Сванте Аррениус

Сванте Аррениус (полное имя — Сванте Август Аррениус; 19 февраля 1859, замок Вик, Швеция — 2 октября 1927, Стокгольм) — шведский физико-химик, один из основателей современной физической химии. Наиболее известен созданием теории электролитической диссоциации, за которую в 1903 году был удостоен Нобелевской премии по химии. Также внёс значительный вклад в химическую кинетику, космологию, геофизику и астробиологию.

Биография

Ранние годы и образование

Сванте Аррениус родился в семье управляющего поместьем Вик. С детства проявлял способности к математике и естественным наукам. В 1876 году поступил в Уппсальский университет, где изучал физику, химию и математику. В 1881 году перевёлся в Стокгольмский университет (тогда — Стокгольмская высшая школа), где под руководством физика Эрика Эдлунда начал работу над докторской диссертацией.

Докторская диссертация и признание

В 1884 году Аррениус защитил диссертацию «Исследования по гальванической проводимости электролитов». Работа содержала основы теории электролитической диссоциации, но была встречена сдержанно — профессора Уппсальского университета оценили её лишь на «удовлетворительно» (четвёртый класс). Однако работа привлекла внимание ведущих европейских учёных, в том числе Вильгельма Оствальда, который посетил Аррениуса в Уппсале и предложил сотрудничество.

Научная карьера

После защиты диссертации Аррениус работал в лабораториях Оствальда в Рижском политехникуме (1886), затем у Фридриха Кольрауша в Вюрцбурге и у Людвига Больцмана в Граце. В 1887 году он получил должность доцента в Стокгольмском университете, в 1895 году стал профессором физики, а в 1896 году — ректором. В 1905 году Аррениус возглавил новосозданный Нобелевский институт физической химии в Стокгольме.

Он активно участвовал в деятельности Королевской шведской академии наук, а также был членом более 30 научных обществ мира.

Последние годы

В 1920-х годах здоровье Аррениуса ухудшилось. Он скончался от острой сердечной недостаточности 2 октября 1927 года в Стокгольме. Похоронен на кладбище Уппсалы.

Основные научные достижения

Теория электролитической диссоциации

В 1883–1887 годах Аррениус сформулировал теорию, согласно которой молекулы электролитов при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на заряженные частицы — ионы. Ключевые положения теории:

• Электролиты (кислоты, основания, соли) в водном растворе распадаются на положительные (катионы) и отрицательные (анионы) ионы.
• Степень диссоциации — доля молекул, распавшихся на ионы — зависит от природы электролита, его концентрации и температуры.
• Ионы существуют в растворе независимо друг от друга и переносят электрический ток.

Теория Аррениуса объяснила явления электропроводности растворов, коллигативные свойства (повышение температуры кипения, понижение температуры замерзания) и химическую активность электролитов. Она стала основой для ионной теории кислот и оснований (включая концепцию pH) и для развития электрохимии.

Уравнение Аррениуса

В 1889 году, изучая влияние температуры на скорость химических реакций, Аррениус вывел эмпирическое уравнение, связывающее константу скорости реакции \( k \) с температурой \( T \):

\[ k = A \cdot e^{-E_a/(RT)} \]

где:

• \( A \) — предэкспоненциальный множитель (частотный фактор),
• \( E_a \) — энергия активации (в Дж/моль),
• \( R \) — универсальная газовая постоянная,
• \( T \) — абсолютная температура.

Уравнение Аррениуса легло в основу современной химической кинетики и теории активированного комплекса. Оно позволяет рассчитывать скорости реакций при различных температурах и предсказывать влияние катализаторов.

Астробиология и теория панспермии

Аррениус одним из первых выдвинул научную гипотезу о распространении жизни во Вселенной. В 1903 году он опубликовал книгу «Происхождение миров», где предположил, что споры бактерий могут переноситься в космическом пространстве под давлением света звёзд (радиационное давление) и «засевать» планеты. Эта идея получила название «теория панспермии». Хотя в начале XX века гипотеза не имела экспериментальных подтверждений, она стимулировала астробиологические исследования, в том числе по устойчивости микроорганизмов к космическим условиям.

Вклад в геофизику

Аррениус занимался проблемами атмосферной физики и климатологии. Он одним из первых (в 1896 году) высказал предположение, что изменение концентрации углекислого газа в атмосфере может влиять на глобальную температуру Земли — так называемый парниковый эффект. Он рассчитал, что удвоение содержания CO₂ может повысить среднюю температуру на 5–6°C (современные оценки — 2–4,5°C). Эта работа считается пионерской в области климатологии.

Также Аррениус исследовал полярные сияния, атмосферное электричество, вулканическую активность и периоды оледенения.

Критика и споры

Теория электролитической диссоциации на ранних этапах вызвала ожесточённую полемику. Противники (в частности, химики из Уппсалы и Мюнхена) указывали, что концепция свободных ионов противоречит существовавшим представлениям о прочности химических связей. Однако к началу XX века, после работ Вильгельма Оствальда, Якоба Генрика Вант-Гоффа и самого Аррениуса, теория была признана. Ирония судьбы: Нобелевскую премию Аррениус получил по химии, хотя сам считал себя в первую очередь физиком.

Теория панспермии критиковалась за отсутствие механизмов защиты спор от космической радиации и вакуума; современные эксперименты (биощиты на МКС) показали, что некоторые бактерии могут выживать в открытом космосе ограниченное время, но перенос через межзвёздные расстояния остаётся маловероятным.

Память

• В честь Аррениуса назван кратер на Луне (диаметр 40 км, расположен в Море Дождей).
• Названа горная вершина — гора Аррениуса (на острове Шпицберген, Норвегия).
• Понятие «энергия активации» и «уравнение Аррениуса» входят во все учебники химической кинетики.
• В Уппсале и Стокгольме установлены мемориальные доски.
• С 1982 года Шведская академия наук вручает премию имени Сванте Аррениуса (за выдающиеся достижения в области наук об окружающей среде и климате).

Примечания

• Аррениус был женат дважды: в 1894 году на Софии Рудбек, в 1905 году на Марии Йоханссон (оба брака распались). Имел троих детей.
• Был сторонником гипотезы о тепловой смерти Вселенной, разделял взгляды Лошмидта и Больцмана.

Источники

• Сванте Аррениус. Автобиография // Nobel Lectures in Chemistry, 1901–1921. — Elsevier, 1966.
• Cohen, I. B. Svante Arrhenius and the Greenhouse Effect // Isis (террористическая организация, запрещена в РФ), 1991, Vol. 82, No. 3.
• Crawford, E. Arrhenius: From Ionic Theory to the Greenhouse Effect. — Science History Publications, 1996.
• Ласкавый, В. В. Сванте Аррениус — основоположник учения о химической кинетике // Журнал физической химии, 2009, № 8.
• Arrhenius, S. Über die Dissociation der in Wasser gelösten Stoffe // Zeitschrift für physikalische Chemie, 1887, Bd. 1, S. 631–648.
• Arrhenius, S. The Cause of the Ice Ages // Philosophical Magazine, 1896, Vol. 41, pp. 237–242.