| Emil Baur | |
|---|---|
| Němec Emil Baur | |
| Datum narození | 4. srpna 1873 |
| Místo narození | Ulm |
| Datum úmrtí | 14. března 1944 (ve věku 70 let) |
| Místo smrti | Curych |
| Země | |
| obsazení | fyzikální chemik |
| Děti | Arthur Baur |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
Emil Baur (1873–1944) byl německo-švýcarský fyzik, který pracoval na vzácných zeminách, mineralogii, chemické kinetice a rozsáhlém elektrochemickém výzkumu palivových článků.
Emil Baur se narodil v Ulmu ve Württembersku v jižním Německu 4. srpna 1873 jako syn Adolfa Baura, obchodníka a státního úředníka, a Agnes Baur, rozené Adam.
Po absolvování střední školy (gymnázia) v Ulmu a Baden-Badenu studoval Emil Baur chemii v Berlíně a Mnichově. Krátkou dobu pracoval pro Arabol Manufacturing Company v New Yorku, firmu specializující se na žvýkačky, lepidla a textilní chemikálie. Své první vědecké práce napsal v roce 1897. Následně se Baur stal asistentem Friedricha Wilhelma Muthmanna, profesora anorganické chemie na Technické univerzitě v Mnichově.
V roce 1901 napsal Baur disertační práci, která ho kvalifikovala k přednášení na německých univerzitách jako odborný asistent. Předmětem disertační práce bylo studium dusíkovo-vodíkového palivového článku s kapalným amoniakem jako elektrolytem. Práce byla uznána jako důležitá součást milníku ve vývoji syntetické výroby amoniaku.
Během zimního semestru 1904-1905 Baur sloužil jako asistent Wilhelma Ostwalda v Institutu pro fyzikální chemii v Lipsku a odtud odešel do Berlína, aby pracoval jako vědecký asistent na Imperial Health Office, založeném v roce 1876. O dva roky později přijal nabídku stát se profesorem fyzikální chemie a elektrochemie na Technické univerzitě v Braunschweigu.
V říjnu 1911 byl Baur jmenován profesorem fyzikální chemie a elektrochemie na Švýcarském federálním technologickém institutu, jednom z nejprestižnějších ústavů pro chemii a fyziku v Evropě, a tuto funkci zastával až do roku 1942, dokud neodešel do důchodu. Baur zemřel 14. března 1944.
Baur je autorem nebo spoluautorem tří knih a více než 160 článků, všechny v němčině, a lze jej považovat za plodného vědce. Ze 148 článků uvedených na Web of Science má 90 Baura jako jediného autora a 58 bylo napsáno s jedním nebo více spoluautory.
Spolu s Mutmannem, svým profesorem v Mnichově, Baur v roce 1900 zkoumal fosforescenční spektra lanthanu a yttria. Na tuto linii výzkumu navázala další spolupráce, tentokrát s jeho kolegou z Mnichova Robertem Markem, která se zabývala tolik diskutovaným problémem množství prvků vzácných zemin. Baur a Mark ukázali, že čisté yttrium, gadolinium a lanthan neposkytují nespojitá luminiscenční spektra, což je v rozporu s pozorováním Crookese a Boisbaudrana, kteří věřili, že tyto kovy vzácných zemin nejsou elementární. Baurův raný výzkum vzácných zemin nebyl nijak zvlášť působivý, ale byl mezi odborníky v oboru dobře známý [1] [2] .
O dekádu později se Baur vrátil k problematice vzácných zemin, tentokrát na téma periodické tabulky. Netrvalo dlouho a rentgenová spektroskopie a radiochemie objevily existenci atomového čísla, a to v době, kdy chemici stále věřili, že atomová hmotnost je principem uspořádání periodického systému. Baur založil svou analýzu periodické tabulky na křivce atomového objemu, kterou původně předvedl Lothar Meyer v roce 1870, ale místo vykreslování atomových objemů z atomových vah použil Baur logaritmy objemů. Zjistil tedy, že vzácné zeminy tvoří klikatou linii začínající lanthanem pod bariem a končící lutetiem nad tantalem. Baur dospěl k závěru, že existuje dvanáct prvků vzácných zemin. Lanthan patřil do skupiny III, série 8, a cer do skupiny IV, série 8, a zbývající prvky byly umístěny ve vlastní skupině mezi lanthan a cer. Podle Baura z jeho díla vyplynulo, že nemůže existovat více prvků než těch, které jsou již známé. V tomto se samozřejmě zcela mýlil. Teprve s pokroky v rentgenové spektroskopii a atomové teorii byla nakonec vyřešena obtížná otázka pozice prvků vzácných zemin v periodické tabulce [3] .
V mládí se Baur vážně zajímal o mineralogii, geologii a geochemii, předměty, které figurovaly na předních místech v jeho knize o chemické kosmografii ao nichž napsal několik vědeckých prací. Na počátku dvacátého století vzrostl zájem o aplikaci fyzikální chemie v geologii a mineralogii a Baur k tomuto trendu přispěl. V článku z roku 1903 zkoumal podmínky, za kterých vzniká křemen zahříváním amorfního oxidu křemičitého (SiO 2 ) s hlinitanem draselným (K 2 Al 2 O 4 ) při vysoké teplotě a tlaku. Baur ilustroval své výsledky pomocí diagramů založených na Gibbsově a van't Hoffově fázovém pravidle, které mohlo být první mineralogickou aplikací tohoto pravidla [4] . Britský fyzikální chemik Alexander Findlay ve třetím vydání své monografie o fázovém pravidle upozornil na Baurův článek a poukázal na to, že studium fázového pravidla aplikovaného na tvorbu minerálů, i když je stále v plenkách, zastávalo příslib bohaté úrody v budoucnu“.
Během první poloviny dvacátého století se několik chemiků a oceánografů pokusilo určit množství zlata v mořské vodě a pokud možno drahý kov vytěžit. Baur byl jedním z nich. V roce 1913 mu byl udělen britský patent (BP 16898) na proces získávání drahých kovů z vysoce zředěných roztoků, po kterém v roce 1916 následoval německý patent (DRP 272654). Patenty však nedokázaly přitáhnout komerční zájem.
Po drtivé porážce Německa v první světové válce vyvinul Fritz Haber a jeho Institut císaře Viléma pro fyzikální chemii v Berlíně ambiciózní plán těžby zlata z mořské vody v průmyslovém měřítku. V roce 1927 byl však nucen přiznat, že průměrná koncentrace zlata ve světových oceánech je příliš nízká na to, aby zajistila ekonomické oživení. Baur pozorně sledoval Haberovu práci a v roce 1942 napsal na toto téma dvě systematické recenze, které obsahovaly návrhy nových metod těžby zlata. Podle výsledků získaných Baurem a jeho spolupracovníky v Curychu byly koncentrace zlata v oceánu – v průměru 0,01 mg/m3 – příliš nízké. Na vyloučení těžby zlata na bázi mořské vody však bylo podle jejich názoru příliš brzy [5] [6] . Zatímco Baur odešel od oceánografických určování zlata, jeho doktorand Walter Stark pokračoval ve výzkumu. Pomocí metod měření Baura a Kocha Stark zjistil, že v některých evropských zemích byl obsah zlata v mořské vodě až 2 mg/m −3 .
Během zimního semestru 1902-1903 měl Baur na Technické univerzitě v Mnichově sérii veřejných přednášek o tom, co nazýval „chemická kosmografie“. Tímto pojmem mínil chemické procesy v celé přírodě, které rozdělil do tří skupin: chemie hvězd, chemické přeměny v zemské kůře a chemické aspekty organické přírody. Kniha se skládala ze 14 kapitol, z nichž každá odpovídá přednášce ze série přednášek v Mnichově. V první přednášce o chemii Slunce Baur podpořil hypotézu o mimozemském prvku zvaném coronium. Ve shodě s několika dalšími tehdejšími chemiky a astronomy navrhl, že koronium je lehčí než vodík. Až v roce 1939 byly spektrální čáry koronia identifikovány jako důsledek iontu Fe3 + .
Baurův rozsáhlý výzkum propojit chemickou laboratoř s oblohou studovanou astronomy byl podobný tomu, co bylo v té době známé jako "kosmická fyzika". Rozdíl byl v tom, že jeho přístup byl více chemický než fyzikální. Baurův studijní obor zahrnoval mnoho z těch, kterými se zabývali vesmírní fyzici, jako je struktura Slunce, meteority, komety, sopky a složení mořské vody. Byl však ještě rozsáhlejší a zahrnoval i aspekty organické přírody, včetně biochemie, fotosyntézy, fermentačních procesů a povahy života.
Ve své diskusi o teplotě Slunce Baur představil nový Max-Planckův zákon záření, který brzy způsobil revoluci ve fyzice. Pro Baura a většinu jeho současníků byl však Planckův zákon primárně empirický a byl zajímavý jednoduše proto, že poměrně přesně reprezentoval spektrum tepelného záření.
V každém případě byla Baurova chemická kosmografie ojedinělým případem a ne pokusem o vytvoření nového oboru vědy, vesmírné chemie, jako je vesmírná fyzika. Takzvaná kosmochemie nakonec vznikla jako pokračování geochemie, ale to se stalo až o čtyři desetiletí později a Baur na tom neměl žádný podíl.
Důvodem, proč Baurovo jméno stále zůstává v historii vědy, je především jeho systematická práce na elektrochemických procesech obecně a palivových článcích zvláště. V těchto oblastech získal několik patentů, včetně německého patentu z roku 1920 s Treadwellem na uhlíkové články s pevnými elektrolyty (DRP 325783), amerického patentu z roku 1925 na extrakci vodíku a kyslíku elektrolýzou (US 1543357A) a švýcarského patentu z roku 1939. pro nový typ článků na tuhá paliva (CH 204347).
Laboratoř fyzikální chemie Švýcarského federálního technologického institutu zahájila výzkum palivových článků v roce 1912, kdy Baur a Ehrenberg ohlásili experimenty využívající například roztavené stříbro jako katodu a uhlíkovou nebo železnou tyč jako anodu [7] . Jako elektrolyt používali různé roztavené soli zahřáté na 1000 °C, včetně NaOH, KNaCO 3 a NaB 4 O 7 . Během následujících dvou desetiletí Baur a jeho spolupracovníci vyzkoušeli širokou škálu modifikací palivových článků a v roce 1921 tvrdili, že dokázali, že je technicky možné postavit stabilní a výkonné články s roztavenými uhličitanovými elektrolyty.
Ve své poslední publikaci na toto téma, krátkém přehledu v roce 1939, Baur uznal, že požadovaného cíle článku, který by generoval elektrickou energii s vysokou účinností ze spalného tepla, nebylo dosaženo. Recenzi však zakončil optimisticky: „I když pouze 50 % energie spalování paliva může být nakonec převedeno jako elektřina do rozvaděče elektrárny s palivovými články, bude to znamenat revoluci v globální energetické ekonomice.“ [osm]
V polovině 30. let Baur dospěl k závěru, že účinné palivové články musí být zcela suché. V dalším důležitém článku z roku 1937, tentokrát ve spolupráci s Hansem Preisem, dva chemici informovali o sérii experimentů na palivových článcích s pevnými elektrolyty ve formě relativně vysoce vodivých keramických materiálů. Zjistili, že zirkoniová keramika obsahující 85 % Zr02 a 15 % Y203 byla nejlepším, ne - li zcela vyhovujícím materiálem . Látka tohoto složení je známá jako „Nernstova hmota“, protože její vodivé vlastnosti jako první objevil Nernst, který ji koncem 90. let 19. století použil jako zdroj světla v tzv. Nernstově lampě. Baur a Preuss používali elektrolyt z Nernstovy hmoty a také používali železo a magnetit (Fe 3 O 4 ) jako anodu a katodu. Pomocí sady osmi těchto článků zkonstruovali testovací baterii, ale ačkoliv baterie fungovala, její výstupní proud byl příliš nízký na to, aby byl praktický. Odhadli však, že jeho objemová hustota výkonu by mohla konkurovat klasickým parním elektrárnám.
I když baterie BaurPreis nebyla komerčně využitelná, jednalo se o významný úspěch, který přitáhl velkou pozornost pro další výzkum. Článek získal 84 citací ve vědeckém časopise (Web of Science), čímž se stal nejcitovanějším z mnoha Baurových prací. Dnes se v palivových článcích široce používají elektrolyty zirkonium-yttrium a zirkonium-cer, které jako první studovali Baur a Preis. Baur a jeho skupina byli průkopníky ve dvou typech palivových článků, které v současnosti přitahují největší pozornost, a to palivových článcích s pevným oxidem a palivových článcích s roztaveným uhličitanem.
V roce 1905 se Emil Baur oženil s Ottilie Mayer, se kterou měl dvě děti: Alici, narozenou v roce 1908, a Arthura , narozenou v roce 1915. Ten se stal slavným spisovatelem a lingvistou.
Podle jeho životopisce a spoluautora Williama Treadwella měl Baur „neobvykle široké znalosti přírodní filozofie a humanistické kultury“. Možná se o to zajímal už od mládí, jak dokládá jeho korespondence se slavným vídeňským filozofem-fyzikem Ernstem Machem. Baur se v té době zajímal o otázku, zda lze život vysvětlit čistě chemickými termíny, na kterou se Mach vyjádřil. "Nevěřím, že chemické zákony, které v současnosti známe, jsou dostatečné k vysvětlení organického života," řekl Mach svému mladému zpravodaji. Na druhou stranu Mach nevyloučil, že se takové vysvětlení v budoucnu objeví.
Dalším důkazem Baurových humanistických zájmů je zasvěcená recenze, kterou napsal na knihu zabývající se vztahem vědy a umění. Knihu napsal Felix Auerbach, německý fyzik, humanista a propagátor umění. V roce 1935 Baur anonymně publikoval Chiaroscuro , literárně-filozofický román , ve kterém podrobně rozebral svůj panteisticky zabarvený pohled na kulturu, náboženství a přírodu.
Baur se nejen narodil ve stejném městě jako Einstein, ale také se se slavným fyzikem seznámil během Einsteinova krátkého působení jako profesor na Švýcarském federálním technologickém institutu od léta 1912 do jara 1914. V biografii Einsteina publikované v roce 1934 popsal vědec Reichinstein, jak se Baur setkal s otcem teorie relativity: „Můj přítel, profesor Baur, se chtěl s Einsteinem setkat. Zmínil jsem se o tom Einsteinovi a mluvil o dobrých vlastnostech mého přítele. Šli jsme do malé kavárny, kde na nás čekal Baur.“ Podle Reichinsteina udělal Einstein na Baura hluboký dojem. Byl ohromen Einsteinovými hlubokými znalostmi vědecké literatury v tak raném věku. Baur později také řekl: „Einstein extemporizuje nejtěžší otázky se stejnou lehkostí, jako by mluvil o počasí. Jiným to trvá dlouho a musí tvrdě pracovat, aby pochopili a strávili každou z těchto věcí, o kterých mluvil.“