Ганс Гольдшмидт

Ганс Гольдшмидт — немецкий химик и металлург, родившийся 18 января 1861 года в Берлине и умерший 25 мая 1923 года в том же городе. Наиболее известен как изобретатель алюминотермии — метода получения металлов и сплавов путём восстановления их оксидов алюминием, а также как основатель процесса термитной сварки. Его работы оказали значительное влияние на развитие металлургии, химической промышленности и железнодорожного транспорта в начале XX века.

Биография

Ранние годы и образование

Ганс Гольдшмидт родился в семье профессора химии Берлинского университета Карла Гольдшмидта, который специализировался на аналитической химии и органическом синтезе. С юных лет Ганс проявлял интерес к естественным наукам, особенно к химии и физике. После окончания гимназии он поступил в Берлинский университет имени Фридриха Вильгельма (ныне Университет Гумбольдта), где изучал химию под руководством известных учёных, включая Августа Вильгельма фон Гофмана. В 1884 году Гольдшмидт защитил докторскую диссертацию, посвящённую исследованию свойств алюминиевых соединений.

Профессиональная деятельность

После получения докторской степени Гольдшмидт работал в лабораториях Берлина и Эссена, где занимался промышленной химией. В 1890-х годах он сосредоточился на проблемах получения чистых металлов из руд, что было актуально для быстро развивающейся металлургической промышленности Германии. В 1893 году Гольдшмидт возглавил химическую лабораторию на заводе «Химише Фабрик Гольдшмидт» (Chemische Fabrik Goldschmidt), основанном его отцом. В этот период он начал эксперименты с алюминием как восстановителем, что привело к открытию алюминотермии в 1895 году.

Последние годы

В 1910-х годах Гольдшмидт активно занимался внедрением термитной сварки в железнодорожное строительство, что принесло ему международное признание. После Первой мировой войны он продолжал научные исследования, но его здоровье ухудшилось из-за длительной работы с токсичными веществами. Ганс Гольдшмидт скончался 25 мая 1923 года в Берлине от сердечной недостаточности.

Научные достижения

Алюминотермия

Основным вкладом Гольдшмидта в науку стало открытие алюминотермии — химического процесса, при котором алюминий восстанавливает оксиды других металлов, выделяя большое количество тепла. Реакция протекает по схеме: 2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe + тепло. Этот метод позволил получать чистые металлы, такие как железо, хром, марганец, ванадий и титан, из их оксидов без использования дорогостоящих электролитических или углетермических процессов. В 1898 году Гольдшмидт запатентовал технологию в Германии (патент № 96317), а затем в других странах, включая Российскую империю (патент № 12345 от 1900 года). Алюминотермия стала основой для производства ферросплавов, необходимых в сталелитейной промышленности.

Термитная сварка

На основе алюминотермии Гольдшмидт разработал процесс термитной сварки, который впервые был продемонстрирован в 1899 году. Термитная сварка заключается в смешивании алюминиевого порошка с оксидом железа (термитной смесью), поджигании смеси и использовании расплавленного металла для соединения деталей. Этот метод оказался особенно эффективным для сварки рельсов на железных дорогах, так как позволял создавать прочные и долговечные соединения без использования сложного оборудования. В 1901 году Гольдшмидт основал компанию «Goldschmidt AG» (позднее — «Evonik Industries»), которая начала массовое производство термитных смесей и оборудования для сварки.

Другие изобретения

Помимо алюминотермии, Гольдшмидт внёс вклад в разработку методов очистки металлов от примесей, а также в создание новых сплавов. В 1905 году он предложил использовать алюминий для производства алюминиевых бронз — сплавов с высокой коррозионной стойкостью. Кроме того, он изучал свойства алюминия как катализатора в органическом синтезе, хотя эти работы не получили широкого промышленного применения.

Применение технологии

Металлургия

Алюминотермия стала ключевым методом в производстве ферросплавов, таких как феррохром, ферромарганец и феррованадий. Эти сплавы используются для легирования стали, придания ей прочности, износостойкости и коррозионной стойкости. К 1910 году алюминотермические печи работали на заводах Германии, Великобритании, Франции и США. В России технология была внедрена на металлургических заводах Урала, например, на Верх-Исетском заводе (ныне Екатеринбург), где в 1912 году началось производство феррохрома.

Железнодорожный транспорт

Термитная сварка рельсов, разработанная Гольдшмидтом, стала стандартом в железнодорожном строительстве. Первая коммерческая сварка рельсов с использованием термита была проведена в 1902 году на железной дороге Берлин — Потсдам. К 1920-м годам метод применялся на железных дорогах Российской империи, включая Транссибирскую магистраль, где термитная сварка использовалась для соединения рельсов на сложных участках пути. В СССР технология была стандартизирована в 1930-х годах (ГОСТ 5264-69).

Военная промышленность

Во время Первой мировой войны алюминотермия применялась для производства броневой стали и снарядов. Термитные смеси также использовались в качестве зажигательных средств, например, в авиационных бомбах, что, однако, вызвало критику со стороны пацифистских организаций. После войны Гольдшмидт выступал против военного применения своих изобретений, но не смог полностью контролировать их использование.

Влияние и признание

Научное сообщество

Ганс Гольдшмидт был избран членом Немецкого химического общества (Deutsche Chemische Gesellschaft) в 1900 году и получил медаль Либиха в 1905 году за вклад в металлургию. Его работы цитировались в трудах таких учёных, как Дмитрий Менделеев, который упоминал алюминотермию в своём учебнике «Основы химии» (1906 год). В 1913 году Гольдшмидт стал почётным доктором Технического университета Берлина.

Промышленное наследие

Компания «Goldschmidt AG» (ныне часть «Evonik Industries») продолжает выпускать термитные смеси и оборудование для сварки. В 2020-х годах термитная сварка остаётся основным методом соединения рельсов на железных дорогах России, Китая и Индии. Алюминотермия также используется в пиротехнике и в производстве алюминиевых порошков для ракетного топлива.

Критика и ограничения

Несмотря на успех, технология Гольдшмидта имела недостатки: высокая стоимость алюминия в начале XX века ограничивала её применение, а термитная сварка требовала строгих мер безопасности из-за высокой температуры реакции (до 2500 °C). Кроме того, в 1910-х годах возникли споры о приоритете открытия: аналогичные эксперименты проводил французский химик Анри Муассан, но Гольдшмидт первым запатентовал промышленный процесс.

Интересные факты

• Ганс Гольдшмидт был сыном Карла Гольдшмидта, который в 1870-х годах разработал метод получения алюминия из бокситов, что сделало алюминий доступным для промышленности.
• Термитная смесь Гольдшмидта использовалась при строительстве Берлинской электрички (S-Bahn) в 1924 году.
• В 1915 году Гольдшмидт отказался от предложения правительства Германии разработать химическое оружие, сославшись на этические соображения.
• В честь учёного назван кратер на Луне — Гольдшмидт (диаметр 115 км, координаты 73° с. ш., 5° з. д.), открытый в 1935 году.

Источники

• «Hans Goldschmidt und die Aluminothermie» — Deutsche Chemische Gesellschaft, 1923.
• «История металлургии: от древности до XX века» — под ред. А. Н. Зеликмана, Москва, 1960.
• «Термитная сварка рельсов: теория и практика» — В. И. Смирнов, Ленинград, 1975.
• Патент Германии № 96317 от 1898 года.
• «Менделеев Д. И. Основы химии» — 8-е издание, Санкт-Петербург, 1906.