Сванте Аррениус | |
---|---|
Сванте Аррениус около 1910 г. | |
Родился | Сванте Август Аррениус ( 1859-02-19)19 февраля 1859 г. Замок Вик, Швеция, Швеция-Норвегия |
Умер | 2 октября 1927 г. (1927-10-02)(68 лет) Стокгольм, Швеция |
Национальность | Шведский |
Альма-матер | |
Известен |
|
Награды | |
Научная карьера | |
Поля | |
Докторант | |
Докторанты | Оскар Бенджамин Кляйн |
Сванте Август Аррениус ( / ə г я н я ə s, ə г eɪ н я ə s / ə- РЗЭ -nee-əs, - RAY -, шведский: [svânːtɛ arěːnɪɵs] ; 19 февраля 1859 - 2 октября 1927) был шведским ученым. Первоначально физик, но часто называемый химиком, Аррениус был одним из основоположников науки физической химии. Он получил Нобелевскую премию по химии в 1903 году, став первым шведским лауреатом Нобелевской премии. В 1905 году он стал директором Нобелевского института, где оставался до самой смерти.
Аррениус первым применил принципы физической химии для оценки степени, в которой увеличение содержания углекислого газа в атмосфере является причиной повышения температуры поверхности Земли. В 1960-х годах Чарльз Дэвид Килинг продемонстрировал, что количество антропогенных выбросов углекислого газа в воздух достаточно, чтобы вызвать глобальное потепление.
Уравнение Аррениуса, Аррениус кислота, Аррениус база, лунный кратер Аррениус, Марсианский кратер Аррениус, гора Arrheniusfjellet, и Аррениус Labs в Стокгольмском университете было так названы в честь его вклада в науку.
Аррениус родился 19 февраля 1859 года в Вик (также пишется Вик или Вейк), недалеко от Упсалы, Королевство Швеция, Соединенное Королевство Швеции и Норвегии, в семье Сванте Густава и Каролины Тунберг Аррениус. Его отец был землемером в Уппсальском университете, а затем занял руководящую должность. В возрасте трех лет Аррениус научился читать без поддержки родителей и, наблюдая, как отец складывает числа в свои бухгалтерские книги, стал арифметическим вундеркиндом. Позднее Аррениус был глубоко увлечен математическими концепциями, анализом данных и открытием их взаимосвязей и законов.
В восемь лет он поступил в местную соборную школу, начиная с пятого класса, отличившись физикой и математикой, и окончил ее как самый молодой и самый способный ученик в 1876 году.
В Университете Упсала, он был недоволен главный инструктор физики и единственным членом факультета, который мог бы руководил его в химии, Пер Теодор Клеве, поэтому он уехал учиться в Физическом институте шведской академии наук в Стокгольме под физик Эрик Эдлунд в 1881 году.
Его работа была сосредоточена на проводимости из электролитов. В 1884 году на основе этой работы он представил 150-страничную диссертацию по электролитической проводимости в Упсале для получения докторской степени. Это не произвело впечатления на профессоров, среди которых был Клив, и он получил степень четвертого класса, но после его защиты она была переведена в категорию третьего класса. Позже за продолжение этой работы он получил Нобелевскую премию по химии 1903 года.
Аррениус выдвинул 56 тезисов в своей диссертации 1884 года, большинство из которых все еще принимается сегодня без изменений или с небольшими изменениями. Самой важной идеей в диссертации было его объяснение того факта, что твердые кристаллические соли при растворении диссоциируют на парные заряженные частицы, за что он получил Нобелевскую премию по химии 1903 года. Объяснение Аррениуса заключалось в том, что при образовании раствора соль распадается на заряженные частицы, которые Майкл Фарадей дал название ионам много лет назад. Фарадей считал, что ионы образуются в процессе электролиза, то есть для образования ионов необходим внешний источник электричества постоянного тока. Аррениус предположил, что даже в отсутствие электрического тока водные растворы солей содержат ионы. Таким образом, он предположил, что химические реакции в растворе - это реакции между ионами.
Диссертация не произвела впечатления на профессоров Упсалы, но Аррениус послал ее ряду ученых в Европе, которые разрабатывали новую науку о физической химии, таким как Рудольф Клаузиус, Вильгельм Оствальд и Дж. Х. ван 'т Хофф. На них это произвело гораздо большее впечатление, и Оствальд даже приехал в Упсалу, чтобы убедить Аррениуса присоединиться к его исследовательской группе. Однако Аррениус отказался, так как он предпочел остаться в Швеции-Норвегии на некоторое время (его отец был очень болен и умрет в 1885 году) и получил назначение в Упсале.
В продолжение своей ионной теории Аррениус в 1884 году предложил определения кислот и оснований. Он считал, что кислоты - это вещества, которые производят ионы водорода в растворе, а основания - это вещества, которые производят ионы гидроксида в растворе.
В 1885 году Аррениус затем получил грант на поездку от Шведской академии наук, который позволил ему учиться у Оствальда в Риге (ныне в Латвии ), у Фридриха Кольрауша в Вюрцбурге, Германия, у Людвига Больцмана в Граце, Австрия, и у ван 't Hoff в Амстердаме.
В 1889 году Аррениус объяснил тот факт, что для протекания большинства реакций требуется дополнительная тепловая энергия, сформулировав концепцию энергии активации, энергетического барьера, который необходимо преодолеть, прежде чем две молекулы вступят в реакцию. Уравнение Аррениуса дает количественную основу зависимости между энергией активации и скоростью, с которой протекает реакция.
В 1891 году он стал лектором в Стокгольмском университетском колледже ( Stockholms Högskola, ныне Стокгольмский университет ), получив звание профессора физики (с большим сопротивлением) в 1895 году и ректора в 1896 году.
Примерно в 1900 году Аррениус участвовал в создании Нобелевских институтов и Нобелевских премий. В 1901 году он был избран членом Шведской королевской академии наук. Всю оставшуюся жизнь он будет членом Нобелевского комитета по физике и фактическим членом Нобелевского комитета по химии. Он использовал свое положение, чтобы устроить призы своим друзьям ( Якобус Ван'т Хофф, Вильгельм Оствальд, Теодор Ричардс ) и попытаться отказать в них своим врагам ( Пол Эрлих, Вальтер Нернст, Дмитрий Менделеев ). В 1901 году Аррениус был избран членом Шведской академии наук, несмотря на сильное сопротивление. В 1903 году он стал первым шведом, удостоенным Нобелевской премии по химии. В 1905 году, после основания Нобелевского института физических исследований в Стокгольме, он был назначен ректором института и оставался на этой должности до выхода на пенсию в 1927 году.
В 1911 году он получил первую премию Уилларда Гиббса.
В 1909 году он был избран почетным членом Нидерландского химического общества.
Он стал иностранным членом Королевского общества (ForMemRS) в 1910 году.
В 1912 году он был избран иностранным почетным членом Американской академии искусств и наук.
В 1919 году он стал иностранным членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук.
В конце концов теории Аррениуса стали общепринятыми, и он обратился к другим научным темам. В 1902 году он начал исследовать физиологические проблемы с точки зрения химической теории. Он определил, что реакции в живых организмах и в пробирке подчиняются одним и тем же законам.
В 1904 году он прочитал в Калифорнийском университете курс лекций, цель которых состояла в том, чтобы проиллюстрировать применение методов физической химии к изучению теории токсинов и антитоксинов, и которые были опубликованы в 1907 году под названием Иммунохимия. Он также обратил свое внимание на геологию (происхождение ледниковых периодов ), астрономию, физическую космологию и астрофизику, объясняя рождение Солнечной системы в результате межзвездных столкновений. Он считал, что радиационное давление объясняет кометы, солнечную корону, северное сияние и зодиакальный свет.
Он думал, что жизнь могла быть перенесена с планеты на планету путем переноса спор ; эта теория теперь известна как панспермия. Он придумал идею универсального языка, предложив модификацию английского языка.
Он был членом правления Шведского общества расовой гигиены (основано в 1909 г.), которое в то время одобряло менделизм и внесло свой вклад в тему контрацептивов примерно в 1910 г. Однако до 1938 г. информация и продажа противозачаточных средств были запрещены в Королевстве Швеция.. Гордон Штайн писал, что Сванте Аррениус был атеистом. В последние годы своей жизни он написал и учебники, и популярные книги, пытаясь подчеркнуть необходимость дальнейшей работы по обсуждаемым темам. В сентябре 1927 года он заболел приступом острого кишечного катара и умер 2 октября. Похоронен в Упсале.
Он был дважды женат, сначала на своей бывшей ученице Софии Рудбек (1894–1896 гг.), От которой у него родился сын Олоф Аррениус [ sv ; fr ], а затем Марии Йоханссон (1905–1927), с которой у него родились две дочери и сын.
Аррениус был дедом бактериолога Агнес Волд, химик Сванте Волд [ св ] и океан biogeochemist Густава Аррениуса [ св ; fr ].
Разрабатывая теорию, объясняющую ледниковые периоды, Аррениус в 1896 году первым применил основные принципы физической химии для расчета оценок степени, в которой увеличение содержания углекислого газа в атмосфере (CO 2) приведет к увеличению температуры поверхности Земли через теплицу. эффект. Эти расчеты привели его к выводу, что антропогенные выбросы CO 2 в результате сжигания ископаемого топлива и других процессов горения достаточно велики, чтобы вызвать глобальное потепление. Этот вывод прошел тщательную проверку и занял место в центре современной науки о климате. В этой работе Аррениус опирался на предыдущие работы других известных ученых, включая Жозефа Фурье, Джона Тиндалла и Клода Пуйе. Аррениус хотел определить, могут ли парниковые газы способствовать объяснению колебаний температуры между ледниковыми и межледниковыми периодами. Аррениус использовал инфракрасные наблюдения Луны - Фрэнк Вашингтон Вери и Сэмюэл Пирпонт Лэнгли в обсерватории Аллегейни в Питтсбурге - чтобы вычислить, сколько инфракрасного (теплового) излучения захватывается CO 2 и водяным паром (H 2 O) в атмосфере Земли. Используя «закон Стефана» (более известный как закон Стефана – Больцмана ), он сформулировал то, что он назвал «правилом». В своей первоначальной форме правило Аррениуса гласит:
Здесь Аррениус относится к CO 2 как к угольной кислоте (которая относится только к водной форме H 2 CO 3 в современном использовании). Следующая формулировка правила Аррениуса все еще используется сегодня:
где - концентрация CO 2 в начале (нулевой момент времени) изучаемого периода (если для обоих и используется одна и та же единица концентрации, то не имеет значения, какая единица концентрации используется); - концентрация CO 2 на конец исследуемого периода; ln - натуральный логарифм (= логарифм по основанию e ( log e)); и представляет собой повышение температуры, другими словами, изменение скорости нагрева поверхности Земли ( радиационное воздействие ), которое измеряется в ваттах на квадратный метр. Выводы из моделей переноса атмосферного излучения показали, что (альфа) для CO 2 составляет 5,35 (± 10%) Вт / м 2 для атмосферы Земли.
Аррениус на первой Сольвеевской конференции по химии в 1922 году в Брюсселе.Основываясь на информации своего коллеги Арвида Хегбома, Аррениус был первым человеком, который предсказал, что выбросы углекислого газа от сжигания ископаемого топлива и других процессов горения были достаточно большими, чтобы вызвать глобальное потепление. В свои расчеты Аррениус включил обратную связь от изменений водяного пара, а также широтные эффекты, но он не учел облака, конвекцию тепла вверх в атмосфере и другие важные факторы. Его работа в настоящее время рассматривается не столько как точная количественная оценка глобального потепления, сколько как первая демонстрация того, что увеличение содержания CO 2 в атмосфере вызовет глобальное потепление, при прочих равных условиях.
Сванте Аррениус (1909)Значения поглощения Аррениуса для CO 2 и его выводы встретили критику со стороны Кнута Ангстрёма в 1900 году, который опубликовал первый современный инфракрасный спектр поглощения CO 2 с двумя полосами поглощения и опубликовал экспериментальные результаты, которые, казалось, показали, что поглощение инфракрасного излучения газом в атмосфера была уже «насыщена», так что добавление большего количества не имело никакого значения. Аррениус категорически ответил в 1901 году ( Annalen der Physik), полностью отвергнув критику. Он кратко затронул эту тему в технической книге под названием Lehrbuch der kosmischen Physik (1903). Позже он написал Världarnas utveckling (1906) (немецкий: Das Werden der Welten [1907], английский: Worlds in the Making [1908]), адресованный широкой аудитории, где он предположил, что выброс CO 2 человеком будет достаточно сильным, чтобы предотвратить вступление мира в новый ледниковый период, и что более теплая земля будет необходима, чтобы прокормить быстро увеличивающееся население:
В настоящее время общепринятое объяснение состоит в том, что исторически орбитальное воздействие определяло время ледниковых периодов, а CO 2 действовал как существенная усиливающая обратная связь. Однако выбросы CO 2 после промышленной революции увеличили CO 2 до уровня, который не наблюдался с 10 до 15 миллионов лет назад, когда глобальная средняя температура поверхности была на 11 ° F (6 ° C) выше, чем сейчас, и почти весь лед. растаяли, подняв мировой уровень моря примерно на 100 футов выше сегодняшнего.
Аррениус оценил на основе уровней CO 2 в свое время, что снижение уровней на 0,62–0,55 приведет к снижению температуры на 4–5 ° C (по Цельсию), а увеличение CO 2 в 2,5–3 раза вызовет повышение температуры на 8–8 ° C. 9 ° C в Арктике. В своей книге « Миры в процессе создания» он описал теорию атмосферы «теплицы».