| Kazimír Fajáns | |
|---|---|
| Kazimierz Fajans | |
| Datum narození | 27. května 1887 |
| Místo narození | Varšava , Polské království |
| Datum úmrtí | 18. května 1975 (87 let) |
| Místo smrti | Ann Arbor , Michigan , USA |
| Země | |
| Vědecká sféra | fyzikální chemie |
| Místo výkonu práce | |
| Alma mater | |
| Akademický titul | Profesor |
| Ocenění a ceny | člen Americké fyzikální společnosti [d] |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
Kasimir Fajans (narozený Kasimir Fajans; 1887–1975) byl americký fyzikální chemik a radiochemik polsko-židovského původu. Významně přispěl k rozvoji radiochemie , studoval roli iontové polarizace při charakterizaci prvků, jejich fyzikálních a chemických vlastnostech.
Casimir Fajans se narodil ve Varšavě v Polsku 27. května 1887. Byl druhým z pěti dětí narozených Židům Hermanovi a Wandě (Wolberg) Fajansovým. Jejich každodenním jazykem byla spíše polština než jidiš .
Rodiče měli příbuzné, kteří dosáhli úspěchů v různých oblastech: věda, lékařství, hudba, fotografie, byli členy vlády, účastnili se polských vlasteneckých hnutí.
Jako dítě byla fajáns několik let vyučována doma soukromými učiteli. Později se přestěhoval na vysokou školu, kde měl zaujatost v přírodních vědách. Vzhledem k tomu, že Polsko bylo v té době součástí Ruské říše, ve všech školách se vyžadovalo použití pouze ruštiny a polsky se nesmělo mluvit.
K první události související s vědeckou činností Fajence došlo, když mu bylo devět let, když odpočíval se svou rodinou v letním letovisku. Jeho otec přinesl knihy o nově objevených rentgenových snímcích . První fotografie kostí lidské ruky z těchto knih udělaly na Fajáns velký dojem.
Politická situace v Polsku se mezitím začala zhoršovat. I na univerzitní úrovni se musely všechny předměty vyučovat v ruštině a bylo omezeno přijímání židovských studentů. Fajence se proto rozhodla Polsko opustit. Se souhlasem svého otce se rozhodl vstoupit na univerzitu v Lipsku s úmyslem studovat biologii. Ale brzy se mu zalíbila chemie a ztratil zájem o biologii. Pravděpodobně se tak stalo mimo jiné, mezi jeho učitele patřil i slavný Wilhelm Ostwald , který byl profesorem chemie na univerzitě.
Vědecká atmosféra na fakultě v Lipsku se ukázala jako velmi motivující a Fajans se snažil navštěvovat co nejvíce seminářů. I když na těchto seminářích příliš nerozuměl, ocenil možnost setkat se s významnými vědci.
Ostwald odešel v roce 1907. To vedlo k odchodu dalších slavných učitelů, včetně M. Bodensteina a R. Luthera . Ve stejném roce se Faience přestěhoval do Heidelbergu , kde studoval u Georga Brediga . Tento vědec se zajímal o katalýzu, nový obor na pomezí fyzikální a organické chemie, který byl v souladu se zájmy Faience. V důsledku spolupráce s Bredigem Fajans získal titul Ph.D. a v říjnu 1909 mu byla udělena cena Victora Meyera . Během posledního semestru v Heidelbergu se Fajans setkal se Salome Kaplanovou, studentkou medicíny, se kterou se brzy oženil.
Fajans pociťoval nedostatek znalostí v oblasti organické chemie, a tak se rozhodl v této oblasti dále pracovat, aby zúročil poznatky získané v oblasti fyzikální chemie. Přihlásil se na postdoktorandské stipendium u Emila Fischera . Fischer neměl v laboratoři žádná volná místa, a tak Faience začala pracovat s Richardem Illstaterem v Curychu. Fajáns brzy ztratil iluze z organické chemie. Zjistil, že se mu nelíbí vysoký stupeň empirie tehdy převládající v organické chemii. Fajans proto došel k závěru, že jeho studijním oborem by neměla být organická, ale fyzikální chemie. Rozhodl se proto požádat o postgraduální místo v Rutherfordově laboratoři v Manchesteru . Faience a Salome Kaplanovi se vzali před odjezdem do Anglie.
Rutherford měl schopnost používat velmi jednoduché experimenty k dosažení důležitých výsledků. Faienceův obdiv k tomuto vynikajícímu vědci a jeho metodám práce bezpochyby ovlivnily jeho vlastní budoucí metodologii ve studiu atomů, molekul, kapalin a pevných látek.
Faience se měl vrátit do Heidelbergu poté, co dokončil svou práci v Manchesteru. Jeho doktorandský mentor Bredig však následoval Fritze Habera do Karlsruhe a v roce 1911 pozval Fajanse, aby se k němu připojil jako hlavní asistent. Pozvání bylo přijato. V Karlsruhe ale nebyla žádná lékařská škola, kde by Salome mohla dostudovat, a tak zůstala v Manchesteru, zatímco Fajans ji čas od času navštěvoval.
Spolu se svými studenty v Karlsruhe dokázal Fajans udělat velké pokroky ve vývoji radiochemie. Po přečtení Lucas-Lerchova pravidla o radioaktivním rozpadu (pravidlo, že všechny prvky vyzařující záření se stávají ušlechtilejšími), Fajans řekl, že to nemůže být pravda. Na konci roku 1912 Fajans pronesl prohlášení, že pouze beta rozpad vede ke vzniku vznešenějšího prvku. To následně vedlo k objevu slavného zákona o radioaktivních přesunech .
S pomocí zákona přemístění objevil Fajans (s Heringem ) prvek číslo 91 ve formě jednoho z jeho krátkodobých izotopů, který byl pojmenován brevium. Bohužel jsou to Otto Hahn a Lise Meitner , kteří jsou obvykle připisováni za objev tohoto prvku ( protaktinium ). Tento objev učinili pět let po Faience na základě jeho výzkumu.
Fajáns objevil další důležité pravidlo v radiochemii. Byl to vztah mezi atomovou hmotností a stabilitou radioaktivních izotopů (neboli členů galaxie, jak Fajans původně takové skupiny nazýval). Toto pravidlo začalo nabývat na významu až ve 40. letech 20. století s rozvojem jaderné fyziky .
S vypuknutím první světové války v roce 1914 se situace v Karlsruhe zhoršila. Většina studentů musela univerzitu opustit. Fajáns, ruský předmět, nesměl vyučovat, pouze pracovat v laboratoři. Každý den se musel hlásit na policejní stanici.
Před koncem války se Polsko stalo nezávislou zemí a Fajans měl určitou naději na získání místa na Varšavské univerzitě , ale nestalo se tak. Nernst v Berlíně projevil zájem o to, aby se k němu Fajáns připojil, ale brzy se objevila další nabídka a Fajáns na Willstetterovo pozvání odjel místo do Berlína na univerzitu v Mnichově . Richard Willstetter, který vystřídal Adolfa von Bayera , rozpoznal důležitost fyzikální chemie, a tak v roce 1917 nabídl Faience místo na univerzitě.
Po příjezdu do Mnichova Fajans místo radiochemie začal studovat faktory, které určují chemické vazby a vlastnosti atomů a molekul v pevném, kapalném a plynném skupenství. Dá se říci, že zde začala Faienceova kariéra ve fyzikální chemii. K práci v radiochemii se vrátil až téměř 20 let po svém odchodu z Německa.
V roce 1928 Fajans publikoval své myšlenky o důležitosti vzájemné polarizace aniontů a kationtů . To se stalo opakujícím se tématem jeho výzkumu po zbytek jeho kariéry. Fajans se k tehdy populární teorii aditivity iontových poloměrů choval s neskrývaným despektem.
Faienceovy přednášky na Cornellově univerzitě v roce 1930 a jejich následná publikace poskytly americkému publiku větší expozici jeho práci. Ve stejné době obdržel Faience dobrou zprávu, že Rockefellerova nadace se rozhodla financovat nový Ústav fyzikální chemie v Mnichově s Faiencem jako ředitelem. Byl postaven v roce 1932 a sestával z dobře vybavené třípatrové budovy se střešní terasou pro hosty a odpolední laboratorní čaje.
Faience bohužel nebylo souzeno užívat si svého nového institutu dlouho. Hitlerův vzestup znamenal, že on a jeho rodina budou muset dříve nebo později Mnichov opustit. Rockefellerova nadace byla optimistická, že fašistický režim brzy padne, a požádala Faience, aby trpělivě čekala. Žádní noví studenti se však neobjevili a v laboratoři mu musela pomáhat manželka Faience. Jejich známí byli označeni a posláni do koncentračních táborů. V roce 1934 Fajans publikoval jednu ze svých posledních prací napsaných v Německu v německém časopise o fyzikální chemii a následující rok byl nucen tuto zemi opustit.
Edgar, Faiencein nejstarší syn, se narodil v Manchesteru, takže Faience mohla získat anglické občanství. Právě dokončil doktorát ve Frankfurtu a mohl odcestovat do Londýna za prací. F.D. Donnanová . Mladý Stefan, narozený v Mnichově, byl poslán do soukromé internátní školy v Cambridge . Fajánci stačilo najít vhodnou práci. Jmenování na roční stáž v Cambridge mu umožnilo dokončit některá studia. Před odjezdem z Mnichova mu byla nabídnuta profesura na University of Michigan a v roce 1936 Faience přijel do Ann Arbor se svou ženou a nejmladším synem .
Na rozdíl od Evropy byla v amerických chemických kruzích věnována poměrně malá pozornost tématu iontové polarizace, na kterou se zaměřila velká část Faienceových prací. Role iontové polarizace při určování stavu, reaktivity, rozpustnosti a krystalových struktur prvků a sloučenin byla do značné míry ignorována. Místo toho byla k vysvětlení některých stejných jevů široce používána pravidla „poměru poloměru“, ačkoli Faienceova charakterizace tak jednoduchých sloučenin, jako jsou halogenidy cesia a thallia, do této teorie nezapadala. Teorie elektronových párů - oktety , mezomerický efekt , rezonance a hybridizace byly obecným vědeckým jazykem a zajistily kvalitativní sjednocení celé chemie. Američtí vědci však tuto terminologii ve své práci často nepoužívali a implikovali pochybně vysokou míru kvantově mechanického zdůvodnění některých kvalitativních tvrzení.
Většina počátečního výzkumu Fajanse a jeho studentů v Michiganu se zaměřila na radiochemii. Tomu napomohl volný přístup k cyklotronu hluboko pod zemí v budově Fyzikální fakulty. Právě přítomnost cyklotronu hrála důležitou roli ve Faienceově rozhodnutí přestěhovat se do Michiganu.
V roce 1940 se také široce věřilo, že on, stejně jako před ním Soddy , Born , Gaber a Hahn, získá Nobelovu cenu. Vyznamenání však bylo v letech 1940 až 1942 pozastaveno a později ho z neznámých důvodů nedostal. Faience byl kandidátem na zařazení do projektu Manhattan , ale skutečnost, že měl nejbližší příbuzné v Polsku, to vylučovala.
Elektronické přístroje zavedené do radiochemické laboratoře za 20 let, které uplynuly od jeho předchozího výzkumu, pro něj nebyly ničím výjimečným a jeho zájem o tuto oblast brzy vyprchal.
Asi pět let po Faienceově příjezdu do Michiganu se Theodore Berlin stal jedním z jeho doktorandů . Tento muž se zajímal o teoretickou chemii a fyziku a jeho spolupráce s Faience vedla k Faienceovu poslednímu velkému příspěvku k fyzikální chemii, kvantové teorii chemické vazby a struktury.
Roky 1945-1960 jsou pravděpodobně obdobím Faienceho nejplodnějšího díla ve Spojených státech, převážně v důsledku jeho spolupráce s průmyslovou chemickou komunitou. Jeho spolupráce v letech 1944 až 1947 s Glass Science Research Foundation, která zastupovala společnosti ve sklářském průmyslu, vedla ke spoluautorskému článku s Norbertem Kreidlem o teorii tvorby skla [1] . Tato plodná spolupráce ve sklářském průmyslu skončila čtyři roky po svém vzniku z antimonopolních důvodů.
Fajans svou kvantovou teorii nepovažoval za komplexní kvantitativní teorii spojení a struktury. Byl však velmi pevný ve své víře, že je lepší než kvalitativní koncepty teorie valenčních vazeb široce používané v té době a více v souladu se základní fyzikální teorií (včetně kvantové mechaniky ).
Na rozdíl od průmyslové komunity byla americká akademická komunita k Faienceově kvantové teorii do značné míry nepřátelská nebo v nejlepším případě lhostejná. Jak poznamenal Gurvich :
"Vědecká komunita většinou tuto teorii považovala za chybu velkého vědce, jako marný pokus o zvrácení běhu vědy. V nejlepším případě byla kvantová teorie prošlá mlčením."
Jedním z hlavních důvodů minimálního vlivu Faience na americkou akademickou společnost byla dominance organické a organokovové chemie v amerických chemických kruzích a relativní zanedbávání klasické chemie pevných látek , jak byla vyvinuta v kontinentální Evropě po první světové válce. To vedlo k tomu, že jeho američtí kolegové nedocenili a nechápali mnoho z jeho průkopnické práce na téma iontové polarizace.
Fajans byl nespokojený, že na rozdíl od mnoha jeho kolegů z radiochemie nedostal Nobelovu cenu. Možná ho naštvala i Nobelova cena pro Odda Hassela , který byl Faienceovým asistentem v Mnichově, protože ho nepovažoval za jednoho ze svých vynikajících žáků. Pro Faience bylo samozřejmě také těžké převzít cenu Paulingovi , s nímž tak často nesouhlasil v teorii chemické vazby.
Po roce volna se Faience stal v roce 1957 čestným profesorem. Po jeho odchodu do důchodu pokračoval v aktivním psaní o iontové polarizaci a kvantové teorii až do počátku 70. let. Faience zemřela 18. května 1975 na problémy se srdcem a ledvinami. Jeho manželka Salome udržovala kontakt s mnoha jeho bývalými studenty a přáteli až do své smrti v roce 1982.
Fajans napsal svou disertační práci v Heidelbergu na téma „Parciální oddělení stereochemických izomerů asymetrickou katalýzou“ [2] . Jeho objev během této práce cílené dekarboxylace kyseliny kafrové byl prvním použitím syntetické sloučeniny k napodobení stereospecifických katalytických vlastností enzymů.
V Manchesteru Fajansova práce zahrnovala objev větvení při přeměnách radioelementů a měření poločasů řádově 10 -1 a 10 -3 sekund a vedla ke společným publikacím s Moseleym a Macoverem [3] [4] .
Fajáns byl jedním z prvních, kdo dospěl k závěru, že atomová hmotnost prvku není základní konstantou, jak se mnozí domnívali. Spolu s Lambertem a Richardsem určil atomovou hmotnost olova získaného z radioaktivních minerálů a porovnal ji s běžným olovem. Výsledek byl následující: olovo z nového vzorku rudy mělo nižší atomovou hmotnost, 206,5, ve srovnání s 207,2 u konvenčního olova. Pravidla pro koprecipitaci nejmenších koncentrací radioelementů formulovali také Fajans a P. Beer . Byly potvrzeny Fritzem Panetem a doplněny Fajansem a jeho kolegy a Otto Hahnem v letech 1913 až 1926 [5] [6] .
Jedním z prvních plodů Faienceovy práce ve fyzikální chemii byl experimentální důkaz toho, co by se správně mělo nazývat termochemický cyklus Born-Fajans-Haber . Studie byla publikována v roce 1919 [7] . Faienceovy termochemické studie se rozšířily také na diamant, grafit, alifatické a aromatické sloučeniny.
Již v roce 1920 Fajans a H. Grimm v důsledku studia halogenidů sodíku a draslíku rozpoznali klam přiřazování konstantních poloměrů iontům. Do roku 1923 na základě další práce s Georgem Josem navrhl závislost poloměru aniontu na polarizačním účinku kationtu [8] . Je možné poznamenat, že Fajans vyložil a praktikoval formu teorie krystalového pole desetiletí předtím, než byla aplikována na dd spektroskopické přechody. Již v roce 1925 Fajans předpověděl, že NaF (a nikoli CsF, jak napsal Coulson) bude nejpolárnějším z halogenidů alkalických kovů, a o 38 let později to experimentálně potvrdili kanadští vědci.
Další Fajansovy studie během jeho působení v Mnichově se týkaly fotochemie [9] , absorpce barviv, rozsáhlých refraktometrických studií [10] .
Termín kvantové byl veřejně představen v práci Faience a Berlína na jarním setkání Americké chemické společnosti v Detroitu v roce 1943. Fajans a Berlin jej navrhli jako veličinu, která nejpřesněji popisuje teorii „skupin elektronů kvantovaných s ohledem na jeden nebo více kladných nábojů nebo jader“. Kvantikula sodíkového kationtu byla tedy prezentována ve formě nám již známého Na 1+ jako platná zkratka pro (Na 11+ )1 2 2 8 a Cl 1- - pro často se vyskytující kvantitu argonu podobný anion (Cl 17+ )1 2 2 8 3 8 . Elektrony binukleárního kvantikulu byly identifikovány římskými číslicemi I, II, jako v N 2 = N 5+ (I 2 II 8 )N 5+ , aby se odlišily od známých Bohrových a Hand-Mullikenových kvantových čísel. Teorie, která vzešla z Faienceova dlouhého studia polarizace a deformace iontů a srovnávání molekul, jako je H 2 a Li 2 , používala koncepty spojitých a nespojitých změn v distribuci elektronů během tvorby molekul, což vedlo k změna v kvantování hustoty elektronů vzhledem ke kladně nabitým jádrům.
V roce 1951 vyšel článek shrnující práci Fajanse a Berlina na kvantikách [11] . Článek hovořil o homonukleárních a heteronukleárních molekulách a o přítomnosti vazebných a antivazebných oblastí v prostoru mezi jádry. Práce také potvrdila platnost Gelman-Feynmanova teorému , který byl dříve napaden Coulsonem a dalšími vědci.
Faience a Stephen Barber provedli studii skel z oxidu boritého. Jejich výsledky byly publikovány v roce 1952 [12] . Článek hovořil o nedostatečnosti teorie sítí při charakterizaci stavů skel při nízkých a středních teplotách. Byla navržena molekulární struktura se slabými vazbami, které postupně zesilovaly při vyšších teplotách. Fajans a Stephen Barber navrhli, že oxid boritý se v některých případech chová, jako by měl strukturu podobnou struktuře P 4 O 10 . Ačkoli J.D. Mackenzie a další učenci s tímto kontroverzním výkladem nesouhlasili, Fajans a Barber našli zastánce, včetně N.N. Sobolev a jeho kolegové v Rusku.
Jeho otec Herman Faience, pohledný, dobrotivý a všemi milovaný, byl úspěšným obchodníkem zastupujícím velkou textilní společnost Geiers. Díky těmto aktivitám si můj otec uvědomil přínos chemie pro technologii barvení. Je jasné, že si velmi přál, aby jeho syn pokračoval ve studiu chemie barviv a získal práci v textilní továrně. Faience se však více než technologie zajímala o čistou vědu. Je zajímavé poznamenat, že středoškolským učitelem fyziky Faienceina otce byl otec Marie Skłodowské-Curie .
Casimir Fajans měl dva syny: Edgara a Alana. Edgar Fajans, který udělal kariéru v British Borax, se po smrti svého otce přestěhoval do Spojených států amerických a stal se vedoucím výzkumné divize American Potash a poté Imperial Chemical Industries. Stefan Fajans získal doktorát v Michiganu a poté se na University of Michigan stal profesorem vnitřního lékařství a vedoucím oddělení endokrinologie a metabolismu se specializací na studium diabetu. V roce 1988 se stal čestným profesorem.
Fajáns vyžadoval, aby studenti byli kritičtí k vysvětlení chemických jevů. Byl skeptický k metodám výuky, které v té době existovaly ve Spojených státech. Nemohl pochopit, jak může student vystudovat střední školu, aniž by studoval fyziku, předmět, který považoval za ještě důležitější než chemii.
Fajáns se nedržel konkrétního učebního plánu a jeho přednášky byly plné odboček. Proto bylo pro studenty, kteří teprve začínali studovat chemické obory, obtížné materiál asimilovat. Navzdory tomu Faienceho přednášky poskytly příležitost studovat látku na hlubší úrovni. Dveře jeho kanceláře byly navíc vždy otevřené pro každého studenta.
Faience byl dobrý přednášející, a tak byl zván přednášet na různé univerzity: Columbia University, Harvard, Yale, Princeton, Chicago a další americké univerzity.
Kolegové v Manchesteru: J. Chadwick, C. G. Darwin, G. von Hevesy, G. N. Antonov, W. Macover a H. G. Moseley.
Kolegové v Mnichově: W. Roentgen, profesor experimentální fyziky; A. Sommerfeld, profesor teoretické fyziky; P. Groth, profesor mineralogie a krystalografie; O. Henigschmidt, profesor analytické chemie.
Faienceova kritika jeho kolegů vědců vytvořila rostoucí odcizení vůči němu ve vědecké komunitě. Fajans také neměl dobré vztahy s redakcemi amerických časopisů. Někteří redaktoři nechápali Faienceho koncepty a jiní nechtěli nechat jeho názory houpat loď zavedených vědeckých konceptů. Dokonce i klíčový berlínský článek z roku 1951 byl několikrát zamítnut, než byl publikován. Faienceovo zapojení do recenzování vydaných knih se vyvinulo v rivalitu mezi ním a editorem.
Je třeba si také všimnout nepružného postoje Fajany k formě, délce a obsahu článků. William Kieffer, redaktor Journal of Chemistry Education, se jednou začal zajímat o publikování o něco kratší verze Faienceových německých novin, které se objevily v Chimii. Pro Faience to byla skvělá příležitost k širšímu šíření jeho názorů, ale kategoricky odmítl jakékoli zkratky a článek nebyl publikován.
Jak se blížil odchod do důchodu, Fajansova přítomnost na seminářích fyzikální chemie byla čím dál nesnesitelnější. Měl ochotu kdykoli řečníka přerušit a vyptávat se. Jeho agresivní kritika potlačila svobodnou diskusi.
Fajáns vyžadoval experimentální práci, která by neohrozila nálezy. Svým studentům dal příklady dat, která měla údajně vysokou přesnost, ale která ve skutečnosti taková nebyla kvůli použití nečistých činidel. Neustále hledal spolehlivější zdroje experimentálních dat potřebných k ověření svých výsledků, a když jim data odporovala, byl připraven přiznat svou chybu. Jeho znalost literatury faktu vztahující se k oblasti jeho zájmu byla encyklopedická, ke značnému zděšení těch, kteří očekávali, že bude méně znalý.
Na jeho počest byla v roce 1956 na Michiganské univerzitě založena „Cena Casimira Fajanse“ za vynikající doktorskou disertační práci v oboru chemie.
Khramov, Yu . A. I. Akhiezer . - Ed. 2., rev. a doplňkové — M .: Nauka , 1983. — S. 272. — 400 s. - 200 000 výtisků.
Holmes RE Kasimir Fajans (1887–1975): člověk a jeho dílo // Bull. Hist. Chem., 1989, v. 4, str. 15-21;
Holmes RE Kasimir Fajans (1887–1975): člověk a jeho dílo // Bull. Hist. Chem., 1990, v. 6, str. 7-15.