化學反應(yīng)動力學研究的大師謝苗諾夫

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尼古拉依?尼古拉那維奇?謝苗諾犬是杰出的蘇聯(lián)化學家、是蘇聯(lián)化學界的學術(shù)帶頭人之一,是蘇聯(lián)建國后第一個獲得諾貝爾獎的學者。 十月革命以后:列寧領(lǐng)導下的第一個社會主義國家。廣泛吸收各行各業(yè)的科學家參加和領(lǐng)導社會主義建設(shè)。例如,生理學家巴甫洛夫、化學家茲林斯基、物理學家約飛等知名學者,都曾被任命力教育或科研機構(gòu)的重要領(lǐng)導人,同時,在列寧的關(guān)心和指導下,政府為科技人員創(chuàng)造了良好的工作條件和生活條件,在蘇聯(lián)建國初期物質(zhì)條件極為艱苦的情況下,列寧還是設(shè)法給科技工作者以優(yōu)厚的待遇,并把培養(yǎng)人才作為頭等大事來抓,讓老專家充分發(fā)揮作用,培養(yǎng)了一大批科學新秀。謝苗諾夫就是在這樣的歷史背景下成長起來的天才的科學家。 1896年4月15日,謝苗諾夫出生于薩拉多夫。少年時代受過良好的教育,早在中小學階段,他就對物理學和化學有著濃厚的興趣,他學習認真,成績優(yōu)異。 1917年,年僅21歲的謝苗諾夫,以優(yōu)異的成績畢業(yè)于彼得格勒大學數(shù)學力學系,他是著名的蘇聯(lián)物理學家約飛的學生和助手。這段大學生活為他打下了良好的數(shù)學和物理學基礎(chǔ),也為他以后在理論化學方面的深入研究創(chuàng)造了條件,使他的知識結(jié)構(gòu)優(yōu)于一般化學家。 1920年到1930年,謝苗諾夫在約飛創(chuàng)辦的列寧格勒技術(shù)物理研究所工作,被任命為列寧格勒化學物理所所長,同時,在列寧格勒工學院兼職任教,并從1928年起擔任該學院的教授。1929年,他被選為蘇聯(lián)科學院的通訊院士,1932年彼選為正式院士。1944年,蘇聯(lián)科學院化學物理所遷到了莫斯科,作為該所所長的謝苗諾夫。也同時遷居莫斯科,并擔任了以羅蒙諾索夫名字命名的國立莫斯科大學的教授。 謝苗諾夫1947年加入蘇聯(lián)共產(chǎn)黨, 1961?1966年擔任蘇聯(lián)共產(chǎn)黨中央委員會候補委員,他還是蘇聯(lián)最高蘇維埃第五、六、七次代表大會代表。從1964年起,他擔任蘇維埃巴古什斯克地區(qū)委員會委員。在1957一1963年,謝苗諾夫擔任蘇聯(lián)科學院化學學部的秘書,1963一1971年,擔任化學學部的副秘書長。在1960年?1963年期間,他還兼任全蘇社會知識學會的理事長、他還是蘇聯(lián)科學院主席團成員。 謝苗諾夫非常成功地把研究工作、教學工作、科學團體的組織工作和社會活動緊密地結(jié)合起來,使四者互相促進、協(xié)同發(fā)展。謝苗諾夫因為在科學上的杰出貢獻,曾多次獲獎,許多外國科學院和科學團體把他選為院士或會員。他的專著《鏈式反應(yīng)》和《論化學動力學某些問題和反應(yīng)能力》等被各國翻譯出版。這位蘇聯(lián)學者在全世界享有極高的聲望。 1956年,瑞典科學院和諾貝爾基金會,為了表彰謝苗諾夫和英國化學家欣謝烏德在化學反應(yīng)動力學和反應(yīng)歷程研究中所取得的成就,讓他兩人分享了該年度的諾貝爾化學獎。謝苗諾夫是獲得這種最高國際科學獎的第三位俄國學者,也是蘇聯(lián)建國后,第一位榮獲這種獎的科學家。 謝苗諾夫很早就研究化學動力學問題,1916年起他曾發(fā)表過這方面的多篇學術(shù)論文,論文中詳盡地闡述了原子、分子的相互碰撞問題。此后,對化學反應(yīng)動力學和化學反應(yīng)歷程的研究成了他科學活動的基礎(chǔ)和中心。 自從范霍夫1901年首次獲得諾貝爾化學獎以后,經(jīng)過了5年,這種科學的最高獎賞,重又頒發(fā)給研究化學反應(yīng)動力學和化學反應(yīng)歷程的科學家,特別表彰了謝苗諾夫和欣謝烏德的科學貢獻,說明化學反應(yīng)動力學和化學反應(yīng)歷程一直是化學研究的重大課題。 謝苗諾夫的科研工作,幾乎全部用來研究化學反應(yīng)歷程和化學動力學問題,他對鏈式反應(yīng)歷程做了深入而全面的研究。鏈式反應(yīng)的發(fā)現(xiàn),標志著理論化學的研究進入到一個新的階段。傳統(tǒng)的化學,只注重反應(yīng)物和產(chǎn)物的研究,對于反應(yīng)物如何轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物,轉(zhuǎn)變的復雜機制和過程則很少注意。德國化學家博登斯但在1913年曾提出鏈式反應(yīng)的概念,用以解釋氫和氯反應(yīng)生成氯化氫的復雜過程,他認為,在這個反應(yīng)過程中會生成某種“中間體”。但是,博登斯但提出的“鏈反應(yīng)”和“中間體”說,還是一種假設(shè)和猜測。 德國物理化學家能斯特在1916年,提出了氯化氫生成的鏈反應(yīng)機理。他認為,在這個反應(yīng)過程中,會形成作為“中間體”的自由基。 Cl2??>2Cl? Cl? + H2 ??>HCl + H? H? +Cl2 ??> HCl + Cl? 在以上鏈反應(yīng)提出以后,有許多學者對此進行了進一步的深入研究。例如,威加特1922年曾用實驗證明了鏈反應(yīng)的存在,1923年克拉麥斯把鏈式反應(yīng)的機理用于光化反應(yīng)的研究。但是,在1927年以前,鏈反應(yīng)在化學上還不具有普遍的意義,它僅僅被用來解釋某些個別反應(yīng)。 1927年以后,謝苗諾夫系統(tǒng)地研究了鏈反應(yīng)機理,他在此項研究中,曾試圖對反應(yīng)歷程進行數(shù)學描述。謝苗諾夫認為,化學反應(yīng)有著極為復雜的過程,在反應(yīng)過程中有可能形成多種“中間產(chǎn)物”。在鏈式反應(yīng)中,這種“中間產(chǎn)物”就是“自由基”,“自由基”的數(shù)量和活性決定著反應(yīng)的方向、歷程和形式。鏈反應(yīng)不僅有簡單的直鏈反應(yīng),還會形成復雜的“分支”,所以,謝苗諸夫還提出了“分支鏈式”反應(yīng)的新概念。謝苗諾夫指出,鏈式反應(yīng)有著普遍的意義和廣泛的實用價值。在理論上,謝苗諾夫廣泛地研究了各種類型的鏈式反應(yīng),提出了鏈式反應(yīng)的普遍模式,他還試圖用這種反應(yīng)機理解釋新發(fā)現(xiàn)的化學振蕩現(xiàn)象。在應(yīng)用上,謝苗諾夫把鏈式反應(yīng)機理用于燃燒和爆炸過程的研究,揭示出燃燒和爆炸的聯(lián)系和區(qū)別。指出,燃燒是緩慢的爆炸,爆炸則是激烈的燃燒,他還指出了燃燒和爆炸的機制。 謝苗諾夫通過研究,豐富和發(fā)展了鏈式反應(yīng)的理論,奠定了分支鏈式反應(yīng)的理論基礎(chǔ)和實驗基礎(chǔ)。他認為,不僅在鏈式反應(yīng)的開始,而且在反應(yīng)過程中,化學反應(yīng)系統(tǒng)都會不斷地產(chǎn)生活化質(zhì)點,這些活化質(zhì)點,會對反應(yīng)進程產(chǎn)主影響,會使反應(yīng)中出現(xiàn)許多分支,如同樹*一樣,不斷地分支擴展。活化質(zhì)點的狀態(tài),還會影響到反應(yīng)的進展情況,會使某些反應(yīng)速度增大,而使另一些反應(yīng)過程減漫或難以進行。 謝苗諾夫用大量的實例證明,對化學反應(yīng)過程和化學反應(yīng)動力學的研究有重大的意義。他認為,化學反應(yīng)過程是化學作為更復雜的科學區(qū)別于物理學的基礎(chǔ)和標志。在化學過程中,物質(zhì)要發(fā)生極為復雜的變化,而在物理過程中,物質(zhì)的本性則沒有發(fā)生或很少發(fā)生變化。因此,化學過程是比物理過程更復雜的過程。謝苗諾夫認為,在化學史上,在相當長的一段時間中,化學家只注重于化學的始態(tài)和終態(tài)的研究,而忽視了過程,使化學動力學和化學過程的研究,落后于其他領(lǐng)域的研究,例如,對化學過程的研究就不如對化學結(jié)構(gòu)研究深入。他指出:“研究化學歷程的理論的發(fā)展,比研究化學結(jié)構(gòu)的理論的發(fā)展要曲折、復雜、困難得多! 謝苗諾夫在榮獲諾貝爾獎金時,發(fā)表了著名的演講,他在演講中十分強調(diào)地指出:“在化學理論的研究方面,要大大加強對化學動力學和化學復雜過程的研究,從而進一步弄清化學反應(yīng)歷程,對化學反應(yīng)逐步實現(xiàn)定量化!彼J為,“實現(xiàn)對各種化學反應(yīng)速度和化學反應(yīng)方向的精確定量的控制,這是化學理論研究的長遠任務(wù)?上,到目前為止,在化學工藝的理論方面,還遠遠落后于無線電技術(shù)、電子學和原子物理學等其他方面的研究,在這些方面,工。藝過程在相當大的程度上建立在理論預(yù)見和定量計算的基礎(chǔ)上。”為了使化學也和其他科學一樣,實現(xiàn)嚴密的定量化,“鏈式反應(yīng)理論“為解決這一問題,邁出了第一步! 謝苗諾夫在創(chuàng)立鏈式分支反應(yīng)理論時,曾深入研究和采用了前人的研究成果,他認真考察和分析了歷史上各位著名化學家提出鏈式反應(yīng)的思想,同時,他還把這種研究和化學實驗與化學工飛結(jié)合起來,成為理論聯(lián)系實際的光輝范例。謝苗諾夫的鏈式分支反應(yīng)理論,能夠正確他說明、鏈式反應(yīng)如何開始,如何進行以及反應(yīng)過程中的復雜變化和可能的方向。向時,還能得出關(guān)反應(yīng)速度的許多有價值的緒論。在謝苗諾大的鏈式分支反應(yīng)理論的指導下,甚至還能做到調(diào)控反應(yīng)過程,使化學反應(yīng)在希望的方向上進行,所以,他的這一輝煌成果,不僅可用來指導完善現(xiàn)有的化學工藝,而且還可以指導研究新的化學工藝。因此;化學家們一致認為:“謝苗諾夫的分支鏈式反應(yīng)理論是理論化學研究的一個里程碑。” 謝苗諾夫的理論深化了人們對復雜化學過程的認識,揭示了化學過程不同于物理過程的本質(zhì),指明了化學反應(yīng)復雜過程的過程和機理,這在認識論和方法論上也有重大的意義,謝苗諾夫及把理論研究和應(yīng)用研究有機地統(tǒng)一起來,促進了科學的進步和技術(shù)的發(fā)展。 謝苗諾夫倡導各種不同專業(yè)的科學家互相協(xié)作,他認為,化學理論的研究,應(yīng)當和其他自然科學互相聯(lián)系、互相滲透、要積極采用其它自然科學的理論方法,特別要注意積極采用數(shù)學和物理學的理論方法。他還指出,各種專家協(xié)同研究重大課題,對新技術(shù)革命和科學的未來具有重大意義。 作為一個世界著名的科學家,謝苗諾夫曾多次強調(diào)科學要為人類的幸福和社會的進步服務(wù),主張防止把科學成果用于危害人類的安全。他在榮獲諾貝爾獎金時發(fā)表的演講的最后,向全世界科學家們呼吁,“世界科學家共同努力,要使科學為世界的進步利益和人類的幸福,做出積極貢獻! 謝苗諾夫還是一位出色的教育家,他的教育思想和他的科學思想是一致的,主張理論聯(lián)系實際。他要求他的學生和其他青年科技工作者,無論是做教學工作的還是敞研究工作的,都不應(yīng)把自己死死地限制在課堂上或者實驗室里,要做到理論聯(lián)系實際,要努力解決國家和民族最急需最緊迫的問題,要使科學成果迅速轉(zhuǎn)化為直接生產(chǎn)力

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