Физик, ставший химиком: Николай Николаевич Семёнов (1896–1986)

Илья Леенсон, канд. хим. наук, ст. науч. сотр. кафедры химической кинетики химического факультета МГУ
Илья Леен­сон, канд. хим. наук, сотр. хими­че­ско­го факуль­те­та МГУ

В этом году испол­ни­лось 120 лет со дня рож­де­ния круп­ней­ше­го оте­че­ствен­но­го уче­но­го — Н. Н. Семё­но­ва, 30 лет со дня его смер­ти и 60 лет со дня при­суж­де­ния ему Нобе­лев­ской пре­мии по химии — един­ствен­ной в нашей стране в этой номи­на­ции. В памя­ти сотруд­ни­ков Н. Н. (как его часто назы­ва­ли за гла­за) остал­ся как очень яркая, неза­бы­ва­е­мая лич­ность. Такой же яркой и захва­ты­ва­ю­щей была его био­гра­фия.

Н. Н. Семё­нов родил­ся в Сара­то­ве в семье про­фес­си­о­наль­но­го воен­но­го. В 1909 году семья пере­еха­ла в Сама­ру, где Нико­лай посе­щал реаль­ное учи­ли­ще, кото­рое окон­чил в 1913 году. В учи­ли­ще он заин­те­ре­со­вал­ся физи­кой и хими­ей. Через мно­го лет на одном из семи­на­ров на нашей кафед­ре хими­че­ской кине­ти­ки (Семё­нов орга­ни­зо­вал ее в 1944 году и воз­глав­лял до кон­ца жиз­ни) Нико­лай Нико­ла­е­вич рас­ска­зал о сво­ем пер­вом зна­ком­стве с хими­ей. В дет­стве он узнал из книг, что обыч­ная пова­рен­ная соль обра­зо­ва­на актив­ным метал­лом натри­ем и ядо­ви­тым газом хло­ром. Это его очень заин­те­ре­со­ва­ло. И когда появи­лась воз­мож­ность про­ве­рить этот факт на прак­ти­ке, он сжег кусо­чек натрия в кол­бе с хло­ром. После завер­ше­ния бур­ной реак­ции горе­ния на стен­ках сосу­да осел белый поро­шок. Нико­лай соскреб этот налет, посы­пал им кусо­чек чер­но­го хле­ба и съел. Он ска­зал, что был очень дово­лен этим «экс­пе­ри­мен­том». Дома Нико­лай часто ста­вил хими­че­ские опы­ты, кото­рые ино­гда закан­чи­ва­лись взры­ва­ми. Впо­след­ствии взрыв­ные реак­ции ста­ли одной из основ­ных тем его науч­ных инте­ре­сов.

Николай Семёнов
Нико­лай Семё­нов

После окон­ча­ния учи­ли­ща Семё­нов посту­пил на физи­че­ское отде­ле­ние физи­ко-мате­ма­ти­че­ско­го факуль­те­та Петер­бург­ско­го уни­вер­си­те­та. Уже со вто­ро­го кур­са он начал зани­мать­ся экс­пе­ри­мен­таль­ной науч­ной рабо­той под руко­вод­ством Абра­ма Фёдо­ро­ви­ча Иоф­фе, буду­ще­го зна­ме­ни­то­го ака­де­ми­ка, созда­те­ля шко­лы оте­че­ствен­ных физи­ков. Еще сту­ден­том он опуб­ли­ко­вал свою первую ста­тью, посвя­щен­ную воз­дей­ствию элек­тро­нов на моле­ку­лы.

После окон­ча­ния в 1917 году уни­вер­си­те­та Семё­нов был остав­лен при нем сти­пен­ди­а­том для науч­ной рабо­ты и под­го­тов­ки к про­фес­сор­ско­му зва­нию. Одна­ко бур­ные собы­тия в стране сме­ша­ли все его пла­ны. Летом 1918 года Семё­нов поехал на кани­ку­лы к роди­те­лям в Сама­ру, где его заста­ла Граж­дан­ская вой­на. Вер­нуть­ся на уче­бу в Пет­ро­град он уже не смог. Увле­чен­ный нау­кой, он не инте­ре­со­вал­ся поли­ти­кой и пло­хо пони­мал, что про­ис­хо­дит в стране. Власть в Повол­жье тогда пере­шла эсе­ров­ско­му пра­ви­тель­ству. «Под вли­я­ни­ем мел­ко­бур­жу­аз­ной сре­ды», как вспо­ми­нал Семё­нов, он в июле доб­ро­воль­но всту­пил в «народ­ную армию» Самар­ско­го учре­ди­тель­но­го собра­ния, где был назна­чен рядо­вым в артил­ле­рий­скую бата­рею. Око­ло меся­ца он выпол­нял обя­зан­но­сти коно­во­да, при­чем три неде­ли — на фрон­те, про­тив Крас­ной армии. Нико­лай быст­ро понял, что в армию он попал по соб­ствен­но­му недо­мыс­лию. Вос­поль­зо­вав­шись изве­сти­ем о тяже­лой болез­ни отца (он нахо­дил­ся при смер­ти), Семё­нов в авгу­сте 1918 года добил­ся отпус­ка в Сама­ру. Там он устро­ил себе пере­вод во вновь фор­ми­ру­ю­щу­ю­ся Уфим­скую бата­рею, но поехал не в Уфу, а в Томск, дезер­ти­ро­вав таким обра­зом из Белой армии.

Томск был выбран не слу­чай­но: в то вре­мя это был един­ствен­ный уни­вер­си­тет­ский город Сиби­ри, и Семё­нов наде­ял­ся занять­ся там нау­кой, исполь­зуя полу­чен­ные в Петер­бур­ге обшир­ные зна­ния в обла­сти физи­ки. Так и слу­чи­лось. Заве­ду­ю­щий кафед­рой физи­ки Том­ско­го тех­но­ло­ги­че­ско­го инсти­ту­та Борис Пет­ро­вич Вейн­берг предо­ста­вил моло­до­му уче­но­му воз­мож­ность рабо­тать в лабо­ра­то­ри­ях инсти­ту­та. А с декаб­ря Семё­нов стал так­же пре­по­да­вать на кафед­ре физи­ки в Том­ском уни­вер­си­те­те. Там Семё­нов сде­лал несколь­ко пол­но­стью само­сто­я­тель­ных науч­ных работ. Он орга­ни­зо­вал при Тех­но­ло­ги­че­ском инсти­ту­те посто­ян­но дей­ству­ю­щий науч­ный семи­нар, руко­во­дил рабо­та­ми наи­бо­лее талант­ли­вых сту­ден­тов.

В сен­тяб­ре 1919 года Семё­нов был моби­ли­зо­ван в армию Кол­ча­ка. Но ему сно­ва повез­ло: бла­го­да­ря хло­по­там Вейн­бер­га он был пере­ве­ден в радио­ба­та­льон, отку­да сра­зу же отко­ман­ди­ро­ван в Тех­но­ло­ги­че­ский инсти­тут, где и про­дол­жал науч­ную рабо­ту. В декаб­ре в Томск вошли части Крас­ной армии, радио­ба­та­льон ока­зал­ся в ее соста­ве, и по хода­тай­ству уни­вер­си­те­та Семё­нов рас­по­ря­же­ни­ем комен­дан­та Том­ска был нако­нец офи­ци­аль­но отчис­лен из армии. До мая 1920 года он про­дол­жал науч­ную и пре­по­да­ва­тель­скую рабо­ту, а затем, уже хло­по­та­ми Иоф­фе, толь­ко что став­ше­го ака­де­ми­ком, пере­ехал на рабо­ту в Пет­ро­град. Этот «бело­гвар­дей­ский» эпи­зод был хоро­шо изве­стен «орга­нам», а само­го Нико­лая Нико­ла­е­ви­ча мно­гие годы дер­жал в напря­же­нии, осо­бен­но в годы ста­лин­ских репрес­сий. Извест­но, напри­мер, что в 1937 году в Ленин­гра­де было сфаб­ри­ко­ва­но дело о «фашист­ско-тер­ро­ри­сти­че­ской орга­ни­за­ции». В ее вме­сте с извест­ны­ми физи­ка­ми, в чис­ле кото­рых были зна­ме­ни­тые Вик­тор Ама­за­спо­вич Амбар­цу­мян, Лев Дави­до­вич Лан­дау, Вла­ди­мир Алек­сан­дро­вич Фок и Яков Ильич Френ­кель, долж­ны были вой­ти так­же мате­ма­тик Нико­лай Ива­но­вич Мусхе­ли­шви­ли и физи­ко-химик Семё­нов. Боль­шин­ство «заго­вор­щи­ков» было аре­сто­ва­но. Поче­му уце­ле­ли Френ­кель, Семё­нов, Амбар­цу­мян и Мусхе­ли­шви­ли — неяс­но. Воз­мож­но, «орга­ны» уже выпол­ни­ли свой «план».

В Пет­ро­гра­де 24-лет­ний Семё­нов был назна­чен заве­ду­ю­щим лабо­ра­то­ри­ей элек­трон­ных явле­ний физи­ко-тех­ни­че­ско­го отде­ла Рент­ге­но­ло­ги­че­ско­го и радио­ло­ги­че­ско­го инсти­ту­та (с 1921 года — зна­ме­ни­тый Ленин­град­ский Физ­тех, осно­ва­те­лем и пер­вым дирек­то­ром кото­ро­го стал Иоф­фе).

В 1921 году Семё­нов вме­сте со сво­им одно­курс­ни­ком Пет­ром Капи­цей зака­за­ли зна­ме­ни­то­му худож­ни­ку Кусто­ди­е­ву свой порт­рет. Капи­ца ска­зал Кусто­ди­е­ву: «Вот Вы всё пише­те порт­ре­ты зна­ме­ни­тых людей. А поче­му бы Вам не нари­со­вать нас, буду­щих зна­ме­ни­то­стей?» Борис Михай­ло­вич в ответ поин­те­ре­со­вал­ся, не соби­ра­ют­ся моло­дые люди стать нобе­лев­ски­ми лау­ре­а­та­ми, на что мгно­вен­но полу­чил без­апел­ля­ци­он­ный поло­жи­тель­ный ответ. Худож­ник согла­сил­ся при­нять заказ, отло­жив неза­кон­чен­ный порт­рет Шаля­пи­на. На полотне Капи­ца дер­жит кури­тель­ную труб­ку, а Семё­нов — рент­ге­нов­скую В тот год Капи­ца нала­жи­вал одно­му мель­ни­ку его водя­ную мель­ни­цу, за что полу­чил два меш­ка муки и пету­ха. В то голод­ное вре­мя это была цар­ская пла­та! Один из этих меш­ков с пету­хом в при­да­чу и был пре­под­не­сен Кусто­ди­е­ву в каче­стве гоно­ра­ра.

Семёнов и Капица. Портрет работы Кустодиева. 1921 год
Семё­нов и Капи­ца. Порт­рет рабо­ты Кусто­ди­е­ва. 1921 год

В 1921 году в моло­до­го Семё­но­ва влю­би­лась сотруд­ни­ца уни­вер­си­те­та Мария Иси­до­ров­на Борей­ша-Ливе­ров­ская. Она была мате­рью чет­ве­рых детей, стар­ше Нико­лая Нико­ла­е­ви­ча на 17 лет. Ради Семё­но­ва она оста­ви­ла семью. Брак был счаст­ли­вым, но недол­гим: вско­ре супру­га уче­но­го умер­ла от рака. Смерть уско­ри­ла невер­но рас­счи­тан­ная вра­ча­ми доза облу­че­ния.

В 1924 году Семё­нов женил­ся вто­рой раз — на пле­мян­ни­це Марии Иси­до­ров­ны, Ната­лье Нико­ла­евне Бур­це­вой. В бра­ке роди­лись двое детей, Юрий и Люд­ми­ла. Ната­лья Нико­ла­ев­на очень помо­га­ла мужу в зару­беж­ных поезд­ках. Она вла­де­ла англий­ским, фран­цуз­ским и немец­ким, тогда как сам Семё­нов не гово­рил ни на одном из них, хотя сво­бод­но читал спе­ци­аль­ную лите­ра­ту­ру.

В 1920-е годы в лабо­ра­то­рии Семё­но­ва нача­ли изу­чать про­цес­сы, кото­рые при­ве­ли к выда­ю­ще­му­ся откры­тию. За 10 лет до это­го, в 1913 году, один из осно­во­по­лож­ни­ков хими­че­ской кине­ти­ки немец­кий химик Макс Боден­штейн на при­ме­ре фото­хи­ми­че­ской реак­ции водо­ро­да с хло­ром открыл цеп­ные про­цес­сы. Ока­за­лось, что все­го один квант све­та при­во­дит к обра­зо­ва­нию сотен тысяч моле­кул HCl. Одна­ко то, что обна­ру­жи­ли в лабо­ра­то­рии Семё­но­ва, очень силь­но отли­ча­лось от опи­сан­ной Боден­штей­ном реак­ции.

В 1924 году у Семё­но­ва нача­ла рабо­тать выпуск­ни­ца хими­че­ско­го факуль­те­та уни­вер­си­те­та Зина­и­да Фран­цев­на Валь­та. Ее руко­во­ди­те­лем был назна­чен два­дца­ти­лет­ний Юлий Хари­тон (в буду­щем ака­де­мик, один из руко­во­ди­те­лей совет­ско­го атом­но­го про­ек­та). И вот в кон­це 1924 года Валь­та и Хари­тон, изме­ряя интен­сив­ность све­че­ния паров фос­фо­ра при их окис­ле­нии кис­ло­ро­дом, натолк­ну­лись на совер­шен­но неожи­дан­ное явле­ние. При малых дав­ле­ни­ях реак­ция не шла даже в тече­ние суток. Но если дав­ле­ние кис­ло­ро­да пре­вы­ша­ло некий пре­дел, вдруг появ­ля­лось све­че­ние. Более того, све­че­ние мог вызвать даже инерт­ный аргон! Для любо­го хими­ка это было уже насто­я­щим чудом. Был обна­ру­жен и вто­рой (верх­ний) пре­дел дав­ле­ния, выше кото­ро­го реак­ция не шла. Было ясно, что эта реак­ция цеп­ная. Одна­ко ее пове­де­ние про­ти­во­ре­чи­ло всем суще­ство­вав­шим тогда пред­став­ле­ни­ям о меха­низ­мах и ско­ро­стях хими­че­ских реак­ций. Спу­стя мно­го лет Семё­нов, назы­вая эти явле­ния капри­за­ми при­ро­ды, ска­зал: «В физи­ке, как извест­но, капри­зов“ прак­ти­че­ски нет, в то же вре­мя био­ло­гия пол­на ими. Химия зани­ма­ет про­ме­жу­точ­ное поло­же­ние: ино­гда реак­ция течет нор­маль­но, а ино­гда — сплош­ные капри­зы“. Цеп­ная тео­рия — это ”тео­рия капри­зов“ хими­че­ско­го пре­вра­ще­ния…».

Резуль­та­ты экс­пе­ри­мен­тов, полу­чен­ных Хари­то­ном и Валь­той, без какой-либо попыт­ки их объ­яс­не­ния, были опуб­ли­ко­ва­ны в 1926 году в немец­ком жур­на­ле Zeitschrift für Physik. Послед­ствия были быст­ры и неуте­ши­тель­ны: рабо­та под­верг­лась крайне острой кри­ти­ке со сто­ро­ны зна­ме­ни­то­го Боден­штей­на. В корот­кой замет­ке, опуб­ли­ко­ван­ной в том же жур­на­ле в 1927 году, он напи­сал, что все резуль­та­ты по окис­ле­нию фос­фо­ра явля­ют­ся не откры­ти­ем, а иллю­зи­ей, и ука­зал даже на ее воз­мож­ные при­чи­ны. Напри­мер, непра­виль­ную кон­струк­цию уста­нов­ки, в кото­рой про­во­ди­лись опы­ты.

Воз­ра­же­ния были очень серьез­ны. Тре­бо­ва­лась тща­тель­ная про­вер­ка экс­пе­ри­мен­тов. Одна­ко авто­ры ста­тьи уже не рабо­та­ли в лабо­ра­то­рии Семё­но­ва: Зина Валь­та пере­шла на рабо­ту в гео­фи­зи­че­скую лабо­ра­то­рию, а Юлий Хари­тон был в коман­ди­ров­ке в Кем­бри­дже; имен­но там он и уви­дел в толь­ко что при­шед­шем из Гер­ма­нии номе­ре жур­на­ла ста­тью Боден­штей­на и напи­сал об этом Семё­но­ву. При­шлось Нико­лаю Нико­ла­е­ви­чу само­му занять­ся окис­ле­ни­ем фос­фо­ра. В этом ему помо­гал бле­стя­щий экс­пе­ри­мен­та­тор, буду­щий ака­де­мик Алек­сандр Иоси­фо­вич Шаль­ни­ков. Про­вер­ка пока­за­ла пра­виль­ность пер­вой пуб­ли­ка­ции. Более того, были полу­че­ны новые, не менее «ере­ти­че­ские» дан­ные. Ока­за­лось, напри­мер, что кри­ти­че­ское дав­ле­ние кис­ло­ро­да силь­но зави­сит от таких неожи­дан­ных фак­то­ров, как фор­ма и раз­мер реак­ци­он­но­го сосу­да и даже мате­ри­ал его сте­нок. Семё­нов в тече­ние все­го несколь­ких меся­цев сумел создать мате­ма­ти­че­скую тео­рию это­го явле­ния. Как вспо­ми­нал Юрий Бори­со­вич Хари­тон, «у Н. Н. фан­та­зия рабо­та­ла с ред­кой интен­сив­но­стью», а «инту­и­ция была пора­зи­тель­ной». В ито­ге Семё­нов опуб­ли­ко­вал свою тео­рию вме­сте с новы­ми экс­пе­ри­мен­таль­ны­ми дан­ны­ми в ста­тье, кото­рая появи­лась в 1927 году в том же жур­на­ле и прак­ти­че­ски с тем же назва­ни­ем. Семё­нов понял, что в его лабо­ра­то­рии был открыт новый тип хими­че­ский пре­вра­ще­ний — раз­ветв­лен­ные цеп­ные реак­ции. Боден­штейн же снял свои воз­ра­же­ния и при­знал откры­тие, при­чем сде­лал это пуб­лич­но. Одно­вре­мен­но и неза­ви­си­мо в этом же направ­ле­нии начал рабо­тать в Англии Сирил Нор­манн Хин­шел­вуд (1897–1967). В обе­их лабо­ра­то­ри­ях кри­ти­че­ские явле­ния были обна­ру­же­ны в реак­ци­ях горе­ния водо­ро­да и ряда дру­гих веществ.

Семё­нов и Хин­шел­вуд пред­ло­жи­ли меха­низм изу­чен­ных реак­ций в пред­по­ло­же­нии о раз­ветв­ля­ю­щих­ся цепях: на одну исчез­нув­шую актив­ную части­цу обра­зу­ют­ся две или более новых. В резуль­та­те чис­ло актив­ных частиц стре­ми­тель­но нарас­та­ет (цепи раз­ветв­ля­ют­ся), и, если ско­рость обры­ва цепей недо­ста­точ­но вели­ка, реак­ция очень быст­ро пере­хо­дит во взрыв­ной режим (при малых дав­ле­ни­ях наблю­да­ет­ся вспыш­ка). Такие реак­ции при боль­ших дав­ле­ни­ях вызы­ва­ют раз­ру­ши­тель­ные взры­вы. Лави­на раз­ветв­лен­но-цеп­ной реак­ции очень быст­ро закан­чи­ва­ет­ся: спу­стя доли секун­ды после ее нача­ла для про­дол­же­ния реак­ции уже не хва­та­ет исход­ных веществ. Похо­жее явле­ние про­ис­хо­дит при атом­ном взры­ве: когда ней­трон рас­щеп­ля­ет одно ядро, то одно­вре­мен­но выде­ля­ет­ся более одно­го ней­тро­на, кото­рые рас­щеп­ля­ют дру­гие ядра. По «раз­ветв­лен­но-цеп­но­му меха­низ­му» рас­про­стра­ня­ют­ся и раз­лич­ные слу­хи, если каж­дый узнав­ший новость рас­ска­жет ее более чем одно­му чело­ве­ку. Так же быст­ро рас­про­стра­ня­ют­ся, но и быст­ро закан­чи­ва­ют­ся раз­но­об­раз­ные «раз­ветв­лен­но-цеп­ные» финан­со­вые и про­чие пира­ми­ды.

Илья Леен­сон

Окон­ча­ние ста­тьи см. в сле­ду­ю­щем номе­ре.

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
1 Цепочка комментария
0 Ответы по цепочке
0 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
0 Авторы комментариев
Томские студенты вызовут дух отца атомной бомбы и финансовых пирамид — Строительные СНИПы, ГОСТы, сметы, ЕНиР, Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
trackback
Томские студенты вызовут дух отца атомной бомбы и финансовых пирамид — Строительные СНИПы, ГОСТы, сметы, ЕНиР,

[…] «По „раз­ветв­лён­но-цеп­но­му меха­низ­му“ рас­про­стра­ня­ют­ся и раз­лич­ные слу­хи, если каж­дый узнав­ший новость рас­ска­жет её более чем одно­му чело­ве­ку. Так же быст­ро рас­про­стра­ня­ют­ся, но и быст­ро закан­чи­ва­ют­ся раз­но­об­раз­ные „раз­ветв­лён­но-цеп­ные“ финан­со­вые и про­чие пира­ми­ды», — пояс­нил сотруд­ник хими­че­ско­го факуль­те­та МГУ Илья Леер­сон изда­нию «Тро­иц­кий вари­ант». […]

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
 
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: