Семёнов, Николай Николаевич

Материал из «Знание.Вики»
Николай Николаевич Семёнов
Nikolay Semyonov Nobel.jpg
Научная сфера химическая физика
Место работы ЛПИ им. Калинина, МГУ, ГФТРИ, ИХФ, МФТИ
Альма-матер Петроградский университет (1917)
Учёное звание академик АН СССР (1932)
Ученики А. Ф. Вальтер, В. В. Воеводский,
Я. Б. Зельдович, В. Н. Кондратьев, А. Б. Налбандян,
Д. А. Франк-Каменецкий,
Ю. Б. Харитон, Н. М. Эмануэль
Известен как автор теории теплового взрыва и теории цепных реакций
Награды и премии
Нобелевская премия Нобелевская премия по химии (1956)
Большая золотая медаль имени М. В. Ломоносова Большая золотая медаль имени М. В. Ломоносова (1969)
Герой Социалистического Труда — 1966 Герой Социалистического Труда — 1976
Орден Ленина Орден Ленина Орден Ленина Орден Ленина
Орден Ленина Орден Ленина Орден Ленина Орден Ленина
Орден Ленина Орден Октябрьской Революции Орден Трудового Красного Знамени Юбилейная медаль «За доблестный труд (За воинскую доблесть). В ознаменование 100-летия со дня рождения Владимира Ильича Ленина»
Ленинская премия — 1976 Сталинская премия — 1941 Сталинская премия — 1949

Никола́й Никола́евич Семёнов (15 апреля 1896, Саратов — 25 октября 1986, Москва) — физико-химик, создал теорию цепных реакций, в 1932 году являлся академиком Академии Наук СССР, с 1931 года организатор и директор Института химической физики Академии Наук СССР. С 1963 года по 1971 год Николай Николаевич был вице-президентом Академии Наук СССР, дважды Герой Социалистического Труда (1966 год, 1976 год), лауреат Нобелевской премии по химии (1956 год), Лауреат Ленинской (1976) и двух Государственных (1941 год, 1949 год) премий СССР[1].

Биография

Николай Николаевич Семёнов родился 15 апреля 1896 года в городе Саратове Российской империи. Елена Дмитриева, мать будущего учёного, высокообразованная женщина, учитель математики, окончила Бестужевские курсы. Отец — Николай Семёнов — профессиональный военный[2].

В 1897 году Николай Александрович Семёнов занял должность управляющего Вольским удельным имением, и семья переехала в село Широкий Буерак, поселились в Вольске, где Николай поступил в реальное училище[3].

В 1910 году семья переехала в Самару, так как отец получил должность ревизора Самарского удельного округа. Здесь в 1913 году Николай окончил Самарское реальное училище[4].

В шестом классе Николай прочёл книги Сванте Аррениуса и Якоба Вант—Гоффа. Они настолько поразили его, что впоследствии академик Семёнов в предисловии к главному труду жизни и деятельности «Цепные реакции» назовёт этих авторов «великими заочными учителями», а о книге скажет, что «заставили меня заняться физикой со специальной задачей, научиться её применять к химическим проблемам»[5].

Учась в седьмом классе, Николай знакомится с учителем физики, который сыграл важную роль в его жизни. Этим преподавателем был выпускник физико-математического факультета Казанского университета Владимир Иванович Кармилов. Он своими знаниями продолжал вызывать интерес к физическим явлениям у своего ученика, поддержал стремление Николая Семёнова посвятить свою жизнь науке[6].

В июле 1913 года Николай поступил на математическое отделение физико-математического факультета Петроградского университета[7]. Отец был расстроен выбором сына, потому что надеялся, что тот выберет его путь и станет военным. В результате этого отношения между ними были сложными в течение нескольких лет[2].

Интерес к физике был велик, и Николай Семёнов уже со второго курса начал заниматься наукой под руководством А. Ф. Иоффе: выполнил работы по ионизации атомов и молекул под действием электронного удара в газовых разрядах[4].

Николай Николаевич в 1917 году окончил университет, получив диплом первой степени, и продолжил обучение, став профессорским стипендиатом (аналог аспирантуры)[7].

В 1918 году Семёнов решил провести каникулы у родителей в Самаре. Здесь его застал мятеж Чехословацкого корпуса. В июне власть в городе перешла к эсеровскому Комитету членов Учредительного собрания. Семёнов ушёл добровольцем в Народную армию Комуча и служил коноводом в артиллерийской батарее. Вскоре получил сообщение о тяжёлой болезни отца, по этой причине его отпустили домой[8].

В Самаре Николай Николаевич оформил себе перевод в формирующуюся Уфимскую батарею, а по дороге к новому месту службы дезертировал и отправился в Томск. Это был единственный город Сибири, где находился университет, и Семёнов надеялся заняться там наукой, используя полученные в Петербурге глубокие знания в области физики[9].

С сентября 1918 по март 1920 года (с перерывом) работал в Томском университете и Томском технологическом институте — в лаборатории кафедры физики под руководством профессора Вейнберга Б. П. В сентябре 1919 года был мобилизован в белогвардейскую колчаковскую армию. Семёнов сначала служил в Томском артиллерийском дивизионе. Б. П. Вейнберг ходатайствовал и смог добиться перевода Николая в радиобатальон и откомандирования его в Технологический институт[10].

В декабре 1919 года Томск оказался под властью Красной армии, радиобатальон перешёл в её состав. В конце января 1920 года по ходатайству руководства Томского университета Семёнов уволен из Красной армии и продолжил научно-преподавательскую работу[11].

В мае 1920 года Николая пригласил в Петроград Иоффе А. И., занимавшийся созданием Физико-технического рентгенологического института. Семёнов возглавил лабораторию электронных явлений. В 1922 году он был назначен заместителем директора Физико-технического института[12].

В 1928 году Семёнов стал профессором Ленинградского политехнического института. С 1928 по 1932 год являлся заместителем декана физико-механического факультета, инициировал организацию в институте специализации по химической физике. С 1927 года Семёнов руководил химико-физическим сектором Физико — технического института, на базе которого в 1931 году основал Институт химической физики АН СССР и был его бессменным директором до конца жизни[13].

В 1929 году Николай Николаевич избирается членом-корреспондентом, а в 1932 году становится действительным членом Академии наук СССР[14]. В 1934 году физик опубликовал монографию «Химическая кинетика и цепные реакции». В ней он обосновал существование механизма цепной или разветвлённой цепной реакции. Учёный продемонстрировал, что реакция отвечает за многие химические процессы, включая полимеризацию[15].

После начала Великой Отечественной войны Семёнова эвакуировали в Казань. В это время учёный занимался проблемами горения и взрыва. В 1943 году вместе с Институтом химической физики вернулся из эвакуации в Москву[8]. В 1944 году Семёнов преподавал в МГУ и организовал на химическом факультете кафедру химической кинетики, которой заведовал более 40 лет[1]. Совместно с Капицей П. Л. в 1946 году Семёнов основал Московский физико-технический институт, создал факультет молекулярной и химической физики[16].

В 19401950-х годах Семёнов принимал участие в советском атомном проекте. В 1947 году вступил в Коммунистическую Партию Советского Союза, был кандидатом в члены ЦК КПСС с 1961 по 1966 год, трижды избирался депутатом Верховного Совета СССР[17].

В 1958 году Семёнов Н. Н. выступал на XII Менделеевских чтениях, с 1957 года по 1971 год занимал должность академика-секретаря Отделения химических наук АН СССР, с 4 июля 1963 по 28 мая 1971 годы был Вице-президентом Академии Наук СССР. В 19601963 годах учёный стал председателем правления Всесоюзного просветительского общества «Знание», в 1981 году являлся главным редактором журнала «Химическая физика». Семёнов был активным участником движения учёных против угрозы ядерной войны[17].

25 сентября 1986 года учёный умер. Семёнов Н. Н. похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве[10].

Научная деятельность

Исследовательская деятельность учёного Н. Н. Семёнова в области химической физики многогранна. В его работе главным достижением стало открытие нового типа химических процессов — разветвлённой цепной реакции. Это важное открытие позволило найти методы управления химическими процессами: ускорения, замедления, обрывания их на любой стадии. Также Семёнов разработал микрокинетику химических реакций, развил учение о распространении пламени, о горении взрывчатых веществ. Совместно с учениками Семёнов создал теорию гетерогенного катализа, предложил теории каталитической активности и топохимических процессов[8].

Семёнов ещё в 1916 году начал изучать процессы ионизации газов. В начале 1920-х годов учёный работал над механизмами пробоя диэлектриков. В результате этого исследования была создана тепловая теория пробоя. Она легла в основу тепловой теории воспламенения. Её учёный разработал в 1928 году и развил в трудах по теории горения и теплового взрыва (конец 1930-х — начало 1940-х годов)[5]. Данное исследование позволило рассматривать процессы распространения пламени, детонации, горения взрывчатых веществ[8].

В 1920 году совместно с Капицей Л. П. было рассчитано отклонение пучка парамагнитных атомов в неоднородном магнитном поле. Проведённые опыты совместно с О.Штерном и В. Герлахом в 1921 году привели к представлению о пространственном квантовании[11].

Весной 1920 года Семёнов стал работать со своим учителем А. Ф. Иоффе в Государственном физико-техническом рентгеновском институте (ГФТРИ), возглавив лабораторию электронных явлений. Здесь молодые учёные добывали аккумуляторы, печки-буржуйки, дрова, развивая научный интерес. Главными направлениями деятельности Семёнова и его лаборатории были ионизация атомов и молекул, явления конденсации и адсорбции, вопросы электрификации. В результате совместной работы была создана теория теплового пробоя, учёные запатентовали новый тип электростатического генератора[17].

Механизм электрического пробоя

Электрический пробой — явление резкого возрастания тока в твёрдом, жидком или газообразном диэлектрике (или полупроводнике) или воздухе возникает при приложении напряжения выше критического (напряжение пробоя). Он может происходить в течение короткого времени (до 10-8 секунд), а может установиться на длительное время (например, дуговой разряд в газах). В твёрдых телах различают три механизма пробоя[4]:

  • Внутренний пробой — носитель заряда на длине свободного пробега приобретает энергию, необходимую для ионизации молекул кристаллической решётки или газа и увеличивает концентрацию носителей заряда. Причём лавинообразно создаются свободные носители заряда (увеличивается концентрация электронов). Они вносят основной вклад в общий ток. У полупроводников и диэлектриков существует разновидность частичного пробоя[5].
  • Тепловой пробой появляется при разогреве кристаллической решётки диэлектрика или полупроводника. При увеличении температуры свободным электронам легче ионизировать атомы решётки, вследствие этого пробивное напряжение уменьшается. Разогрев происходит как в результате теплопередачи извне, так и вследствие протекания переменного тока внутри диэлектрика[9].
  • Разрядный пробой связан с ионизацией адсорбированных газов в пористых материалах, например, в слюде или пористой керамике. Находящиеся в порах газы ионизируются раньше, чем пробивается твёрдое вещество, возникающие при этом газовые разряды разрушают поверхность пор. Пробой может быть полезным и вредным[11].

Теория теплового воспламенения

В 1924 году Николай Семёнов вместе с Ю. Б. Харитоном обнаружил критическую плотность и температуру конденсации. Позже были открыты критические явления, которые устанавливают пределы протекания химических реакций, в процессах окисления ряда веществ[13].

Научная школа Семёнова впервые осуществила избирательное окисление и галоидирование углеводородов, например, окисление метана до формальдегида. Физики школы успешно работали над направленной полимеризацией, исследовали процессы разложения взрывчатых веществ[9].

К научной школе Семёнова относятся такие крупные учёные, как Я. Б. Зельдович, В.Н. Кондратьев, Ю. Б. Харитон, К. И. Щёлкин, Н. М. Эмануэль, Д. А. Франк-Каменецкий и другие. В 1928 году Семёнов открыл разветвление цепных реакций, которые характеризуются экспоненциальным ускорением и последующим воспламенением. Также был представлен радикальный механизм цепного процесса, в котором объясняются основные черты: низкая энергия активации, сохранение и увеличение числа свободных валентностей, а также роль стенок сосуда и примесей в обрыве цепи[12].

Химический прорыв

Н.Н. Семёнов в 1934 году опубликовал монографию «Химическая кинетика и цепные реакции». В ней он доказал, что многие химические реакции происходят с помощью механизма цепной или разветвлённой цепной реакции. В последующие десятилетия Николай Семёнов совместно с другими учёными, признавшими его теорию, продолжали работать над прояснением деталей теории цепной реакции[13].

В 1954 году была опубликована его книга «О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности». В ней учёный обобщил результаты открытий, сделанных им за годы работы над своей теорией.

В 1956 году Н.Н. Семёнову совместно с Хиншелвудом была присуждена Нобелевская премия по химии «За исследования в области механизма химических реакций». В Нобелевской лекции Николай Семёнов сделал обзор своих работ над цепными реакциями[17]:

Теория цепной реакции открывает возможность ближе подойти к решению главной проблемы теоретической химии – связи между реакционной способностью и структурой частиц, вступающих в реакцию...

В 1963 году Николай Семёнов совместно с Шиловым А.Е. за счёт передачи энергии от высокоэнергетичных продуктов начальным молекулам установил роль энергетических процессов в развитии цепных реакций при высоких температурах. Учёный усовершенствовал метод квазистационарных концентраций Боденштейна. Этот метод на протяжении долгого времени являлся единственной основой для проведения практических кинетических расчётов. Согласно методу нужно было приравнять к нулю скорости изменения количеств всех промежуточных частиц. Семёнов же указал, что это правило применимо только для частиц с высокой реакционной способностью (радикалы, ионы)[16].

Н. Н. Семёнов ряд работ посвятил исследованию каталитических процессов. Ему принадлежит открытие ионно-гетерогенного типа катализа. Учёный совместно с Воеводским В.В. и Волькенштейном Ф. Ф. в 1955 году открыл теорию гетерогенного катализа. Результаты исследований Семёнова, достигнутые в самых разных направлениях, нашли широкое применение на практике[12].

Научные труды

Награды и премии

Память

  • В 1990 году ИХФ РАН было присвоено имя Н. Н. Семёнова.
  • 27 июля 1996 года в Москве на территории района Южное Бутово присвоено название улице Академика Семёнова.
  • В Саратове имя Н. Н. Семёнова носит улица города.
  • В Тюмени имя Н. Н. Семёнова носит улица города.
  • В Москве на фасаде дома, в котором учёный провёл свои последние дни, по адресу Фрунзенская набережная, 2 установлена мемориальная доска.
  • При Президиуме РАН работает Комиссия по разработке научного наследия академика Н. Н. Семёнова.
  • Лайнер Airbus A321 (VQ-BOI) авиакомпании «Аэрофлот» назван в честь учёного «Николай Семёнов».
  • 5 апреля 2019 года в Москве на территории Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» был установлен памятник учёного, автором которого является скульптор Александр Миронов[12][17].
WLW Checked Off icon.svg Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!

Примечания

  1. 1,0 1,1 Леенсон Илья. Физик, ставший химиком: Николай Николаевич Семёнов (1896–1986) // Люди науки : журнал. — 2016. — 4 октябрь (№ 20).
  2. 2,0 2,1 Шилов Е.А. Воспоминания об академике Семёнове Н.Н.. — Москва: Наука, 1993. — 302 с.
  3. Лауреаты Нобелевской премии. — М.: Прогресс, 1992. — С. 376—379. — 407 с.
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Адушкин В.В., Сулимов А.А. Вклад ученых Химфизики в советский Атомный проект. — Москва: Торус Пресс, 2019. — 480 с.
  5. 5,0 5,1 5,2 Чернышев А.К. Творец истории ХХ века Николай Николаевич Семёнов в атомном проекте СССР. — М.: Торус Пресс, 2016. — 416 с.
  6. Шилов Александр, Горбунова Наталия. Исторические портреты: Николай Николаевич Семенов. Нобелевский лауреат по химии // Вопросы истории : журнал. — 1999. — № 6.
  7. 7,0 7,1 Морачевский Андрей Георгиевич. Академик Николай Николаевич Семёнов (к 120-летию со дня рождения) // Научно - технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета : сборник. — 2016. — Май.
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 Семёнов Н. Н. Научное наследие лауреата Нобелевской премии академика Н. Н. Семенова в советском Атомном проекте: Документы, воспоминания / Киселёв Г.В.. — Саратов: Российский федеральный ядерный центр — ВНИИ экспериментальной физики, 2015. — 409 с. — ISBN 978-5-9515-0304-6.
  9. 9,0 9,1 9,2 Шкерина Т.И. Академик Н.Н. Семёнов - великий естествоиспытатель 20 века // Открытая наука. — 2016.
  10. 10,0 10,1 Марачевский А. Г. Академик Николай Николаевич Семёнов (к 120 - летию со дня рождения) // Известия Саратовского университета. Физика. — 2016.
  11. 11,0 11,1 11,2 Основоположник химической физики Николай Николаевич Семёнов // Химическая физика : журнал. — 2021. — 2021 (№ 4).
  12. 12,0 12,1 12,2 12,3 Евгения Зайцева. Николай Семёнов - единственный российский лауреат Нобелевской премии по химии // gazeta.ru : Газета. — 2016.
  13. 13,0 13,1 13,2 Писаржевский О.Н. В огне исканий: штрихи творческого портрета Н.Н. Семёнова. — 1965.
  14. Вардугин В.И. Тайна огня: о дважды Герое Социалистического Труда, директоре Института химической физики, академике Н.Н. Семёнове / Вардугин В.И.. — Саратов: Приволжское книжное издательство, 1986. — С. 41. — 142 с.
  15. Аникин В.М. Первая Нобелевская премия (к 60 - летию присуждения Нобелевской премии академику Н.Н. Семёнову) // История и археология : Известия Саратовского университета. Физика. — 2016.
  16. 16,0 16,1 Зайцева Евгения. Как физик получил Нобелевскую премию по химии // Газета.ru : сайт. — 2015.
  17. 17,0 17,1 17,2 17,3 17,4 17,5 Семёнов Николай // История.РФ : сайт. — 2023. — 5 мая.