| Casimir Fajance | |
|---|---|
| Kazimierz Fajans | |
| Fødselsdato | 27. maj 1887 |
| Fødselssted | Warszawa , Kongeriget Polen |
| Dødsdato | 18. maj 1975 (87 år) |
| Et dødssted | Ann Arbor , Michigan , USA |
| Land | |
| Videnskabelig sfære | fysisk kemi |
| Arbejdsplads | |
| Alma Mater | |
| Akademisk grad | Professor |
| Priser og præmier | medlem af American Physical Society [d] |
| Mediefiler på Wikimedia Commons | |
Kasimir Fajans (født Kasimir Fajans; 1887-1975) var en amerikansk fysisk kemiker og radiokemiker af polsk-jødisk oprindelse. Han ydede et stort bidrag til udviklingen af radiokemi , studerede rollen af ionisk polarisering i karakteriseringen af grundstoffer, deres fysiske og kemiske egenskaber.
Casimir Fajans blev født i Warszawa, Polen den 27. maj 1887. Han var det andet af fem børn født af jøderne Herman og Wanda (Wolberg) Fajans. Deres daglige sprog var polsk snarere end jiddisch .
Forældrene havde slægtninge, der opnåede succes på forskellige områder: videnskab, medicin, musik, fotografi, var medlemmer af regeringen, deltog i polske patriotiske bevægelser.
Som barn blev Fajance undervist hjemme af privatlærere i flere år. Senere flyttede han til college, hvor han havde en bias i naturvidenskab. Da Polen på det tidspunkt var en del af det russiske imperium, var det på alle skoler påkrævet kun at bruge russisk, og polsk måtte ikke blive talt.
Den første begivenhed relateret til fajancens videnskabelige aktivitet fandt sted, da han var ni år gammel, mens han slappede af med sin familie på et sommerferiested. Hans far bragte bøger om de nyopdagede røntgenbilleder tilbage . De første fotografier af den menneskelige hånds knogler fra disse bøger gjorde et stort indtryk på Fajance.
I mellemtiden begyndte den politiske situation i Polen at forværres. Selv på universitetsniveau skulle alle fag undervises på russisk, og optagelsen af jødiske studerende var begrænset. Derfor besluttede Fajance at forlade Polen. Med sin fars godkendelse besluttede han at gå ind på universitetet i Leipzig , og havde til hensigt at studere biologi. Men han kunne hurtigt lide kemi og mistede interessen for biologi. Dette skete formentlig, blandt andet blandt hans lærere var den berømte Wilhelm Ostwald , som var professor i kemi ved universitetet.
Den videnskabelige atmosfære på fakultetet i Leipzig viste sig at være meget motiverende, og Fajans forsøgte at deltage i så mange seminarer som muligt. Selvom han ikke forstod meget på disse seminarer, satte han pris på muligheden for at møde fremtrædende videnskabsmænd.
Ostwald gik på pension i 1907. Dette førte til gengæld til andre berømte læreres afgang, herunder M. Bodenstein og R. Luther . Samme år flyttede Fajance til Heidelberg , hvor han studerede under Georg Bredig . Denne videnskabsmand var interesseret i katalyse, et nyt felt på grænsen mellem fysisk og organisk kemi, som var i tråd med Fajancens interesser. Som et resultat af sit samarbejde med Bredig modtog Fajans sin ph.d.-grad og blev tildelt Victor Meyer -prisen i oktober 1909. Det var under sit sidste semester i Heidelberg, at Fajans mødte Salome Kaplan, en medicinstuderende, som han snart giftede sig med.
Fajans følte en mangel på viden inden for organisk kemi, så han besluttede at fortsætte med at arbejde på dette område for at bruge den viden, han opnåede inden for fysisk kemi. Han søgte et postdoc-stipendium hos Emil Fischer . Fischer havde ingen ledige stillinger i laboratoriet, så Faience begyndte at arbejde sammen med Richard Illstater i Zürich. Fajance blev hurtigt desillusioneret med organisk kemi. Han fandt ud af, at han ikke kunne lide den høje grad af empiri, der dengang var fremherskende i organisk kemi. Derfor kom Fajans til den konklusion, at hans studieretning ikke skulle være organisk, men fysisk kemi. Han besluttede derfor at søge en postgraduate stilling på Rutherfords laboratorium i Manchester . Fajance og Salome Kaplan blev gift, før de rejste til England.
Rutherford havde evnen til at bruge meget simple eksperimenter for at opnå vigtige resultater. Uden tvivl påvirkede Fajances beundring for denne fremragende videnskabsmand og hans arbejdsmetoder hans egen fremtidige metodologi i studiet af atomer, molekyler, væsker og faste stoffer.
Fajance skulle vende tilbage til Heidelberg, efter at han havde afsluttet sit arbejde i Manchester. Imidlertid fulgte hans doktorgradsmentor Bredig efter Fritz Haber til Karlsruhe og inviterede i 1911 Fajans til at slutte sig til ham som chefassistent. Invitationen blev accepteret. Men der var ingen lægeskole i Karlsruhe, hvor Salome kunne afslutte sine studier, så hun blev i Manchester, mens Fajans besøgte hende fra tid til anden.
Sammen med sine elever i Karlsruhe var Fajans i stand til at gøre store fremskridt i udviklingen af radiokemi. Efter at have læst Lucas-Lerch-reglen om radioaktivt henfald (reglen om, at alle grundstoffer, der udsender stråling, bliver mere ædle), sagde Fajans, at dette ikke kunne være sandt. I slutningen af 1912 udtalte Fajans, at kun beta-henfald fører til dannelsen af et mere ædelt element. Dette førte igen til opdagelsen af den berømte lov om radioaktive forskydninger .
Ved hjælp af loven om forskydning opdagede Fajans (med Hering ) grundstof nummer 91 i form af en af dets kortlivede isotoper, som fik navnet brevium. Desværre er det Otto Hahn og Lise Meitner , der normalt tilskrives opdagelsen af dette grundstof ( protactinium ). De gjorde denne opdagelse fem år efter Fajance, baseret på hans forskning.
Fajance opdagede en anden vigtig regel inden for radiokemi. Det var forholdet mellem atommasse og stabiliteten af radioaktive isotoper (eller medlemmer af galaksen, som fajanerne oprindeligt kaldte sådanne grupper). Denne regel begyndte først at få betydning i 1940'erne med udviklingen af kernefysik .
Med udbruddet af Første Verdenskrig i 1914 tog situationen i Karlsruhe en drejning til det værre. De fleste af de studerende måtte forlade universitetet. Fajance, et russisk fag, måtte ikke undervise, kun arbejde i et laboratorium. Hver dag skulle han tjekke ind på politistationen.
Inden krigens afslutning blev Polen et selvstændigt land, og fajanerne havde et vist håb om at få en plads på Warszawa Universitet , men det skete ikke. Nernst i Berlin udtrykte interesse for at få Fajance til at slutte sig til ham, men et andet tilbud dukkede snart op, og Fajance tog på Willstetters invitation til universitetet i München i stedet for Berlin . Richard Willstetter, som efterfulgte Adolf von Bayer , anerkendte vigtigheden af fysisk kemi, så i 1917 tilbød han Fajance en stilling ved universitetet.
Ved ankomsten til München begyndte Fajans i stedet for radiokemi at studere de faktorer, der bestemmer de kemiske bindinger og egenskaber af atomer og molekyler i den faste, flydende og gasformige tilstand. Man kan sige, at Fajances karriere i fysisk kemi begyndte her. Han vendte tilbage til arbejdet i radiokemi kun næsten 20 år efter sin afrejse fra Tyskland.
I 1928 offentliggjorde Fajans sine ideer om vigtigheden af den gensidige polarisering af anioner og kationer . Dette blev et tilbagevendende tema for hans forskning gennem resten af hans karriere. Fajans behandlede den dengang populære teori om additiviteten af ioniske radier med utilsløret foragt.
Faiences forelæsninger ved Cornell University i 1930 og deres efterfølgende udgivelse gav det amerikanske publikum mere eksponering for hans arbejde. Samtidig modtog Faience den gode nyhed, at Rockefeller Foundation havde besluttet at finansiere et nyt Institut for Fysisk Kemi i München med Faience som direktør. Det blev bygget i 1932 og bestod af en veludstyret tre-etagers bygning med en tagterrasse til gæster og eftermiddagste.
Desværre var Fajance ikke bestemt til at nyde sit nye institut længe. Hitlers opgang betød, at han og hans familie før eller siden måtte forlade München. Rockefeller Foundation var optimistisk over, at det fascistiske regime snart ville falde og bad Fajance om at vente tålmodigt. Der dukkede dog ingen nye elever op, og Fajances kone måtte hjælpe ham i laboratoriet. Deres bekendte blev markeret og sendt i koncentrationslejre. I 1934 udgav Fajans en af sine sidste artikler skrevet i Tyskland i et tysk tidsskrift for fysisk kemi og blev tvunget til at forlade dette land året efter.
Edgar, Fajances ældste søn, blev født i Manchester, så Faience kunne have fået engelsk statsborgerskab. Han havde netop afsluttet sin ph.d. i Frankfurt og var i stand til at rejse til London for at arbejde med . F.D. Donnan . Unge Stefan, født i München, blev sendt til en privat kostskole i Cambridge . Fajance skulle kun finde et passende job. Udnævnelsen til et etårigt stipendium ved Cambridge gjorde det muligt for ham at afslutte nogle af sine studier. Før han forlod München, blev han tilbudt et professorat ved University of Michigan , og i 1936 ankom Fajance til Ann Arbor med sin kone og yngste søn .
I modsætning til Europa var der relativt lidt opmærksomhed i amerikanske kemikredse til emnet ionisk polarisering, som var fokus for meget af Fajances arbejde. Rollen af ionisk polarisering i bestemmelsen af tilstanden, reaktiviteten, opløseligheden og krystalstrukturerne af elementer og forbindelser er stort set blevet ignoreret. I stedet blev "radiusforhold"-regler i vid udstrækning brugt til at forklare nogle af de samme fænomener, selvom Fajances karakterisering af så simple forbindelser som cæsium og thalliumhalogenider ikke passede ind i denne teori. Teorien om elektronpar - oktetter , den mesomeriske effekt , resonans og hybridisering var det generelle videnskabelige sprog og sikrede den kvalitative forening af al kemi. Imidlertid brugte amerikanske forskere ofte ikke denne terminologi i deres arbejde og antydede en tvivlsom høj grad af kvantemekanisk underbygning af nogle kvalitative udsagn.
Det meste af den indledende forskning af Fajans og hans studerende i Michigan fokuserede på radiokemi. Dette blev lettet af fri adgang til cyklotronen dybt under jorden i bygningen af Det Fysiske Fakultet. Det var tilstedeværelsen af cyklotronen, der spillede en vigtig rolle i Fajances beslutning om at flytte til Michigan.
Det var også udbredt i 1940, at han, ligesom Soddy , Born , Gaber og Hahn før ham, ville vinde Nobelprisen. Prisen blev dog suspenderet mellem 1940 og 1942, og af ukendte årsager modtog han den ikke senere. Fajance var en kandidat til optagelse i Manhattan-projektet , men det faktum, at han havde pårørende i Polen, udelukkede dette.
De elektroniske instrumenter, der blev introduceret i radiokemilaboratoriet i de 20 år, der var gået siden hans tidligere forskning, var ikke noget særligt for ham, og hans interesse for dette område forsvandt hurtigt.
Omkring fem år efter Fajances ankomst til Michigan blev Theodore Berlin en af hans ph.d.-studerende . Denne mand var interesseret i teoretisk kemi og fysik, og hans samarbejde med Fajance førte til Fajances sidste store bidrag til fysisk kemi, kvanteteorien om kemisk binding og struktur.
Årene 1945-1960 er formentlig perioden for Fajances mest produktive arbejde i USA, hovedsagelig som et resultat af hans samarbejde med det industrielle kemiske samfund. Hans samarbejde fra 1944 til 1947 med Glass Science Research Foundation, som repræsenterede virksomheder i glasindustrien, førte til en co-forfattet artikel med Norbert Kreidl om teorien om glasdannelse [1] . Dette frugtbare samarbejde i glasindustrien sluttede fire år efter dets begyndelse af antitrust-grunde.
Fajans så ikke sin kvanteteori som en kompleks kvantitativ teori om sammenhæng og struktur. Men han var meget fast i sin tro på, at han var overlegen i forhold til de kvalitative begreber for valensbindingsteori, der blev brugt i vid udstrækning på det tidspunkt, og mere på linje med grundlæggende fysisk teori (herunder kvantemekanik ).
I modsætning til industrisamfundet har det amerikanske akademiske samfund stort set været fjendtligt eller i bedste fald ligegyldigt over for Fajances kvanteteori. Som Gurvich bemærkede :
"For det meste betragtede det videnskabelige samfund denne teori som en fejltagelse af en stor videnskabsmand, som et forgæves forsøg på at vende videnskabens gang. I bedste fald blev kvanteteorien forbigået i stilhed."
En af hovedårsagerne til Fajances minimale indvirkning på det amerikanske akademiske samfund var dominansen af organisk og metallisk kemi i amerikanske kemikredse og den relative forsømmelse af klassisk faststofkemi som udviklet i det kontinentale Europa efter Første Verdenskrig. Dette førte til, at hans amerikanske kolleger ikke satte pris på og ikke forstod meget af hans banebrydende arbejde med emnet ionisk polarisering.
Fajans var utilfreds med, at han i modsætning til mange af sine kollegaer inden for radiokemi ikke modtog Nobelprisen. Måske gjorde Nobelprisen til Odd Hassel , der var Fajances assistent i München, ham også oprørt, fordi han ikke betragtede ham som en af sine fremragende elever. Det var selvfølgelig også svært for Fajance at tage imod prisen til Pauling , som han så ofte var uenig med i teorien om den kemiske binding.
Efter et års sabbatår blev Fajance æresprofessor i 1957. Efter sin pensionering fortsatte han med at skrive aktivt om ionisk polarisering og kvanteteori indtil begyndelsen af 1970'erne. Fajance døde den 18. maj 1975 på grund af hjerte- og nyreproblemer. Hans kone Salome bevarede kontakten med mange af hans tidligere elever og venner indtil hendes død i 1982.
Fajans skrev sin doktorafhandling i Heidelberg om "Delvis separation af stereokemiske isomerer ved asymmetrisk katalyse" [2] . Hans opdagelse under dette arbejde af målrettet decarboxylering af kamfersyre var den første brug af en syntetisk forbindelse til at efterligne de stereospecifikke katalytiske egenskaber af enzymer.
I Manchester omfattede Fajans' arbejde opdagelsen af forgrening i transformationerne af radioelementer og måling af halveringstider i størrelsesordenen 10 -1 og 10 -3 sekunder og førte til fælles publikationer med Moseley og Macover [3] [4] .
Fajance var en af de første, der kom til den konklusion, at et grundstofs atomvægt ikke er en fundamental konstant, som mange troede. Sammen med Lambert og Richards bestemte han atomvægten af bly opnået fra radioaktive mineraler og sammenlignede den med almindeligt bly. Resultatet var som følger: Blyet fra den nye malmprøve havde en lavere atomvægt, 206,5, sammenlignet med 207,2 for konventionelt bly. Regler for co-udfældning af de mindste koncentrationer af radioelementer blev også formuleret af Fajans og P. Beer . De blev bekræftet af Fritz Panet og suppleret af Fajans og hans kolleger og Otto Hahn mellem 1913 og 1926 [5] [6] .
En af de første frugter af Fajances arbejde i fysisk kemi var det eksperimentelle bevis på, hvad der med rette skulle kaldes Born-Fajans-Haber termokemiske cyklus . Undersøgelsen blev offentliggjort i 1919 [7] . Fajances termokemiske undersøgelser udvidede også til diamant, grafit, alifatiske og aromatiske forbindelser.
Så tidligt som i 1920 erkendte Fajans og H. Grimm, som et resultat af at studere natrium- og kaliumhalogenider, fejlen i at tildele konstante radier til ioner. I 1923, baseret på yderligere arbejde med Georg Jos, foreslog han en afhængighed af anionradius af kationens polariserende virkning [8] . Det kan bemærkes, at Fajans forklarede og praktiserede en form for krystalfeltteori årtier før den blev anvendt til dd spektroskopiske overgange. Allerede i 1925 forudsagde Fajans, at NaF (og ikke CsF, som Coulson skrev) ville være den mest polære af alkalimetalhalogeniderne, og 38 år senere blev dette eksperimentelt bekræftet af canadiske forskere.
Fajans' andre undersøgelser under sit arbejde i München omhandlede fotokemi [9] , absorption af farvestoffer, omfattende refraktometriske undersøgelser [10] .
Begrebet kvante blev offentligt introduceret i Faience og Berlins arbejde på forårsmødet i American Chemical Society i Detroit i 1943. Fajans og Berlin foreslog det som den mængde, der mest præcist beskriver teorien om "elektrongrupper kvantiseret med hensyn til en eller flere positive ladninger eller kerner." Kvantikulen af natriumkationen blev således præsenteret i form af Na 1+ , der allerede er kendt for os som en gyldig forkortelse for (Na 11+ )1 2 2 8 , og Cl 1- - for den hyppigt forekommende quanticle af argon-lignende anion (Cl 17+ ) 1 2 2 8 3 8 . Elektronerne i den binukleære kvantik blev identificeret med romertal I, II, som i N 2 = N 5+ (I 2 II 8 )N 5+ , for at skelne dem fra de velkendte Bohr og Hand-Mulliken kvantetal. Teorien, som udsprang af Fajances lange undersøgelse af polarisering og deformation af ioner og sammenligning af molekyler som H 2 og Li 2 , brugte begreberne kontinuerlige og diskontinuerlige ændringer i fordelingen af elektroner under dannelsen af molekyler, hvilket førte til en ændring i kvantiseringen af tætheden af elektroner i forhold til positivt ladede kerner.
I 1951 blev der publiceret en artikel, der opsummerer Fajans og Berlins arbejde om kvantikler [11] . Artiklen talte om homonukleære og heteronukleære molekyler og om tilstedeværelsen af bindings- og anti-bindingsregioner i rummet mellem kernerne. Arbejdet bekræftede også gyldigheden af Gelman-Feynman-sætningen , som tidligere var blevet angrebet af Coulson og andre videnskabsmænd.
Faience og Stephen Barber gennemførte en undersøgelse af boroxidglas. Deres resultater blev offentliggjort i 1952 [12] . Artiklen talte om netværksteoriens utilstrækkelighed til at karakterisere brillernes tilstande ved lave og moderate temperaturer. En molekylær struktur blev foreslået med svage bindinger, som gradvist styrkede ved højere temperaturer. Fajans og Stephen Barber foreslog, at boroxid i nogle tilfælde opfører sig, som om det havde en struktur svarende til P 4 O 10 . Selvom J.D. Mackenzie og andre lærde var uenige i denne kontroversielle fortolkning, fandt Fajans og Barber tilhængere, herunder N.N. Sobolev og hans kolleger i Rusland.
Hans far, Herman Faience, smuk, velvillig og elsket af alle, var en succesrig forretningsmand, der repræsenterede den store tekstilvirksomhed Geiers. Sådanne aktiviteter fik min far til at indse kemiens bidrag til farvningsteknologien. Det er tydeligt, at han virkelig ønskede, at hans søn skulle fortsætte med at studere farvestoffernes kemi og få arbejde på en tekstilfabrik. Fajance var dog mere interesseret i ren videnskab end teknologi. Det er interessant at bemærke, at Fajances fars fysiklærer på gymnasiet var Marie Skłodowska-Curies far .
Casimir Fajans havde to sønner: Edgar og Alan. Edgar Fajans, der havde gjort karriere i britiske Borax, flyttede til USA efter sin fars død og blev leder af forskningsafdelingen for American Potash og derefter Imperial Chemical Industries. Stefan Fajans modtog sin MD fra Michigan og blev derefter ved University of Michigan professor i intern medicin og leder af afdelingen for endokrinologi og metabolisme med speciale i studiet af diabetes. Han blev æresprofessor i 1988.
Fajance krævede, at eleverne var kritiske over for forklaringen af kemiske fænomener. Han var skeptisk over for de undervisningsmetoder, der fandtes i USA på det tidspunkt. Han kunne ikke forstå, hvordan en studerende kunne tage eksamen fra gymnasiet uden at studere fysik, et emne, han anså for endnu vigtigere end kemi.
Fajance holdt sig ikke til en bestemt læseplan, og hans forelæsninger var fulde af digressioner. Derfor var det svært for studerende, der lige var begyndt at studere kemiske discipliner, at tilegne sig materialet. På trods af dette gav Fajances foredrag mulighed for at studere stoffet på et dybere plan. Derudover var døren til hans kontor altid åben for enhver studerende.
Fajance var en god foredragsholder, så han blev inviteret til at forelæse på forskellige universiteter: Columbia University, Harvard, Yale, Princeton, Chicago og andre amerikanske universiteter.
Kolleger i Manchester: J. Chadwick, C. G. Darwin, G. von Hevesy, G. N. Antonov, W. Macover og H. G. Moseley.
Kolleger i München: W. Roentgen, professor i eksperimentel fysik; A. Sommerfeld, professor i teoretisk fysik; P. Groth, professor i mineralogi og krystallografi; O. Henigschmidt, professor i analytisk kemi.
Fajances kritik af sine videnskabskolleger skabte en voksende fremmedgørelse over for ham i det videnskabelige samfund. Fajans havde heller ikke gode relationer til redaktørerne af amerikanske blade. Nogle redaktører forstod ikke Fajances begreber, og andre ønskede ikke at lade hans synspunkter rokke ved de etablerede videnskabelige begreber. Selv Berlins nøgleartikel i 1951 fik flere afslag, før den blev offentliggjort. Fajances involvering i at anmelde udgivne bøger udviklede sig til en rivalisering mellem ham og redaktøren.
Det er også nødvendigt at bemærke Fajancens ufleksible holdning til artiklernes form, længde og indhold. William Kieffer, redaktør på Journal of Chemistry Education, blev engang interesseret i at udgive en lidt kortere version af Faiences tyske papir, der udkom i Chimia. Dette var en glimrende mulighed for Fajance til at få sine synspunkter mere udbredt, men han afviste kategorisk alle forkortelser, og artiklen blev ikke offentliggjort.
Da pensioneringen nærmede sig, blev Fajans' tilstedeværelse på fysisk-kemi-seminarer mere og mere uudholdelig. Han var tilbøjelig til at afbryde og udspørge taleren når som helst. Hans aggressive kritik kvælede den frie diskussion.
Fajance krævede eksperimentelt arbejde, der ikke ville bringe resultaterne i fare. Til sine elever gav han eksempler på data, der angiveligt havde høj nøjagtighed, men som faktisk ikke var det på grund af brugen af urene reagenser. Han ledte konstant efter mere pålidelige kilder til eksperimentelle data, der var nødvendige for at verificere hans resultater, og da dataene modsagde dem, var han klar til at indrømme sin fejl. Hans viden om faglitteratur relateret til hans interesseområde var encyklopædisk, til stor forfærdelse for dem, der forventede at finde ham mindre vidende.
"Casimir Fajans Award" for en fremragende doktorafhandling i kemi blev oprettet ved University of Michigan i 1956 til hans ære.
Khramov, Yu . A. I. Akhiezer . - Ed. 2. rev. og yderligere — M .: Nauka , 1983. — S. 272. — 400 s. - 200.000 eksemplarer.
Holmes RE Kasimir Fajans (1887–1975): manden og hans arbejde // Bull. Hist. Chem., 1989, v. 4, s. 15-21;
Holmes RE Kasimir Fajans (1887–1975): manden og hans arbejde // Bull. Hist. Chem., 1990, v. 6, s. 7-15.