Томас Грэм

Томас Грэм (англ. Thomas Graham; 21 декабря 1805, Глазго — 16 сентября 1869, Лондон) — шотландский химик, один из основателей физической химии и коллоидной химии. Известен своими фундаментальными работами по диффузии газов и жидкостей, а также по свойствам коллоидных растворов. Сформулировал закон Грэма, описывающий скорость истечения газов через пористые перегородки, и ввёл в науку понятия «кристаллоид» и «коллоид». Член Лондонского королевского общества (1836), иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (1842).

Биография

Ранние годы и образование

Томас Грэм родился в Глазго в семье преуспевающего текстильного фабриканта Джеймса Грэма. Был старшим из семи детей. Вопреки желанию отца, видевшего в нём продолжателя семейного дела, Томас проявил склонность к наукам. В 1819 году поступил в Университет Глазго, где изучал химию под руководством профессора Томаса Томсона. В 1824 году перевёлся в Эдинбургский университет, где продолжил обучение у профессора Чарльза Хоупа. В 1826 году, после смерти отца, получил небольшое наследство, позволившее ему посвятить себя научной работе.

Научная карьера

В 1828 году Грэм стал ассистентом профессора химии в Институте механиков в Глазго, а в 1830 году — профессором химии в Андерсоновском колледже (ныне Университет Стратклайда) в Глазго. В 1836 году он был избран членом Лондонского королевского общества. В 1837 году переехал в Лондон, где занял должность профессора химии в Университетском колледже Лондона (UCL), сменив на этом посту Эдварда Тёрнера. В UCL Грэм проработал до 1854 года, одновременно занимая пост декана факультета наук (с 1840 по 1847 год).

В 1854 году Грэм был назначен главой Королевского монетного двора (Master of the Mint), где прослужил до 1869 года. На этой должности он занимался вопросами улучшения качества монет, исследованиями сплавов и внедрением новых методов анализа. Несмотря на административную работу, он продолжал активные научные исследования.

Последние годы

Томас Грэм скончался 16 сентября 1869 года в Лондоне в возрасте 63 лет. Похоронен на кладбище Глазго (Некрополь Глазго). Его имя увековечено в названиях научных учреждений, премий и химических понятий.

Научные достижения

Закон диффузии газов (Закон Грэма)

Главным научным вкладом Грэма является открытие закона, связывающего скорость диффузии (или истечения) газа с его плотностью. В 1829 году он опубликовал работу «О законе диффузии газов», в которой экспериментально показал, что скорость диффузии газа обратно пропорциональна квадратному корню из его плотности (или молярной массы). Математически закон выражается формулой:

\[ \frac{v_1}{v_2} = \sqrt{\frac{M_2}{M_1}} \]

где \( v_1 \) и \( v_2 \) — скорости диффузии двух газов, а \( M_1 \) и \( M_2 \) — их молярные массы.

Этот закон стал одним из первых количественных законов в физической химии и нашёл широкое применение в газовом анализе, разделении изотопов (например, в процессе обогащения урана) и в теории кинетики газов.

Исследования диффузии жидкостей

Грэм также изучал диффузию растворённых веществ в жидкостях. В 1850-х годах он провёл серию экспериментов, показавших, что скорость диффузии различных веществ в растворах зависит от их молекулярной массы и природы. Эти работы заложили основы для понимания процессов осмоса и диализа.

Коллоидная химия

Грэм считается основателем коллоидной химии. В 1861 году он опубликовал фундаментальную работу «О жидкой диффузии, применённой к анализу», в которой ввёл понятия кристаллоидов (веществ, способных кристаллизоваться и легко диффундировать через полупроницаемые мембраны) и коллоидов (веществ, не образующих кристаллов и диффундирующих очень медленно). Сам термин «коллоид» происходит от греческого слова «kolla» (клей).

Грэм разработал метод диализа — разделения кристаллоидов и коллоидов с помощью полупроницаемой мембраны (например, пергамента или животного пузыря). Этот метод стал основой для очистки коллоидных растворов и широко используется в биохимии и медицине.

Другие работы

• Исследование фосфорной кислоты: Грэм показал, что фосфорная кислота может существовать в трёх различных формах (орто-, пиро- и метафосфорная), различающихся по составу и свойствам.
• Изучение водных растворов спиртов: Он установил, что при смешивании спирта и воды происходит сжатие объёма, что объясняется образованием гидратов.
• Работы по адсорбции: Грэм изучал поглощение газов пористыми телами (древесный уголь, платина), что предвосхитило теорию катализа.

Основные труды

• «О законе диффузии газов» (1829)
• «О жидкой диффузии, применённой к анализу» (1861)
• «Элементы химии» (1842) — учебник, выдержавший несколько изданий
• «Исследования по диффузии жидкостей» (1850)

Признание и наследие

• Член Лондонского королевского общества (1836)
• Иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (1842)
• Член Королевского общества Эдинбурга (1837)
• Иностранный член Французской академии наук (1867)
• В его честь названа Премия Томаса Грэма (Thomas Graham Prize), присуждаемая Королевским химическим обществом за выдающиеся достижения в области коллоидной химии.
• Имя Грэма носит Институт Томаса Грэма (Thomas Graham House) — здание Королевского химического общества в Кембридже.
• В честь учёного назван минерал грэмит (Grahamite) — разновидность асфальта.
• В 1911 году в Глазго был открыт памятник Томасу Грэму.

Критика и исторический контекст

Работы Грэма по диффузии газов были высоко оценены современниками, однако некоторые учёные (например, Джон Дальтон) первоначально скептически отнеслись к его выводам. Тем не менее, экспериментальная точность Грэма и воспроизводимость его результатов быстро привели к признанию закона. В области коллоидной химии Грэм, хотя и ввёл ключевые понятия, не смог дать полного теоретического объяснения коллоидных явлений, что было сделано позднее, в XX веке, в работах Рихарда Зигмонди и Теодора Сведберга.

Источники

• Thomas Graham. The Life and Work of a Victorian Chemist — R. G. W. Anderson, 1993.
• A History of Chemistry — J. R. Partington, 1964.
• The Development of Physical Chemistry — J. W. Servos, 1990.
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона (статья «Грэм, Томас»), 1893.
• Большая советская энциклопедия (3-е издание), 1972.