Фридрих Вильгельм Оствальд ( немецкое произношение: [ˈvɪlhɛlm ˈɔstˌvalt] ; 2 сентября [OS21 августа] 1853 — 4 апреля 1932) —балтийский немецкий химикифилософ. Оствальду приписывают то, что он был одним из основателей областифизической химии, вместе сЯкобом Хенрикусом ван 'т Хоффом,Вальтером НернстомиСванте Аррениусом.[1]Он получилНобелевскую премию по химиив 1909 году за научный вклад в областикатализа,химического равновесияискорости 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 описывают как эрудита . [4]
Оствальд родился этническим балтийским немцем в Риге , Российская империя (ныне Латвия ) в семье мастера-бондарника Готфрида Вильгельма Оствальда (1824–1903) и Элизабет Лейкель (1824–1903). Он был средним ребенком из трех детей, родившимся после Ойгена (1851–1932) и до Готфрида (1855–1918). [5] Оствальд проявил интерес к науке еще в детстве и проводил у себя дома эксперименты, особенно связанные с фейерверками и фотографией. [4]
Оствальд поступил в Дерптский университет (ныне Тартуский университет, Эстония) в 1872 году. Он сдал там кандидатские экзамены в 1875 году. [2] [3] Во время своего пребывания в Дерпте Оствальд имел значительное влияние на гуманитарные науки , искусство, и философия, которая стала центром его усилий после его ухода из академических кругов в 1906 году . [3]
Оствальд начал свою карьеру в качестве независимого бесплатного исследователя в Дерптском университете в 1875 году. Он работал в лаборатории Карла Шмидта вместе со своим современником Иоганном Лембергом. Лемберг научил Оствальда многим основам анализа неорганических соединений и измерения равновесий и скоростей химических реакций . Лемберг также научил Оствальда химическим основам многих геологических явлений. Эти усилия стали частью более поздних исследовательских усилий Оствальда. [3] Помимо работы в лаборатории Карла Шмидта, Оствальд также учился в университетском физическом институте у Артура фон Эттингена . [2]
Около 1877 года, все еще продолжая бесплатно работать исследователем в химической лаборатории Дерптского университета, Оствальд стал оплачиваемым ассистентом в Физическом институте после того, как ассистент Эттингена переехал в Ригу. [3] [6] Некоторое время он также зарабатывал себе на жизнь, преподавая математику и естествознание в средней школе Дерпта. [7]
Оствальд глубоко интересовался вопросами химического сродства и реакциями образования химических соединений . Это был центральный теоретический вопрос, стоявший перед химиками того времени. В рамках своей ранней работы Оствальд разработал трехмерную таблицу сродства, в которой учитывалось 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 отвечать за преподавание. [8] Оствальд опубликовал свою докторскую диссертацию в Дерптском университете в 1878 году под руководством Карла Шмидта . 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 Рижского политехникума (ныне Рижский технический университет). В 1887 году он переехал в Лейпцигский университет , где стал профессором физической химии. [5] Оствальд оставался на факультете Лейпцигского университета до выхода на пенсию в 1906 году. Он также был первым «профессором по обмену» в Гарвардском университете в 1904 и 1905 годах. [2] [10]
За время академической карьеры Оствальда у него было много студентов-исследователей, которые сами по себе стали опытными учеными. Среди них были будущие лауреаты Нобелевской премии Сванте Аррениус , Якоб Хенрикус ван 'т Хофф и Вальтер Нернст . Среди других студентов были Артур Нойес , Уиллис Родни Уитни и Кикунаэ Икеда . Все эти студенты стали известны своим вкладом в физическую химию. [2] [11]
В 1901 году Альберт Эйнштейн подал заявку на должность исследователя в лаборатории Оствальда. Это было за четыре года до публикации Эйнштейном специальной теории относительности . Оствальд отклонил заявление Эйнштейна, хотя позже у них 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 начал активно заниматься философией, политикой и другими гуманитарными науками. [2]
За свою академическую карьеру Оствальд опубликовал более 500 оригинальных исследовательских работ для научной литературы и около 45 книг. [9]
Оствальд изобрел процесс недорогого производства азотной кислоты окислением аммиака . Ему были вручены патенты на этот процесс. [14] В патенте Оствальда использовался катализатор и описывались условия, при которых выход азотной кислоты был близок к теоретическому пределу . Некоторые аспекты основного процесса также были запатентованы Кульманом примерно 64 года назад . [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 Босхом процесса азотфиксации (завершенного к 1911 или 1913 году) для синтеза аммиака. Сочетание этих двух прорывов вскоре привело к более экономичному и масштабному производству удобрений и взрывчатых веществ , которых Германия испытывала в дефиците во время Первой мировой войны . [16] [17] Этот процесс часто называют процессом Оствальда . [17] Этот процесс по-прежнему широко используется 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 , поскольку он сильно диссоциирует при бесконечном разбавлении. Эту характеристику слабых электролитов можно наблюдать экспериментально, например, с помощью электрохимических определений . [19]
Благодаря своим исследованиям скорости и скорости химических реакций, а также изучению 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, что катализатор — это вещество, ускоряющее скорость химической реакции, не входя ни в состав реагентов, ни в продукты. Достижения Оствальда в понимании химического катализа нашли широкое применение в биологических процессах, таких как ферментативный катализ, а также во многих промышленных процессах. В процессе получения азотной кислоты, изобретенном Оствальдом, используется катализатор. [18]
Оствальд изучал поведение кристаллизации твердых тел, особенно тех, которые способны кристаллизоваться в различных формах, в явлении, известном как полиморфизм . Он обнаружил, что твердые вещества не обязательно кристаллизуются в своей наиболее термодинамически стабильной форме, а иногда кристаллизуются преимущественно в других формах, в зависимости от относительной скорости кристаллизации каждой полиморфной формы. Оствальд обнаружил, что относительные скорости зависели от поверхностного натяжения между твердой полиморфной модификацией и жидкой формой. Многие распространенные материалы демонстрируют такое поведение, 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. Хотя нетермодинамически предпочтительная полиморфная модификация может кристаллизоваться первой, 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. Повседневный пример — шероховатая текстура мороженого с возрастом. В геологическом масштабе времени многие минералы демонстрируют Оствальдовское созревание, поскольку их кристаллические формы развиваются по мере старения минерала. [21]
С растворимостью и кристаллизацией связано открытие Оствальда о том, что растворение твердого вещества зависит от размера кристалла. Когда кристаллы маленькие, обычно менее микрона , растворимость твердого вещества в фазе раствора увеличивается. Оствальд количественно определил этот эффект математически с помощью соотношения, 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, помимо кривизны и температуры. Зависимость растворимости от размера иногда используется при составлении фармацевтических препаратов с низкой растворимостью, чтобы улучшить их усвоение пациентом. Зависимость от размера также играет роль в оствальдовском созревании. [22]
Сотрудничая с немецким химиком Рафаэлем Э. Лизегангом , Оствальд осознал, что вещества могут кристаллизоваться периодически, при этом поведение кристаллизации следует пространственной или временной схеме. При определенных обстоятельствах результат такого периодического поведения кристаллизации легко наблюдать визуально, например, в различных геологических образованиях . Лизеганг ранее исследовал это явление в конкретных лабораторных экспериментах, показав свои результаты Оствальду. Затем Оствальд разработал математическую модель этого явления, которая послужила объяснением наблюдений, и понял, насколько широко распространено периодическое поведение кристаллизации. Эти наблюдения стали известны как кольца Лизеганга . [23]
Оствальд ввел слово «моль» в химический лексикон около 1900 года. Он определил один моль как молекулярную массу вещества в единицах массы в граммах. По словам Оствальда, эта концепция была связана с идеальным газом . По иронии судьбы, разработка Оствальдом концепции крота была напрямую связана с его теорией энергетикизма , в философской оппозиции теории атома , против которой он (вместе с Эрнстом Махом ) был одним из последних противников. В беседе с Арнольдом Зоммерфельдом он объяснил , 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 прекратилось в 1917 году и не возобновлялось после войны. Годовой отчет комитета за 1917 год заканчивался необычной заметкой: «Из-за войны в Европе комитет столкнулся с большими трудностями в переписке. От немецкого члена, профессора Оствальда, не было вестей в связи с этим отчетом. Возможно, цензура писем, как в Германии, так и в пути, привела к выкидышу». [26]
В рамках исследований Оствальда в области химического равновесия , химического сродства и кислотно-основных взаимодействий он признал, что многие общепринятые аналитические методы нарушают исследуемые химические системы. Поэтому он обратился к физическим измерениям как к суррогатным методам понимания этих важных фундаментальных явлений. Одним из таких физических измерений является измерение вязкости или сопротивления течению жидкости. Оствальд изобрел для этой цели устройство, состоящее из колб, которые действуют как резервуары для жидкости, с капилляром или тонкой трубкой между резервуарами. Время, необходимое жидкости для прохождения через капилляр из одного резервуара в другой, является показателем вязкости жидкости. Используя эталонный раствор, можно количественно определить вязкость жидкости. Оствальд обычно использовал это устройство для изучения поведения растворенных веществ в водных растворах. Эти устройства стали известны как вискозиметры Оствальда и в настоящее время широко используются в целях исследований и контроля качества . [27]
Оствальд разработал пипетку, которую можно было использовать для перекачивания и измерения жидкостей, особенно серозных . Позднее эта конструкция была усовершенствована Отто Фолином . Особенностью конструкции этого типа пипеток является груша на нижнем конце. Она стала известна как пипетка Оствальда-Фолина и широко используется в наше время. [28]
После выхода из академических кругов в 1906 году Оствальд заинтересовался систематизацией цветов , которая могла быть полезна как в науке, так и в искусстве. Он опубликовал «Цветной букварь» , а также «Цветной атлас» в период 1916–198 годов. Эти публикации установили взаимосвязь между различными визуальными цветами. [4]
Оствальд представил их как трехмерное представление цветового пространства , которое представляет собой топологическое тело, состоящее из двух конусов. Одна вершина конуса чисто белая, а другая чисто черная. Восемь основных цветов представлены по окружности или изогнутым поверхностям двух конусов. В этом представлении каждый цвет представляет собой смесь белого, черного и восьми основных цветов. Таким образом, каждый цвет представлен тремя степенями свободы . [29]
Такое представление цветов стало важным ранним шагом на пути к их систематизации, заменив восприятие цвета человеческим глазом объективной системой. Со временем достижения Оствальда в области цветоведения стали частью цветовых систем HSL и HSV . [29] Большая часть работы Оствальда по систематизации цвета была выполнена в сотрудничестве с Deutscher Werkbund , 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 Deutsche Bunsen-Gesellschaft für angewandte Physikalische Chemie [Немецкое общество Бунзена 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 основал журнал Annalen der Naturphilosophie («Анналы естественной философии»). В 1927 году он основал журнал Die Farbe («Цвет»). [4]
Оствальд был одним из директоров института «Ди Брюке» в Мюнхене и сыграл роль в его основании в 1911 году. Институт в значительной степени спонсировался из денег, полученных Оствальдом от Нобелевской премии. Через этот институт Оствальд намеревался разработать стандартизированную систему 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]
Помимо исследований в области химии, Вильгельм Оствальд работал в широком спектре областей. Его опубликованная работа, включающая многочисленные философские сочинения, насчитывает около сорока тысяч страниц. Оствальд также участвовал в движении за мир Берты фон Зуттнер . [33]
Помимо других своих интересов, Оствальд был страстным художником-любителем, который самостоятельно изготавливал пигменты. [34] Он оставил 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» – Оствальд [35]
Оствальд считал, что наука и искусство имеют общую цель: «справиться с бесконечным разнообразием явлений посредством формирования соответствующих понятий» [35] ... Ради этой цели наука строит «интеллектуальные идеи; искусство конструирует визуальные. " [35]
В последние десятилетия своей жизни Оствальд проявил сильный интерес к теории цвета . Он написал несколько публикаций в этой области, таких как «Malerbriefe» ( «Письма к художнику», 1904 г.) и «Die Farbenfibel» ( «Цветной букварь», 1916 г.). Его работа в области теории цвета находилась под влиянием работы Альберта Генри Манселла и, в свою очередь, повлияла на Пита Мондриана и других членов Де Стиджа [36] , а также Пола Клее и других членов школы Баухаус . [34] Теории Оствальда также повлияли на американцев Фабера Биррена и Эгберта Якобсона. [35]
Он также интересовался международным языковым движением, сначала изучая эсперанто , затем поддержав Идо . Он был членом комитета делегации по принятию международного вспомогательного языка . [37] [38] [39] Оствальд пожертвовал половину доходов от своей Нобелевской премии 1909 года движению Идо, [40] профинансировав журнал Ido 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 адаптации философии монизма . [42] Первоначально монизм был либеральным, пацифистским и интернациональным, ища в науке основу ценностей для поддержки социальных и политических реформ. Сам Оствальд разработал систему этики, основанную на науке, вокруг основной идеи о том, что нужно «не тратить энергию впустую, а преобразовывать ее в наиболее полезную форму». [43] [44]
В 1911 году Оствальд стал президентом Deutscher Monistenbund (Объединения монистов), основанного Эрнстом Геккелем . [45] Оствальд (и другие монисты) пропагандировали евгенику и эвтаназию , но только как добровольный выбор с целью предотвращения страданий. Предполагается, что монистическое продвижение таких идей косвенно облегчило принятие позднего социал-дарвинизма национал -социалистов . Оствальд умер до того, как нацисты приняли и навязали использование евгеники и эвтаназии 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 исследования фундаментальных принципов, лежащих в основе химического равновесия и скорости реакций. Начиная с 1904 года, он был номинирован на Нобелевскую премию 20 раз, а после своей собственной награды он представил девять номинаций других ученых на Нобелевскую премию. Сюда вошли две номинации Альберта Эйнштейна. [13] Оствальд пожертвовал более 40 000 долларов США из своей Нобелевской премии на развитие 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 признала экономическое влияние научного вклада 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 различных университетов Германии, Великобритании и США. В 1899 году король Саксонии присвоил ему звание гехаймрата , что к тому времени было признанием научного вклада Оствальда. [2]
В Гримме, Германия , на месте загородного дома Оствальда находится парк и музей Вильгельма Оствальда . В этом учреждении также хранятся многие научные работы Оствальда. [4] [53]
Кратер Оствальд , расположенный 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), родившаяся в Риге и умершая 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), родившийся в Лейпциге и умерший в Лейпциге. Вольфганг Оствальд стал выдающимся ученым в области коллоидной химии. [55] [56] [57]
Оствальд был посвящен в масонство Шотландского Устава и стал Великим Магистром Великой Ложи «Zur Aufgehenden Sonne» в Байройте . [58] [59]
В 1887 году он переехал в Лейпциг , где проработал до конца своей жизни. Выйдя на пенсию, он переехал в загородное поместье недалеко от Гроботена в Саксонии, которое назвал «Landhaus Energie». Большую часть оставшейся жизни он прожил в загородном поместье. [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 романа Джозефа Скибелла 2010 года « Излечимый 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.
