Сванте Аррениус - Svante Arrhenius

Сванте Аррениус
Arrhenius2.jpg
Сванте Аррениус около 1910 г.
Родился
Сванте Август Аррениус

( 1859-02-19 )19 февраля 1859 г.
Умер 2 октября 1927 г. (1927-10-02)(68 лет)
Стокгольм , Швеция
Национальность Шведский
Альма-матер
Известен
  • Расчет потепления для двуокиси углерода в атмосфере.
Награды
Научная карьера
Поля
Докторант
Докторанты Оскар Бенджамин Кляйн

Сванте Август Аррениус ( / ə г я н я ə s , ə г н я ə s / ə- РЗЭ -nee-əs, -⁠ RAY - , шведский:  [svânːtɛ arěːnɪɵs] ; 19 февраля 1859 - 2 октября 1927 ) был шведским ученым . Первоначально физик , но часто называемый химиком , Аррениус был одним из основоположников науки физической химии . Он получил Нобелевскую премию по химии в 1903 году, став первым шведским лауреатом Нобелевской премии. В 1905 году он стал директором Нобелевского института, где оставался до самой смерти.

Аррениус первым применил принципы физической химии для оценки степени, в которой увеличение содержания углекислого газа в атмосфере является причиной повышения температуры поверхности Земли. В 1960-х годах Чарльз Дэвид Килинг продемонстрировал, что количество антропогенных выбросов углекислого газа в воздух достаточно, чтобы вызвать глобальное потепление .

Уравнение Аррениуса , Аррениус кислота , Аррениус база, лунный кратер Аррениус , Марсианский кратер Аррениус , гора Arrheniusfjellet , и Аррениус Labs в Стокгольмском университете было так названы в честь его вклада в науку.

биография

Ранние годы

Аррениус родился 19 февраля 1859 года в Вик (также пишется Вик или Вейк), недалеко от Упсалы , Королевство Швеция , Соединенное Королевство Швеции и Норвегии , в семье Сванте Густава и Каролины Тунберг Аррениус. Его отец был землемером в Уппсальском университете , а затем занял руководящую должность. В возрасте трех лет Аррениус научился читать без поддержки родителей и, наблюдая, как отец складывает числа в свои бухгалтерские книги, стал арифметическим вундеркиндом . Позднее Аррениус был глубоко увлечен математическими концепциями, анализом данных и открытием их взаимосвязей и законов.

В восемь лет он поступил в местную соборную школу, начиная с пятого класса , отличившись физикой и математикой , и окончил ее как самый молодой и самый способный ученик в 1876 году.

Ионная диссоциация

В Университете Упсала, он был недоволен главный инструктор физики и единственным членом факультета , который мог бы руководил его в химии, Пер Теодор Клеве , поэтому он уехал учиться в Физическом институте шведской академии наук в Стокгольме под физик Эрик Эдлунд в 1881 году.

Его работа была сосредоточена на проводимости из электролитов . В 1884 году на основе этой работы он представил 150-страничную диссертацию по электролитической проводимости в Упсале для получения докторской степени . Это не произвело впечатления на профессоров, среди которых был Клив, и он получил степень четвертого класса, но после его защиты она была переведена в категорию третьего класса. Позже за продолжение этой работы он получил Нобелевскую премию по химии 1903 года .

Аррениус выдвинул 56 тезисов в своей диссертации 1884 года, большинство из которых все еще принимается сегодня без изменений или с небольшими изменениями. Самой важной идеей в диссертации было его объяснение того факта, что твердые кристаллические соли при растворении диссоциируют на парные заряженные частицы, за что он получил Нобелевскую премию по химии 1903 года. Объяснение Аррениуса заключалось в том, что при образовании раствора соль распадается на заряженные частицы, которые Майкл Фарадей дал название ионам много лет назад. Фарадей считал, что ионы образуются в процессе электролиза , то есть для образования ионов необходим внешний источник электричества постоянного тока. Аррениус предположил, что даже в отсутствие электрического тока водные растворы солей содержат ионы. Таким образом, он предположил, что химические реакции в растворе - это реакции между ионами.

Диссертация не произвела впечатления на профессоров Упсалы, но Аррениус послал ее ряду ученых в Европе, которые разрабатывали новую науку о физической химии , таким как Рудольф Клаузиус , Вильгельм Оствальд и Дж. Х. ван 'т Хофф . На них это произвело гораздо большее впечатление, и Оствальд даже приехал в Упсалу, чтобы убедить Аррениуса присоединиться к его исследовательской группе. Однако Аррениус отказался, так как он предпочел остаться в Швеции-Норвегии на некоторое время (его отец был очень болен и умрет в 1885 году) и получил назначение в Упсале.

В продолжение своей ионной теории Аррениус в 1884 году предложил определения кислот и оснований. Он считал, что кислоты - это вещества, которые производят ионы водорода в растворе, а основания - это вещества, которые производят ионы гидроксида в растворе.

Средний период

Lehrbuch der kosmischen Physik , 1903 г.

В 1885 году Аррениус затем получил грант на поездку от Шведской академии наук, который позволил ему учиться у Оствальда в Риге (ныне в Латвии ), у Фридриха Кольрауша в Вюрцбурге , Германия , у Людвига Больцмана в Граце, Австрия , и у ван 't Hoff в Амстердаме .

В 1889 году Аррениус объяснил тот факт, что для протекания большинства реакций требуется дополнительная тепловая энергия, сформулировав концепцию энергии активации , энергетического барьера, который необходимо преодолеть, прежде чем две молекулы вступят в реакцию. Уравнение Аррениуса дает количественную основу зависимости между энергией активации и скоростью, с которой протекает реакция.

В 1891 году он стал лектором в Стокгольмском университетском колледже ( Stockholms Högskola , ныне Стокгольмский университет ), получив звание профессора физики (с большим сопротивлением) в 1895 году и ректора в 1896 году.

Нобелевские премии

Примерно в 1900 году Аррениус участвовал в создании Нобелевских институтов и Нобелевских премий . В 1901 году он был избран членом Шведской королевской академии наук . Всю оставшуюся жизнь он будет членом Нобелевского комитета по физике и фактическим членом Нобелевского комитета по химии. Он использовал свое положение, чтобы устроить призы своим друзьям ( Якобус Ван'т Хофф , Вильгельм Оствальд , Теодор Ричардс ) и попытаться отказать в них своим врагам ( Пол Эрлих , Вальтер Нернст , Дмитрий Менделеев ). В 1901 году Аррениус был избран членом Шведской академии наук, несмотря на сильное сопротивление. В 1903 году он стал первым шведом, удостоенным Нобелевской премии по химии . В 1905 году, после основания Нобелевского института физических исследований в Стокгольме, он был назначен ректором института и оставался на этой должности до выхода на пенсию в 1927 году.

В 1911 году он получил первую премию Уилларда Гиббса.

Членство в обществе

В 1909 году он был избран почетным членом Нидерландского химического общества .

Он стал иностранным членом Королевского общества (ForMemRS) в 1910 году.

В 1912 году он был избран иностранным почетным членом Американской академии искусств и наук.

В 1919 году он стал иностранным членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук .

Спустя годы

Семейная могила Аррениусов в Упсале

В конце концов теории Аррениуса стали общепринятыми, и он обратился к другим научным темам. В 1902 году он начал исследовать физиологические проблемы с точки зрения химической теории. Он определил, что реакции в живых организмах и в пробирке подчиняются одним и тем же законам.

В 1904 году он прочитал в Калифорнийском университете курс лекций, цель которых состояла в том, чтобы проиллюстрировать применение методов физической химии к изучению теории токсинов и антитоксинов , и которые были опубликованы в 1907 году под названием Иммунохимия . Он также обратил свое внимание на геологию (происхождение ледниковых периодов ), астрономию , физическую космологию и астрофизику , объясняя рождение Солнечной системы в результате межзвездных столкновений. Он считал, что радиационное давление объясняет кометы , солнечную корону , северное сияние и зодиакальный свет .

Он думал, что жизнь могла быть перенесена с планеты на планету путем переноса спор ; эта теория теперь известна как панспермия . Он придумал идею универсального языка , предложив модификацию английского языка .

Он был членом правления Шведского общества расовой гигиены (основано в 1909 г.), которое в то время одобряло менделизм и внесло свой вклад в тему контрацептивов примерно в 1910 г. Однако до 1938 г. информация и продажа противозачаточных средств были запрещены в Королевстве Швеция. . Гордон Штайн писал, что Сванте Аррениус был атеистом. В последние годы своей жизни он написал и учебники, и популярные книги, пытаясь подчеркнуть необходимость дальнейшей работы по обсуждаемым темам. В сентябре 1927 года он заболел приступом острого кишечного катара и умер 2 октября. Похоронен в Упсале.

Браки и семья

Он был дважды женат, сначала на своей бывшей ученице Софии Рудбек (1894–1896 гг.), От которой у него родился сын Олоф Аррениус  [ sv ; fr ] , а затем Марии Йоханссон (1905–1927), с которой у него родились две дочери и сын.

Аррениус был дедом бактериолога Агнес Волд , химик Сванте Волд  [ св ] и океан biogeochemist Густава Аррениуса  [ св ; fr ] .

Парниковый эффект

Эта статья 1902 года приписывает Аррениусу теорию о том, что сжигание угля может вызвать определенную степень глобального потепления, что в конечном итоге приведет к вымиранию человечества.

Разрабатывая теорию, объясняющую ледниковые периоды , Аррениус в 1896 году первым применил основные принципы физической химии для расчета оценок степени, в которой увеличение содержания углекислого газа в атмосфере (CO 2 ) приведет к увеличению температуры поверхности Земли через теплицу. эффект . Эти расчеты привели его к выводу, что антропогенные выбросы CO 2 в результате сжигания ископаемого топлива и других процессов горения достаточно велики, чтобы вызвать глобальное потепление. Этот вывод прошел тщательную проверку и занял место в центре современной науки о климате. В этой работе Аррениус опирался на предыдущие работы других известных ученых, включая Жозефа Фурье , Джона Тиндалла и Клода Пуйе . Аррениус хотел определить, могут ли парниковые газы способствовать объяснению колебаний температуры между ледниковыми и межледниковыми периодами. Аррениус использовал инфракрасные наблюдения Луны - Фрэнк Вашингтон Вери и Сэмюэл Пирпонт Лэнгли в обсерватории Аллегейни в Питтсбурге - чтобы вычислить, сколько инфракрасного (теплового) излучения захватывается CO 2 и водяным паром (H 2 O) в атмосфере Земли. Используя «закон Стефана» (более известный как закон Стефана – Больцмана ), он сформулировал то, что он назвал «правилом». В своей первоначальной форме правило Аррениуса гласит:

если количество угольной кислоты увеличивается в геометрической прогрессии, повышение температуры будет увеличиваться почти в арифметической прогрессии.

Здесь Аррениус относится к CO 2 как к угольной кислоте (которая относится только к водной форме H 2 CO 3 в современном использовании). Следующая формулировка правила Аррениуса все еще используется сегодня:

где - концентрация CO 2 в начале (нулевой момент времени) изучаемого периода (если для обоих и используется одна и та же единица концентрации , то не имеет значения, какая единица концентрации используется); - концентрация CO 2 на конец исследуемого периода; ln - натуральный логарифм (= логарифм по основанию e ( log e )); и представляет собой повышение температуры, другими словами, изменение скорости нагрева поверхности Земли ( радиационное воздействие ), которое измеряется в ваттах на квадратный метр . Выводы из моделей переноса атмосферного излучения показали, что (альфа) для CO 2 составляет 5,35 (± 10%) Вт / м 2 для атмосферы Земли.

Аррениус на первой Сольвеевской конференции по химии в 1922 году в Брюсселе .

Основываясь на информации своего коллеги Арвида Хегбома , Аррениус был первым человеком, который предсказал, что выбросы углекислого газа от сжигания ископаемого топлива и других процессов горения были достаточно большими, чтобы вызвать глобальное потепление. В свои расчеты Аррениус включил обратную связь от изменений водяного пара, а также широтные эффекты, но он не учел облака, конвекцию тепла вверх в атмосфере и другие важные факторы. Его работа в настоящее время рассматривается не столько как точная количественная оценка глобального потепления, сколько как первая демонстрация того, что увеличение содержания CO 2 в атмосфере вызовет глобальное потепление, при прочих равных условиях.

Сванте Аррениус (1909)

Значения поглощения Аррениуса для CO 2 и его выводы встретили критику со стороны Кнута Ангстрёма в 1900 году, который опубликовал первый современный инфракрасный спектр поглощения CO 2 с двумя полосами поглощения и опубликовал экспериментальные результаты, которые, казалось, показали, что поглощение инфракрасного излучения газом в атмосфера была уже «насыщена», так что добавление большего количества не имело никакого значения. Аррениус категорически ответил в 1901 году ( Annalen der Physik ), полностью отвергнув критику. Он кратко затронул эту тему в технической книге под названием Lehrbuch der kosmischen Physik (1903). Позже он написал Världarnas utveckling (1906) (немецкий: Das Werden der Welten [1907], английский: Worlds in the Making [1908]), адресованный широкой аудитории, где он предположил, что выброс CO 2 человеком будет достаточно сильным, чтобы предотвратить вступление мира в новый ледниковый период, и что более теплая земля будет необходима, чтобы прокормить быстро увеличивающееся население:

«В определенной степени температура земной поверхности, как мы сейчас увидим, обусловлена ​​свойствами окружающей ее атмосферы и, в частности, проницаемостью последней для тепловых лучей». (стр.46)
«То, что атмосферные оболочки ограничивают тепловые потери от планет, было предположено около 1800 года великим французским физиком Фурье. Его идеи были впоследствии развиты Пуйе и Тиндалем. Их теория была названа теорией теплицы, поскольку они считали, что атмосфера действовала наподобие стеклянных окон теплиц ». (стр.51)
"Если количество углекислоты [CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 (углекислота)] в воздухе упадет до половины ее нынешнего процента, температура упадет примерно на 4 °; уменьшение до единицы - четверть снизит температуру на 8 °. С другой стороны, любое удвоение процентного содержания углекислого газа в воздухе повысит температуру поверхности земли на 4 °; а если углекислый газ увеличится в четыре раза, температура повысится. подняться на 8 ° ". (стр.53)
«Хотя море, поглощая угольную кислоту, действует как регулятор огромной мощности, на который уходит около пяти шестых производимой угольной кислоты, мы все же признаем, что небольшой процент углекислоты в атмосфере может быть обусловлен достижениями промышленности. изменится в значительной степени в течение нескольких столетий ». (стр.54)
«Поскольку сейчас теплые века чередовались с ледниковыми периодами, даже после того, как человек появился на Земле, мы должны спросить себя: вероятно ли, что в ближайшие геологические эпохи нас посетит новый ледниковый период, который заставит нас покинуть мир? из наших стран с умеренным климатом в более жаркий климат Африки? Кажется, нет оснований для таких опасений. Огромного сжигания угля на наших промышленных предприятиях достаточно, чтобы в значительной степени увеличить процентное содержание углекислого газа в воздухе ". (стр.61)
"Мы часто слышим сетования о том, что уголь, накопленный в земле, тратится впустую нынешним поколением, не задумываясь о будущем, и мы боимся ужасного разрушения жизни и имущества, которое последовало за извержениями вулканов в наши дни. Мы можем находят своего рода утешение в том, что здесь, как и в любом другом случае, добро смешано со злом. Благодаря влиянию возрастающего процента углекислоты в атмосфере мы можем надеяться прожить века с более ровными и лучшими климат, особенно в отношении более холодных регионов земли, эпохи, когда земля будет приносить гораздо более обильные урожаи, чем в настоящее время, на благо быстро размножающегося человечества ». (стр.63)

В настоящее время общепринятое объяснение состоит в том, что исторически орбитальное воздействие определяло время ледниковых периодов, а CO 2 действовал как существенная усиливающая обратная связь . Однако выбросы CO 2 после промышленной революции увеличили CO 2 до уровня, который не наблюдался с 10 до 15 миллионов лет назад, когда глобальная средняя температура поверхности была на 11 ° F (6 ° C) выше, чем сейчас, и почти весь лед. растаяли, подняв мировой уровень моря примерно на 100 футов выше сегодняшнего.

Аррениус оценил на основе уровней CO 2 в свое время, что снижение уровней на 0,62–0,55 приведет к снижению температуры на 4–5 ° C (по Цельсию), а увеличение CO 2 в 2,5–3 раза вызовет повышение температуры на 8–8 ° C. 9 ° C в Арктике. В своей книге « Миры в процессе создания» он описал теорию атмосферы «теплицы».

Работает

  • 1884, Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes , докторская диссертация, Стокгольм, Королевское издательство, PA Norstedt & Söner, 155 страниц.
  • 1896a, Ueber den Einfluss des Atmosphärischen Kohlensäurengehalts auf die Temperatur der Erdoberfläche , в Proceedings of the Royal Swedish Academy of Science, Stockholm 1896, Volume 22, I N. 1, pages 1–101.
  • 1896b, О влиянии углекислоты в воздухе на температуру земли , Лондон, Эдинбург и Дублинский философский журнал и научный журнал (пятая серия), апрель 1896 г., том 41, страницы 237–275.
  • 1901a, Ueber die Wärmeabsorption durch Kohlensäure , Annalen der Physik, Vol 4, 1901, pages 690–705.
  • 1901b, Uber Die Wärmeabsorption Durch Kohlensäure Und Ihren Einfluss Auf Die Temperatur Der Erdoberfläche . Тезисы докладов Королевской академии наук, 58, 25–58.
  • Аррениус, Сванте. Die Verbreitung des Lebens im Weltenraum . Die Umschau, Франкфурт а. М., 7, 1903, 481–486.
  • Lehrbuch der kosmischen Physik (на немецком языке). 1 . Лейпциг: Хирцель. 1903 г.
  • 1906, Die vermutliche Ursache der Klimaschwankungen , Meddelanden от K. Vetenskapsakademiens Nobelinstitut, Том 1 № 2, страницы 1–10
  • 1908, Das Werden der Welten (Миры в процессе становления; эволюция вселенной), Academic Publishing House, Leipzig, 208 страниц.

Смотрите также

использованная литература

Источники

дальнейшее чтение

  • Snelders, HAM (1970). «Аррениус, Сванте Август». Словарь научной биографии . 1 . Нью-Йорк: Сыновья Чарльза Скрибнера. С. 296–301. ISBN 978-0-684-10114-9.
  • Кроуфорд, Элизабет Т. (1996). Аррениус: от теории ионов к парниковому эффекту . Кантон, Массачусетс: Публикации истории науки. ISBN 978-0-88135-166-8.
  • Коффи, Патрик (2008). Соборы науки: личности и соперничества, которые создали современную химию . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-532134-0.

внешние ссылки