«Нобель» на твердой основе

Нобелевскую премию по химии 2007 года получил немец Герхард Эртл. Нобелевский комитет решил наградить 71-летнего ученого из берлинского института Фрица-Габера общества Макса Планка «за изучение протекания химических процессов на твердых поверхностях».

Эта область современной химии изучает такие процессы, как ржавление железа, работу топливных элементов и твердотельных гетерогенных катализаторов, повсеместно используемых в автомобильной промышленности. Даже такие, казалось бы, далекие от твердых тел процессы, как разрушение озонового слоя Земли, могут быть описаны методами химии поверхности. Как выяснилось совсем недавно, эти реакции протекают на поверхности микроскопических кристалликов водяного льда в стратосфере.

Исследования химических реакций на твердой поверхности начали интенсивно развиваться в начале 60-х годов прошлого века в связи с ростом полупроводниковой промышленности. Герхард Эртл был одним из пионеров, создавших методологию поверхностных реакций, шаг за шагом демонстрируя коллегам, как простые химические процедуры могут открыть истинную суть процессов, протекающих на поверхности твердых тел.

Достижения Герхарда Эртла, основателя собственной экспериментальной школы, лежат в наши дни в основе фундаментальных исследований в этой области, а также составляют базу для многих технологических инноваций в индустрии.

Работы Эртла базируются на изучении реакции Габера-Боша, в процессе которой на поверхности металлического катализатора происходит мягкое окисление атмосферного азота. Этот процесс позволил существенно снизить затраты на производство аммонийных удобрений, производство которых составляет миллионы тонн в год. Кроме того, он изучал процессы окисления монооксида углерода на поверхности платиновых катализаторов, которые используются в наши дни в выхлопных системах автомобилей.

Как уже неоднократно подчеркивалось, по завещанию самого Альфреда Нобеля, награды достойны лишь те люди, труды которых принесли наибольшую пользу всему человечеству, и Нобелевский комитет старается следовать завещанию мецената.

Например, в 2000 году Алан Хигер, Алан Макдиармид и Хидэки Сиракава были удостоены высшей научной награды за открытие электронной проводимости у полимеров. Это достижение произвело революцию в науке о полимерах и позволило создать массу новых уникальных функциональных материалов. Сейчас они повсеместно используются для получения ингибиторов коррозии, антистатических покрытий, защитных экранов от электромагнитного излучения, источников тока и оптических окон с регулируемой областью прозрачности, органических транзисторов, светодиодов и дисплеев, полимерных лазеров и солнечных батарей.

А Нобелевская премия 2005 года была присуждена Роберту Граббсу, Ричарду Шроку и Иву Шовену «За вклад в развитие метода метатезиса в органическом синтезе». Без металлоорганических катализаторов, используемых в этой реакции, получение уникальных химических веществ (от растительных ядов до пуленепробиваемых материалов) требовало многостадийных низкоэффективных синтезов или попросту было бы невозможным.

Однако, как и в физике, не всегда результаты «нобелевских» открытий в химии сразу приносят конкретную пользу массам людей. Зачастую премия достается ученым, чьи труды служат предпосылкой для дальнейших исследований или открывают новые области человеческих знаний.

Так, в 2002 году Джон Фенн и Коити Танака были удостоены премии «За разработку методов идентификации и структурного анализа биологических макромолекул и, в частности, за разработку методов масс-спектрометрического анализа биологических макромолекул». Они разделили свой приз с Куртом Вютрихом, разработавшим «методы применения ЯМР-спектроскопии для определения трехмерной структуры биологических макромолекул в растворе».

Переоценить важность применения данных методов для огромного количества специалистов в области биологии и биохимии в наши дни невозможно, хотя большой пользы простому человеку принести они пока не успели.

Прошлогодняя Нобелевская премия по химии досталась Роджеру Корнбергу, сумевшему объяснить многостадийный механизм копирования генетической информации клетками. Роджер Корнберг, по сути, продолжил дело своего отца Артура Корнберга, который в 1959 году был удостоен нобелевской награды «За исследования механизма передачи генетической информации между молекулами ДНК».

Эти работы на сегодняшний день носят чисто фундаментальный характер, однако в будущем, по словам специалистов, они могу помочь развитию применения стволовых клеток в медицине, благодаря которым люди смогут не только избавляться от неизлечимых недугов, но и надолго сохранять молодость. К слову, Нобелевская премия по физиологии два дня назад была присуждена Марио Капекки, Оливеру Смиттису и Мартину Эвансу как раз за эксперименты со стволовыми клетками.

Единственный наш соотечественник, удостоенный высшей научной награды в области химии в 1956 году, Николай Николаевич Семенов, также посвятил свои силы изучению механизмов реакций. В своей работе он изложил подробную «Теорию теплового взрыва» – механизмов цепных реакций, лежащих, в частности, в основе процессов горения и взрыва. Эти труды послужили мощным подспорьем при создании различных видов взрывчатых веществ и ракетного топлива. Кроме того, эта теория применима для описания огромного количества иных цепных радикальных процессов, встречающихся повсеместно в любой области химии.

В настоящее время работы Семенова продолжаются его учениками и последователями в подмосковном Институте проблем химической физики РАН в городе Черноголовка, в Институте химической кинетики и горения и Институте катализа Сибирского отделения РАН.

Первым же лауреатом Нобелевской премии по химии стал один из столпов современной химической термодинамики Якоб Хендрик Вант-Гофф. Он является основоположником классификации химических реакций, стереохимии, первопроходцем в количественной теории химической кинетики, вывел закон осмотического давления, ныне носящий его имя, а также распространил закономерности теории разбавленных растворов, которые сумел перенести и на твердые системы.