Современная химия




ДЖИОК (Giauque), Уильям Фрэнсис

джиок (giauque), уильям фрэнсис

Американский химик Уильям Фрэнсис Джиок родился в г. Ниагара-Фоле, штат Онтарио, Канада, и был старшим из трех сыновей Изабеллы Джейн Джиок (в девичестве Дункан) и Уильяма Текумсе Шермана Джиока, имевших гражданство США. До 1908 г. семья жила в Мичигане, но после смерти отца Джиока они вернулись в Канаду. По окончании Ниагара-Фолсского академического института Джиок в течение двух лет работал в лаборатории компании «Хукер электрокемикал» в Ниагара-Фоле. Решив стать инженером-химиком, он поступил в Калифорнийский университет в Беркли, а в 1920 г., с отличием сдав экзамены, получил степень бакалавра по химии.

Оставленный на работе в Беркли, Джиок продолжил фундаментальные исследования под руководством выдающихся химиков Дж.Н. Льюиса и Г.Е. Гибсона. За диссертацию, посвященную исследованиям свойств материалов при сверхнизких температурах, Джиок в 1922 г. была присуждена докторская степень по химии и физике. Сразу же после этого он становится преподавателем химического факультета в Беркли, где и оставался на протяжении всей своей научной карьеры, став в 1927 г. ассистент-профессором, в 1930 г. – адъюнкт-профессором, в 1934 г. – полным (действительным) профессором и в 1962 г. – почетным профессором.

Интересы Джиока концентрировались на свойствах и поведении материи при сверхнизких температурах, на тех областях науки, которые затрагивали принципы термодинамики. Термодинамика рассматривает свойства систем в равновесных условиях и превращение тепла в механическую, химическую и электрическую энергию. Этот раздел физики был развит в XIX в. в процессе конструирования эффективных машин, в которых горячие газы использовались для совершения полезной работы.

Первое начало термодинамики, т.е. закон сохранения энергии, гласит, что энергия может переходить из одной формы в другую, но не может ни появляться, ни исчезать. Второе начало термодинамики предсказывает, будет ли спонтанно протекать химическая реакция или какой-либо физический процесс. Математическое выражение второго начала (закона) использует концепцию энтропии, которая количественно характеризует меру неупорядоченности системы. Природные процессы постоянно стремятся к необратимому состоянию с более высокой энтропией или к более высокой степени неупорядоченности. Третье начало термодинамики, сформулированное Вальтером Нернстом, гласит, что энтропия чистого кристаллического химического элемента равна нулю при температуре абсолютного нуля (обозначается как 0 К). В этих условиях молекулы вещества организованы определенным образом, и поэтому природные явления обычно не поддаются наблюдению.

В первом десятилетии XX в. температура около 1 К была достигнута в лабораторных условиях. Метод, предложенный датским физиком Хейке Камерлинг-Оннесом, основывался на испарении жидкого гелия при низкой температуре в вакууме. В 1924 г. Джиок предложил метод, который позволил получать даже более низкие температуры и который основывался на феномене, известном как адиабатическое размагничивание.

Адиабатическая система – это система, которая не получает теплоты извне и не отдает ее. Парамагнитные вещества, такие, как ионы редкоземельных и переходных металлов, содержат магнитные диполи благодаря спину неспаренных электронов. Джиок объяснял это так: «Их нормальное состояние – это состояние неупорядоченности, которое соответствует какой-то величине энтропии. Когда накладывается достаточно мощное магнитное поле, магнитики выстраиваются в линию и энтропия понижается». А так как любой процесс, сопровождающийся изменением энтропии, может быть использован для получения тепла или холода, то это привело Джиока к мысли, что адиабатическое размагничивание может дать возможность создать метод получения более низких температур, чем методы с использованием жидкого гелия.

В течение восьми лет Джиок и его сотрудники в Беркли конструировали оборудование, необходимое для адиабатического размагничивания. В 1933 г., используя сульфат гадолиния, Джиок и его коллега Дункан Макдугол достигли температуры, равной 0,25 К. Для измерения температуры ниже 1 К Джиок изобрел термометр, основанный на измерении электрического сопротивления аморфного углерода. Этот метод магнитного охлаждения предоставил дополнительные доказательства правильности третьего начала термодинамики и имел самое различное промышленное применение, включая улучшение качества каучуков, бензина и стекла.

Джиок сравнил значения энтропии, полученные методом адиабатического размагничивания, со спектроскопическими данными. Вместе со студентом Герриком Джонстоном он в Беркли спектроскопически идентифицировал два ранее неизвестных изотопа кислорода-17 и - 18. Ядра большинства атомов кислорода содержат 8 протонов и 8 нейтронов. Эти же изотопы кислорода содержали один или два дополнительных нейтрона, присутствие которых привело к незначительным, но важным изменениям их физических свойств. До открытия Джиока кислород-16 использовался химиками как стандарт для определения атомных весов. Открытие изотопов кислорода привело к изменению шкалы атомных весов. Вернер Гейзенберг предсказал, что молекулы водорода могут существовать в двух различных формах в зависимости от относительной ориентации молекулярных ядер. Экспериментальные наблюдения Джиока подтвердили это теоретическое предположение.

В течение второй мировой войны Джиок принимал участие в военных научных программах. Он сконструировал электромагниты с мощным полем и передвижные блоки для производства жидкого кислорода.

В 1949 г. Джиок был награжден Нобелевской премией по химии «за вклад в химическую термодинамику, особенно в ту ее область, которая изучает поведение веществ при экстремально низких температурах». По мнению члена Шведской королевской академии наук Арне Тиселиуса, который вручал награду, «достижения Джиока в области химической термодинамики и особенно его работа по поведению материи при низких температурах... является одним из наиболее важных вкладов в современную физическую химию».

После получения Нобелевской премии Джиок продолжал оставаться активным исследователем в Калифорнийском университете в области низких температур и лишь за год до смерти прекратил научную деятельность.

В 1932 г. Джиок женился на Мюриэль Фрэнсис Эшли, физике по специальности, проводившей ботанические исследования. Супруги имели двух сыновей. По мнению коллег, Джиок был настоящей «ломовой лошадью» и мало стремился вырваться из лаборатории и классной комнаты. «Я один из тех счастливых людей, которые находят удовольствие в своей работе», – сказал он однажды. Джиок умер 29 марта 1982 г. в г. Окленде (штат Калифорния).

Кроме Нобелевской премии, Джиок был награжден медалью Чарлза Фредерика Чендлера Колумбийского университета (1936), медалью Крессона Франклиновского института (1937) и медалями Уилларда Гиббса (1951) и Джилберта Ньютона Льюиса (1956) Американского химического общества. Он являлся членом американской Национальной академии наук, Американского философского общества, Американского химического общества, Американского физического общества и Американской академии наук и искусств.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Новинки полимеров:

СИНТЕЗ ОКСИДА ПРОПИЛЕНА НА ОСНОВЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА

News image

Dow и BASF были отмечены за совместную разработку способа получения оксида пропилена из пероксида водорода. Данная технология, сокращенно именуемая ...

ВНЕДРЕНИЕ ПОЛИМЕРА ПОЗВОЛЯЕТ УСТРАНЯТЬ ТЕЧЬ В ТРАНСФОРМАТОРАХ

News image

Проблема безопасной эксплуатации оборудования на подстанциях остается главной темой, волнующей умы энергетиков. Для продления сроков эксплуатации об...

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОФ ПЛЕНОК

News image

Интересно отметить, что в связи с тем, что эффект «пленочной глазури» улучшает внешний вид товара и защищает от пыли, ПОФ-пленки используют для упак...

НОВИНКИ KNAUF НА MOSBUILD 2010

News image

Продукты и технологии КНАУФ будут представлены в ЦВК «Экспоцентр» на Красной Пресне сразу на двух площадках: основном стенде в павильоне «Форум» и в...

Новые продукты оргсинтеза:

ГЛИОКСАЛЕВАЯ КИСЛОТА: свойства и применение

News image

Глиоксалевая кислота есть первый член в ряду альдегидокислот, который представляется единственной возможной α-альдегидокислотой. Эту кислоту удалось получить лишь в виде гидрата с одной моле...

НОВЫЙ СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ БЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ

News image

Сущность изобретения: продукт - бензойная кислота. БФ C7H6O2 т.пл. 120 - 121°С

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ФРУКТОВЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

News image

Современные технологии производства фруктовых наполнителей позволяют получать продукт с различными органолептическими и физико-химическими показателями, с высокой степенью термостабильности - от мин...

Авторизация



YOU ARE HERE: Главная - Великие химики - ДЖИОК (Giauque), Уильям Фрэнсис

Великие химики:

ВААГЕ (Waage), Петер

News image

Норвежский химик Петер Вааге (правильнее – Воге) родился в г. Флеккефьорд. Изучал медицину и минералогию в университете Кристиании (ныне Осло); посл...

ВАЛЬДЕН (Walden), Пауль

News image

Пауль (Павел Иванович) Вальден родился в хуторе Пипены, Розенбекской волости Вольмарского уезда Лифлянской губернии, Россия (ныне – территория Латви...

Институты химии:

Институт физиологически активных веществ РАН

News image

Институт физиологически активных веществ РАН в составе Ногинского научного центра РАН в г. Черноголовка был создан в соответствии с решением директи...

Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН

News image

Институт является структурным звеном Российской академии наук и входит в состав организаций, объединяемых Учреждением Российской академии наук Сибир...