экзамены на степень кандидата наук там в 1875 году. [2] [3] Во время своего пребывания в Дерпте Оствальд получил значительное влияние на гуманитарные науки , искусство и философию, которые стали центром его усилий после его ухода из академической среды в 1906 году . [3]
Оствальд начал свою карьеру в качестве независимого неоплачиваемого исследователя в университете Дерпта в 1875 году. Он работал в лаборатории Карла Шмидта вместе со своим современником Иоганном Лембергом. Лемберг научил Оствальда многим основам анализа неорганических соединений и измерениям равновесий и скоростей химических реакций . Лемберг также научил Оствальда химической основе многих геологических явлений. Эти начинания стали частью предметов более поздних исследовательских усилий Оствальда. [3] В дополнение к своей работе в лаборатории Карла Шмидта, Оствальд также учился в физическом институте университета у Артура фон Эттингена . [2]
Около 1877 года, продолжая свою работу в качестве неоплачиваемого исследователя в химической лаборатории Дерптского университета, Оствальд стал оплачиваемым ассистентом в Физическом институте, после того как ассистент Эттингена переехал в Ригу. [3] [6] Он также некоторое время зарабатывал себе на жизнь, преподавая математику и естественные науки в Дерптской средней школе. [7]
Оствальд был глубоко заинтересован в вопросах химического сродства и реакциях, в результате которых образовывались химические соединения . Это был центральный теоретический вопрос, с которым сталкивались химики в то время. В рамках своей ранней работы Оствальд разработал трехмерную таблицу сродства, которая учитывала влияние температуры, а также константы сродства кислот и оснований . [3] Оствальд также исследовал действие масс , электрохимию и химическую динамику . [2]
Оствальд получил степень магистра в Дерптском университете в 1877 году, что позволило ему читать лекции и взимать плату за обучение. [8] Оствальд опубликовал свою докторскую диссертацию в Дерптском университете в 1878 году, а его научным руководителем был Карл Шмидт . Его докторская диссертация называлась Volumchemische und Optisch-Chemische Studien («Объемные и оптико-химические исследования»). [4] В 1879 году он стал оплачиваемым помощником Карла Шмидта. [9]
В 1881 году Оствальд стал профессором химии в Рижском политехникуме (ныне Рижский технический университет). В 1887 году он перешел в Лейпцигский университет , где стал профессором физической химии. [5] Оствальд оставался на факультете Лейпцигского университета до своей отставки в 1906 году. Он также был первым «профессором по обмену» в Гарвардском университете в 1904 и 1905 годах. [2] [10]
Во время академической карьеры Оствальда у него было много студентов-исследователей, которые сами по себе стали выдающимися учёными. Среди них были будущие лауреаты Нобелевской премии Сванте Аррениус , Якобус Хенрикус ван 'т Хофф и Вальтер Нернст . Среди других студентов были Артур Нойес , Уиллис Родни Уитни и Кикунае Икеда . Все эти студенты стали известны своим вкладом в физическую химию. [2] [11]
В 1901 году Альберт Эйнштейн подал заявку на исследовательскую должность в лаборатории Оствальда. Это было за четыре года до публикации Эйнштейном специальной теории относительности . Оствальд отклонил заявку Эйнштейна, хотя позже между ними возникло сильное взаимное уважение. [12] Впоследствии Оствальд номинировал Эйнштейна на Нобелевскую премию в 1910 году и снова в 1913 году. [13]
После выхода на пенсию в 1906 году Оствальд занялся философией, политикой и другими гуманитарными науками. [2]
За время своей академической карьеры Оствальд опубликовал более 500 оригинальных исследовательских работ для научной литературы и около 45 книг. [9]
Оствальд изобрел процесс недорогого производства азотной кислоты путем окисления аммиака . Он получил патенты на этот процесс. [14] В патенте Оствальда использовался катализатор и описывались условия, при которых выход азотной кислоты был близок к теоретическому пределу . Аспекты основного процесса также были запатентованы примерно 64 годами ранее Кульманом . [ 15] Процесс Кульмана не стал промышленно значимым, вероятно, из-за отсутствия недорогого источника аммиака. Вскоре после открытия Оствальда недорогой аммиак стал доступен в результате изобретения Габером и Бошем процесса фиксации азота (завершенного к 1911 или 1913 году) для синтеза аммиака. Сочетание этих двух прорывов вскоре привело к более экономичному и крупномасштабному производству удобрений и взрывчатых веществ , которых Германия испытывала в дефиците во время Первой мировой войны . [16] [17] Процесс часто называют процессом Оствальда . [17] Этот процесс широко используется и в настоящее время для производства азотной кислоты. [18]
Оствальд также провел значительные исследования по теории разбавления, что привело к его концептуализации закона разбавления , который иногда называют «Законом разбавления Оствальда». Эта теория утверждает, что поведение слабого электролита следует принципам действия масс , будучи широко диссоциированным при бесконечном разбавлении. Эту характеристику слабых электролитов можно наблюдать экспериментально, например, с помощью электрохимических определений . [19]
Благодаря своим исследованиям скоростей и скоростей химических реакций, а также своим исследованиям кислот и оснований, Оствальд обнаружил, что концентрация кислоты или концентрация основания в растворе определенных химических реагентов может оказывать сильное влияние на скорость химических процессов. Он понял, что это проявление концепции химического катализа, впервые сформулированной Берцелиусом . Оствальд сформулировал идею о том, что катализатор — это вещество, которое ускоряет скорость химической реакции, не являясь частью ни реагентов, ни продуктов. Достижения Оствальда в понимании химического катализа были широко применимы в биологических процессах, таких как ферментативный катализ, а также во многих промышленных процессах. Катализатор используется в процессе азотной кислоты, который изобрел Оствальд. [18]
Оствальд изучал поведение кристаллизации твердых тел, особенно тех твердых тел, которые способны кристаллизоваться в различных формах, в явлении, известном как полиморфизм . Он обнаружил, что твердые тела не обязательно кристаллизуются в своей наиболее термодинамически стабильной форме, но вместо этого иногда кристаллизуются предпочтительно в других формах в зависимости от относительных скоростей кристаллизации каждой полиморфной формы. Оствальд обнаружил, что относительные скорости зависят от поверхностного натяжения между твердым полиморфом и жидкой формой. Многие обычные материалы демонстрируют этот тип поведения, включая минералы и различные органические соединения . Это открытие стало известно как правило Оствальда . [20]
Оствальд понял, что твердые или жидкие растворы могут продолжать развиваться с течением времени. В то время как нетермодинамически предпочтительный полиморф может кристаллизоваться первым, более термодинамически стабильные формы могут продолжать развиваться по мере старения раствора. Часто это приводит к образованию крупных кристаллов, поскольку они более термодинамически стабильны, чем большое количество мелких кристаллов. Это явление стало известно как созревание Оствальда и наблюдается во многих ситуациях. Повседневным примером является зернистая текстура, которую мороженое приобретает по мере старения. В геологической шкале времени многие минералы демонстрируют созревание Оствальда, поскольку их кристаллические формы развиваются по мере старения минерала. [21]
С растворимостью и кристаллизацией было связано открытие Оствальда о том, что растворение твердого тела зависит от размера кристалла. Когда кристаллы малы, обычно меньше микрона , растворимость твердого тела в фазе раствора увеличивается. Оствальд количественно описал этот эффект математически в соотношении, которое стало известно как уравнение Оствальда-Фрейндлиха . Оствальд впервые опубликовал свое открытие в 1900 году, а его математическое уравнение было уточнено немецким химиком Гербертом Фрейндлихом в 1909 году. Это математическое соотношение также применимо к парциальному давлению вещества в системе. Уравнение Оствальда-Фрейндлиха учитывает поверхностное натяжение частицы в системе, в дополнение к кривизне и температуре. Зависимость растворимости от размера иногда используется при разработке фармацевтических препаратов с низкой растворимостью, чтобы улучшить их усвоение пациентом. Зависимость размера также играет роль в созревании Оствальда. [22]
Сотрудничая с немецким химиком Рафаэлем Э. Лизегангом , Оствальд осознал, что вещества могут кристаллизоваться периодическим образом, при этом поведение кристаллизации следует пространственной или временной схеме. В определенных обстоятельствах результат этого периодического поведения кристаллизации легко наблюдать визуально, например, в различных геологических формациях . Лизеганг ранее исследовал это явление в конкретных лабораторных экспериментах, показывая свои результаты Оствальду. Затем Оствальд разработал математическую модель для явления, которая служила для объяснения наблюдений и понял, насколько широко распространено периодическое поведение кристаллизации. Эти наблюдения стали известны как кольца Лизеганга . [23]
Оствальд ввел слово моль в лексикон химии около 1900 года. Он определил один моль как молекулярный вес вещества в единицах массы грамм. По мнению Оствальда, эта концепция была связана с идеальным газом . По иронии судьбы, разработка Оствальдом концепции моля была напрямую связана с его теорией энергетика , в философской оппозиции к атомной теории , против которой он (вместе с Эрнстом Махом ) был одним из последних уклонистов. Он объяснил в разговоре с Арнольдом Зоммерфельдом , что его убедили эксперименты Жана Перрена по броуновскому движению . [24] [25]
В 1906 году Оствальд был избран членом Международного комитета по атомным весам . В результате Первой мировой войны это членство закончилось в 1917 году и не возобновлялось после войны. Ежегодный отчет комитета за 1917 год заканчивался необычной заметкой: «Из-за европейской войны Комитет испытывал большие трудности с перепиской. Немецкий член, профессор Оствальд, не получал никаких известий в связи с этим отчетом. Возможно, цензура писем, как в Германии, так и по пути, привела к выкидышу». [26]
В рамках исследований Оствальда в области химического равновесия , химического сродства и кислотно-щелочных взаимодействий он осознал, что многие устоявшиеся аналитические методы нарушают исследуемые химические системы. Поэтому он обратился к физическим измерениям как к суррогатным методам, чтобы понять эти важные основные явления. Одним из таких физических измерений является измерение вязкости или сопротивления потоку жидкости. Оствальд изобрел устройство для этой цели, состоящее из колб, которые действуют как резервуары для жидкости с капилляром или тонкой трубкой между резервуарами. Время, необходимое для того, чтобы жидкость протекала через капилляр из одного резервуара в другой, является показателем вязкости жидкости. Используя эталонный раствор, вязкость жидкости можно количественно определить. Оствальд обычно использовал это устройство для изучения поведения растворенных веществ в водных растворах. Эти устройства стали известны как вискозиметры Оствальда и широко используются в настоящее время для целей исследований и контроля качества . [27]
Оствальд спроектировал пипетку, которую можно было использовать для переноса и измерения жидкостей, особенно серозных жидкостей . Эта конструкция была позже усовершенствована Отто Фолином . Этот тип пипетки имеет грушу на нижнем конце как особую конструктивную особенность. Она стала известна как пипетка Оствальда-Фолина и широко используется в наше время. [28]
После ухода из академии в 1906 году Оствальд заинтересовался систематизацией цветов , которая могла быть полезна как в науке, так и в искусстве. Он опубликовал «The Color Primer» и «The Color Atlas» в период с 1916 по 1918 год. Эти публикации установили взаимосвязи между различными визуальными цветами. [4]
Оствальд представил их как трехмерное представление цветового пространства , которое является топологическим телом, состоящим из двух конусов. Одна вершина конуса чисто белая, а другая — чисто черная. Восемь основных цветов представлены вдоль окружности или изогнутых поверхностей двух конусов. В этом представлении каждый цвет является смесью белого, черного и восьми основных цветов. Таким образом, существует три степени свободы , которые представляют каждый цвет. [29]
Это представление цветов было важным ранним шагом на пути к их систематизации, заменив восприятие цвета человеческим глазом объективной системой. Со временем достижения Оствальда в науке о цвете стали частью цветовой системы HSL и HSV . [29] Большая часть работы Оствальда по систематизации цвета была проделана в сотрудничестве с Deutscher Werkbund , которая была ассоциацией художников и архитекторов. [3]
В 1887 году Оствальд основал рецензируемый научный журнал Zeitschrift für Physikalische Chemie , специализировавшийся на оригинальных исследованиях в области физической химии. [7] [30] Он был его главным редактором до 1922 года. В 1894 году Оствальд сформировал Немецкое электрохимическое общество, которое в конечном итоге стало Немецким обществом Бунзена для прикладной физической химии. В 1889 году он создал журнал Klassiker der exakten Wissenschaften , из которого вышло более 250 томов. [2]
В рамках своего интереса к философии, в 1902 году Оствальд начал издавать журнал Annalen der Naturphilosophie (Анналы натуральной философии). В 1927 году он инициировал журнал Die Farbe (Цвет). [4]
Оствальд был одним из директоров института Die Brücke в Мюнхене и сыграл роль в его основании в 1911 году. Институт спонсировался, в значительной степени, из денег Нобелевской премии Оствальда. С помощью института Оствальд намеревался разработать стандартизированную систему для научных публикаций. [31] В 1911 году Оствальд основал Ассоциацию химических обществ, которая стремилась организовать и повысить эффективность различных химических обществ. Ассоциация является примером научного общества . Оствальд был первым президентом Ассоциации химических обществ. [3] [32]
В дополнение к своим исследованиям в области химии, Вильгельм Оствальд был продуктивен в широком спектре областей. Его опубликованные работы, включающие многочисленные философские сочинения, содержат около сорока тысяч страниц. Оствальд также участвовал в движении за мир Берты фон Зутнер . [33]
Среди других интересов Оствальд был страстным художником-любителем, который делал свои собственные пигменты. [34] Он оставил после себя более 1000 картин, а также 3000 пастелей и цветных этюдов. [35] Для Оствальда наука и искусство были взаимодополняющими областями взаимодействия. [35]
«Поэзия, музыка и живопись дали мне освежение и новую смелость, когда, утомленный научной работой, я был вынужден отложить свои инструменты в сторону». – Оствальд [35]
Оствальд считал, что наука и искусство имеют общую цель: «справиться с бесконечным многообразием явлений посредством формирования соответствующих концепций» [35] … Для достижения этой цели наука создает «интеллектуальные идеи; искусство конструирует визуальные идеи». [35]
Оствальд проявил сильный интерес к теории цвета в последние десятилетия своей жизни. Он написал несколько публикаций в этой области, такие как Malerbriefe ( Письма к художнику, 1904) и Die Farbenfibel ( Цветовой учебник, 1916). Его работа в области теории цвета находилась под влиянием работ Альберта Генри Манселла , а также оказала влияние на Пита Мондриана и других членов De Stijl [36] и Пауля Клее и других членов школы Баухаус . [34] Теории Оствальда также оказали влияние на американцев Фабера Биррена и Эгберта Якобсона. [35]
Он также интересовался международным языковым движением, сначала изучая эсперанто , а затем поддерживая идо . Он был членом Комитета делегации по принятию международного вспомогательного языка . [37] [38] [39] Оствальд пожертвовал половину средств от своей Нобелевской премии 1909 года движению идо, [40] профинансировав журнал идо Progreso , который он предложил в 1908 году. [41] Позже Оствальд создал свой собственный язык Weltdeutsch в период крайнего национализма во время Первой мировой войны.
Одним из постоянных интересов Оствальда было объединение посредством систематизации. В частности, Оствальд считал, что энергоэффективность является объединяющей темой во всех аспектах общества и культуры. В политических вопросах интерес Оствальда к энергоэффективности распространялся на такие политические вопросы, как необходимость организации труда. [3]
Интерес Оствальда к объединению посредством систематизации привел к его адаптации философии монизма . [42] Изначально монизм был либеральным, пацифистским и интернациональным, искавшим в науке основу ценностей для поддержки социальных и политических реформ. Сам Оствальд разработал систему этики, основанную на науке, вокруг основной идеи, что следует «не тратить энергию, а преобразовывать ее в наиболее полезную форму». [43] [44]
В 1911 году Оствальд стал президентом Deutscher Monistenbund (Ассоциации монистов), основанной Эрнстом Геккелем . [45] Оствальд (и другие монисты) пропагандировали евгенику и эвтаназию , но только как добровольный выбор с намерением предотвратить страдания. Предполагается, что пропаганда таких идей монистами косвенно способствовала принятию более позднего социального дарвинизма национал -социалистов . Оствальд умер до того, как нацисты приняли и стали применять евгенику и эвтаназию в качестве принудительной государственной политики для поддержки своих расистских идеологических позиций. [43] [3] Монизм Оствальда также повлиял на определение психологических типов Карлом Г. Юнгом . [46]
Оствальд был избран международным почетным членом Американской академии искусств и наук в 1905 году и международным членом Национальной академии наук США в 1906 году. [47] [48] Он получил Нобелевскую премию по химии 1909 года за свой вклад в понимание катализа и за свои исследования фундаментальных принципов, лежащих в основе химического равновесия и скоростей реакций. Он был номинирован на Нобелевскую премию 20 раз, начиная с 1904 года, и он представил девять номинаций других ученых на Нобелевскую премию после своей собственной награды. Среди них были две номинации Альберта Эйнштейна. [13] Оствальд пожертвовал более 40 000 долларов США из своей Нобелевской премии на продвижение дела языка идо. [49] Он был избран международным членом Американского философского общества в 1912 году. [50]
В 1923 году Оствальд был награжден медалью Вильгельма Экснера , которая признавала экономическое влияние научных вкладов Оствальда. [51]
В 1904 году он был избран иностранным членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук . [52] Он стал почетным членом научных обществ Германии, Швеции, Норвегии, Нидерландов, России, Великобритании и США. Оствальд получил почетные докторские степени от различных университетов Германии, Великобритании и США. В 1899 году король Саксонии сделал его тайным советником , что к тому времени было признанием научных заслуг Оствальда. [2]
В Гримме, Германия , на месте загородного дома Оствальда есть парк и музей Вильгельма Оствальда . В этом учреждении также хранятся многие научные работы Оствальда. [4] [53]
Кратер Оствальд , который находится на обратной стороне Луны , был назван в честь Вильгельма Оствальда. [54]
24 апреля 1880 года Оствальд женился на Хелене фон Рейхер (1854–1946), от которой у него было пятеро детей. Это были: Грета (1882–1960) родилась в Риге и умерла в Гросботене ; Вольфганг (1883–1943) родился в 1883 году в Риге и умер в Дрездене ; Элизабет (1884–1968) родилась в Риге и умерла в Гросботене; Вальтер (1886–1958) родился в Риге и умер во Фрайбурге-им-Брайсгау ; и Карл Отто (1890–1958) родился в Лейпциге и умер в Лейпциге. Вольфганг Оствальд стал известным ученым в области коллоидной химии. [55] [56] [57]
Оствальд был посвящён в масонство шотландского обряда и стал Великим Мастером Великой ложи «Zur Aufgehenden Sonne» в Байройте . [58] [59]
В 1887 году он переехал в Лейпциг , где проработал всю оставшуюся жизнь. После выхода на пенсию он переехал в загородное поместье недалеко от Гросботена, Саксония, которое он назвал «Landhaus Energie». Он прожил в загородном поместье большую часть оставшейся жизни. [8]
По своим религиозным взглядам Оствальд был атеистом. [60] Оствальд умер в больнице в Лейпциге 4 апреля 1932 года [2] и был похоронен в своем загородном поместье в Гросботене , недалеко от Лейпцига [61]
Оствальд появляется как персонаж в романе Джозефа Скибелла 2010 года «Исцеляемый романтик» . [62]
Он также упоминается в романе Итало Свево 1923 года « La coscienza di Zeno» , что переводится как «Совесть Зенона» . [63]
Даже Вильгельм Оствальд, который был самым радикальным атеистом среди этих ученых, использует инструмент «Монистических воскресных проповедей» для распространения своих идей о рациональности.