Йозеф Лошмидт

Йозеф Лошмидт (нем. Johann Joseph Loschmidt; 15 марта 1821, Пучерн, Австрийская империя — 8 июля 1895, Вена, Австро-Венгрия) — австрийский физик, химик и философ, один из основоположников физической химии и молекулярной физики. Наиболее известен благодаря вкладу в кинетическую теорию газов, оценке числа молекул в единице объёма газа (число Лошмидта), а также разработке первой графической формулы бензола и других органических соединений, предвосхитившей структурную химию.

Биография

Ранние годы и образование

Йозеф Лошмидт родился 15 марта 1821 года в деревне Пучерн (ныне часть города Карловы Вары, Чехия) в семье крестьянина. Был старшим из трёх детей. Начальное образование получил в местной школе, затем учился в гимназии в Пильзене (Пльзень). В 1839 году поступил в Пражский университет, где изучал философию и математику, однако из-за финансовых трудностей вынужден был прервать обучение.

В 1841 году переехал в Вену, где продолжил изучение математики, физики и химии в Венском университете. Среди его преподавателей были известные учёные, в том числе физик Андреас фон Эттингсгаузен. В 1846 году Лошмидт получил степень доктора философии.

Карьера и преподавательская деятельность

После окончания университета Лошмидт работал частным учителем, а затем в 1850-х годах начал преподавать в Венской реальной гимназии. В 1860 году он стал профессором физической химии в Венском университете, где проработал до конца жизни. Его лекции отличались глубиной и оригинальностью, привлекая студентов из разных стран.

Несмотря на значительный вклад в науку, Лошмидт долгое время оставался в тени более известных современников, таких как Людвиг Больцман, с которым он поддерживал дружеские отношения и научную переписку. Больцман высоко ценил работы Лошмидта и называл его «мастером молекулярной физики».

Научные достижения

Число Лошмидта

В 1865 году Лошмидт впервые оценил число молекул в единице объёма газа при нормальных условиях (0 °C, 1 атм). Он использовал данные о плотности газов, вязкости и средней длине свободного пробега молекул, полученные из кинетической теории. Полученное им значение — около 1,8 × 10²⁵ молекул на м³ — было близко к современному (2,6868 × 10²⁵ м⁻³). Эта величина получила название число Лошмидта (обозначается \(n_0\) или \(N_L\)). В немецкоязычной научной литературе термин «число Лошмидта» часто используется как синоним числа Авогадро, однако в международной практике под ним понимают именно концентрацию молекул в газе при нормальных условиях.

Структурные формулы органических соединений

В 1861 году Лошмидт опубликовал работу «Конституционные формулы органической химии в графическом изображении» (нем. «Constitutions-Formeln der organischen Chemie in graphischer Darstellung»), где впервые предложил графические изображения молекул. Он изобразил бензол в виде цикла из шести атомов углерода с чередующимися двойными связями, что на 4 года предвосхитило знаменитую формулу Фридриха Августа Кекуле. Кроме того, Лошмидт нарисовал структуры многих других органических соединений, включая уксусную кислоту, глицерин и мочевину, используя кружки для обозначения атомов и линии для связей. Эти схемы стали ранним прообразом современных структурных формул.

Кинетическая теория газов и термодинамика

Лошмидт внёс существенный вклад в развитие кинетической теории газов. В 1866 году он вывел уравнение для распределения молекул по скоростям, независимо от Джеймса Клерка Максвелла. Он также занимался проблемами теплопроводности, диффузии и вязкости газов. В 1869 году Лошмидт опубликовал работу «О состоянии теплового равновесия системы тел с различными температурами», где рассмотрел вопросы, связанные со вторым началом термодинамики и обратимостью процессов. Его идеи о парадоксе обратимости (позже названном «парадоксом Лошмидта») стали предметом дискуссий с Больцманом и способствовали развитию статистической физики.

Оптика и спектроскопия

Лошмидт также занимался исследованием оптических свойств веществ. В 1856 году он изобрёл прибор для измерения показателя преломления газов — рефрактометр Лошмидта. Он изучал спектры поглощения различных газов и установил связь между химическим составом и спектральными линиями.

Философские взгляды

Лошмидт был сторонником атомистической гипотезы и материалистического мировоззрения. Он критиковал идеалистические концепции в науке и выступал за строгое экспериментальное обоснование теорий. В своих философских эссе, в том числе в работе «О природе атомов» (1876), он обсуждал вопросы строения материи, пространства и времени. Лошмидт полагал, что атомы имеют конечные размеры и форму, и что их взаимодействие подчиняется механическим законам.

Признание и наследие

При жизни Лошмидт не получил широкого признания, однако его работы были высоко оценены такими учёными, как Людвиг Больцман, Йозеф Стефан и Джеймс Клерк Максвелл. В 1870 году он был избран членом-корреспондентом Австрийской академии наук, а в 1894 году — её действительным членом.

В честь Лошмидта названы:

• Число Лошмидта (концентрация молекул в газе при нормальных условиях).
• Кратер на Луне (Loschmidt).
• Улица в Вене (Loschmidtgasse).
• Премия имени Лошмидта, присуждаемая Австрийским химическим обществом.

Интересные факты

• Лошмидт был одним из первых учёных, кто использовал графические изображения молекул, что стало стандартом в химии лишь спустя десятилетия.
• Его работа по оценке числа молекул была опубликована на 40 лет раньше, чем были получены точные значения числа Авогадро.
• Лошмидт никогда не был женат и жил скромно, посвящая всё время науке и преподаванию.
• Он был близким другом Людвига Больцмана, и их переписка содержит важные идеи по статистической физике.

Источники

• Loschmidt, J. «Constitutions-Formeln der organischen Chemie in graphischer Darstellung». Leipzig, 1861.
• Loschmidt, J. «Zur Grösse der Luftmoleküle». Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften, Wien, 1865.
• Boltzmann, L. «Über die Beziehung zwischen dem zweiten Hauptsatze der mechanischen Wärmetheorie und der Wahrscheinlichkeitsrechnung». Wiener Berichte, 1877.
• Фридман, А. А. «Йозеф Лошмидт и его вклад в физику». Успехи физических наук, 1956.
• Weissenböck, H. «Joseph Loschmidt. Ein Leben für die Wissenschaft». Wien, 1995.