Должно быть признано, что наука имеет свои касты. Человек, чьим главным аппаратом является дифференциальное уравнение, смотрит свысока на того, кто использует гальванометр, а тот в свою очередь на тех, кто возится с липкими и пахучими вещами в пробирках.
Gilbert Newton Lewis был американским физическим химиком и бывшим деканом Колледжа химии Калифорнийского университета в Berkeley. Lewis был наиболее известен своим открытием ковалентной связи и концепцией электронных пар; его точечные структуры Lewis и другие вклады в теорию валентной связи сформировали современные теории химического связывания. Lewis успешно внёс вклад в химическую термодинамику, фотохимию и разделение изотопов, а также известен своей концепцией кислот и оснований. Lewis также проводил исследования в области теории относительности и квантовой физики, и в 1926 году он придумал термин «фотон» для обозначения наименьшей единицы лучистой энергии.
G. N. Lewis родился в 1875 году в Weymouth, Massachusetts. После получения степени PhD по химии в Harvard University и учёбы за границей в Germany и Philippines, Lewis переехал в California в 1912 году, чтобы преподавать химию в Калифорнийском университете в Berkeley, где он стал деканом Колледжа химии и провёл остаток своей жизни. Как профессор, он включал термодинамические принципы в учебный план по химии и реформировал химическую термодинамику математически строгим способом, доступным обычным химикам. Он начал измерять значения свободной энергии, связанные с несколькими химическими процессами, как органическими, так и неорганическими. В 1916 году он также предложил свою теорию связывания и добавил информацию об электронах в периодическую таблицу химических элементов. В 1933 году он начал исследования по разделению изотопов. Lewis работал с водородом и управлял очищению образца тяжёлой воды. Затем он разработал свою теорию кислот и оснований и проводил работу в фотохимии в последние годы своей жизни.
Хотя он был номинирован 41 раз, G. N. Lewis никогда не выиграл Нобелевскую премию по химии, что привело к крупному скандалу с Нобелевской премией. С другой стороны, Lewis наставлял и оказывал влияние на многочисленных лауреатов Нобелевской премии в Berkeley, включая Harold Urey (Нобелевская премия 1934), William F. Giauque (Нобелевская премия 1949), Glenn T. Seaborg (Нобелевская премия 1951), Willard Libby (Нобелевская премия 1960), Melvin Calvin (Нобелевская премия 1961) и так далее, превратив Berkeley в один из самых престижных центров химии в мире. 23 марта 1946 года Lewis был найден мёртвым в своей лаборатории в Berkeley, где он работал с цианидом водорода; многие предположили, что причиной его смерти было самоубийство. После смерти Lewis его дети следовали карьере своего отца в химии, и Lewis Hall на кампусе Berkeley назван в его честь.
Биография
Ранние годы
Lewis родился в 1875 году и вырос в Weymouth, Massachusetts, где существует улица названная в его честь, G.N. Lewis Way, близ Summer Street. Кроме того, крыло нового отделения химии Weymouth High School названо в его честь. Lewis получил начальное образование дома от своих родителей, Frank Wesley Lewis, адвоката независимого характера, и Mary Burr White Lewis. Он научился читать в возрасте трёх лет и был интеллектуально одарённым. В 1884 году его семья переехала в Lincoln, Nebraska, а в 1889 году он получил своё первое формальное образование в подготовительной школе при университете.
В 1893 году, после двух лет учёбы в University of Nebraska, Lewis перевёлся в Harvard University, где получил степень B.S. в 1896 году. После года преподавания в Phillips Academy в Andover, Lewis вернулся в Harvard для учёбы с физическим химиком T. W. Richards и получил Ph.D. в 1899 году с диссертацией об электрохимических потенциалах. После года преподавания в Harvard, Lewis получил стипендию для путешествий в Germany, центр физической химии, и учился у Walther Nernst в Göttingen и у Wilhelm Ostwald в Leipzig. Работая в лаборатории Nernst, Lewis явно развил пожизненную враждебность к Nernst. В последующие годы Lewis начал критиковать и разоблачать своего бывшего учителя по многим случаям, называя работу Nernst о его тепловой теореме «прискорбным эпизодом в истории химии». Шведский друг Nernst, Wilhelm Palmær, был членом Нобелевского комитета по химии. Есть свидетельства того, что он использовал процедуры номинирования и отчётности Нобелевской премии, чтобы заблокировать Нобелевскую премию для Lewis в термодинамике, номинируя Lewis на премию три раза, а затем используя свою должность члена комитета для написания отрицательных отчётов.
Harvard, Manila и MIT
После своего пребывания в лаборатории Nernst, Lewis вернулся в Harvard в 1901 году в качестве инструктора ещё на три года. Ему была назначена должность инструктора по термодинамике и электрохимии. В 1904 году Lewis получил отпуск и стал Суперинтендантом весов и мер Бюро науки в Manila, Philippines. В следующем году он вернулся в Cambridge, Massachusetts, когда Massachusetts Institute of Technology MIT назначил его на факультетскую должность, на которой у него была возможность присоединиться к группе выдающихся физических химиков под руководством Arthur Amos Noyes. Он стал помощником профессора в 1907 году, доцентом в 1908 году и полным профессором в 1911 году.
University of California, Berkeley
G. N. Lewis ушёл из MIT в 1912 году, чтобы стать профессором физической химии и деканом Колледжа химии в University of California, Berkeley. 21 июня 1912 года он женился на Mary Hinckley Sheldon, дочери профессора Romance languages из Harvard. У них было два сына, оба из которых стали профессорами химии, и дочь. В 1913 году он присоединился к Alpha Chi Sigma в Berkeley, профессиональному химическому братству.
Находясь в Berkeley, Lewis наставлял и оказывал влияние на многочисленных будущих лауреатов Нобелевской премии, включая Harold Urey (Нобелевская премия 1934), William F. Giauque (Нобелевская премия 1949), Glenn T. Seaborg (Нобелевская премия 1951), Willard Libby (Нобелевская премия 1960), Melvin Calvin (Нобелевская премия 1961) и так далее. Благодаря его усилиям Колледж химии в Berkeley стал одним из лучших центров химии в мире. В 1913 году он был избран в National Academy of Sciences. Он ушёл в отставку в 1934 году, отказываясь раскрывать причину своей отставки; предполагается, что это было вызвано спором по поводу внутренней политики этого учреждения или неудачей тех, кого он номинировал для избрания. Его решение об отставке могло быть вызвано негодованием по поводу присуждения Нобелевской премии по химии 1934 года его студенту Harold Urey за открытие дейтерия, премии, которую Lewis почти наверняка чувствовал, что должен был разделить за свою работу по очищению и характеризации тяжёлой воды.
Смерть
23 марта 1946 года аспирант обнаружил безжизненное тело Lewis под лабораторным рабочим столом в Berkeley. Lewis работал над экспериментом с жидким цианидом водорода, и смертельные газы из разорванной линии просочились в лабораторию. Коронер постановил, что причиной смерти была болезнь коронарных артерий из-за отсутствия каких-либо признаков цианоза, но некоторые считают, что это могло быть самоубийством. Berkeley Emeritus Professor William Jolly, который сообщил о различных взглядах на смерть Lewis в своей истории 1987 года Колледжа химии UC Berkeley, From Retorts to Lasers, написал, что высокопоставленное лицо в отделе считало, что Lewis совершил самоубийство.
Если смерть Lewis действительно была самоубийством, возможным объяснением была депрессия, вызванная обедом с Irving Langmuir. У Langmuir и Lewis было давнее соперничество, восходящее к расширению Langmuir теории химической связи Lewis. Langmuir был награждён Нобелевской премией по химии 1932 года за свою работу по химии поверхностей, в то время как Lewis не получил премию, несмотря на то, что был номинирован 41 раз. В день смерти Lewis, Langmuir и Lewis встретились на обед в Berkeley, встречу, которую Michael Kasha вспомнил только спустя годы. Коллеги сообщили, что Lewis вернулся с обеда в мрачном настроении, сыграл унылую партию бриджа с некоторыми коллегами, а затем вернулся работать в свою лабораторию. Час спустя он был найден мёртвым. Бумаги Langmuir в Library of Congress подтверждают, что он находился на кампусе Berkeley в тот день, чтобы получить почётную степень.
Lewis Hall в Berkeley, построенный в 1948 году, назван в его честь.
Научные достижения
Термодинамика
Большинство долгосрочных интересов Lewis возникли в течение его лет в Harvard. Самым важным была термодинамика, предмет, в котором Richards был очень активен в то время. Хотя большинство важных термодинамических соотношений были известны к 1895 году, они рассматривались как изолированные уравнения и ещё не были рационализированы как логическая система, из которой, учитывая одно соотношение, остальные могли бы быть выведены. Кроме того, эти соотношения были неточны, применяясь только к идеальным химическим системам. Это были две выдающихся проблемы теоретической термодинамики. В двух длинных и амбициозных теоретических статьях в 1900 и 1901 годах Lewis попытался предоставить решение. Lewis ввёл термодинамическую концепцию активности и придумал термин «летучесть». Его новая идея летучести, или «тенденции к бегству», была функцией с размерностью давления, которая выражала тенденцию вещества переходить из одной химической фазы в другую. Lewis считал, что летучесть была фундаментальным принципом, из которого система реальных термодинамических соотношений могла быть выведена. Эта надежда не была реализована, хотя летучесть действительно нашла прочное место в описании реальных газов.
Ранние статьи Lewis также выявляют необычайно продвинутое понимание идей J. W. Gibbs и P. Duhem о свободной энергии и термодинамическом потенциале. Эти идеи были хорошо известны физикам и математикам, но не большинству практических химиков, которые считали их абстрактными и неприменимыми к химическим системам. Большинство химиков полагались на знакомую термодинамику тепла энтальпии Berthelot, Ostwald и Van't Hoff, и калориметрическую школу. Теплота реакции, конечно, не является мерой тенденции химических изменений происходить, и Lewis понял, что только свободная энергия и энтропия могли бы обеспечить точную химическую термодинамику. Он вывел свободную энергию из летучести; он попытался, без успеха, получить точное выражение для функции энтропии, которая в 1901 году не была определена при низких температурах. Richards также пытался и не добился успеха, и только когда Nernst добился успеха в 1907 году, стало возможным вычислить энтропии однозначно. Хотя система Lewis, основанная на летучести, не сохранилась, его ранний интерес к свободной энергии и энтропии оказался весьма плодотворным, и большая часть его карьеры была посвящена тому, чтобы сделать эти полезные концепции доступными для практических химиков.
В Harvard, Lewis также написал теоретическую статью о термодинамике излучения чёрного тела, в которой он постулировал, что свет имеет давление. Позже он раскрыл, что его отговорили от преследования этой идеи его старшие, более консервативные коллеги, которые не знали, что Wilhelm Wien и другие успешно преследовали ту же линию мысли. Статья Lewis осталась неопубликованной; но его интерес к радиации и квантовой теории, а позже к теории относительности, возник из этой ранней, неудачной попытки. С начала своей карьеры Lewis рассматривал себя как химика и физика.
Теория валентности
Около 1902 года Lewis начал использовать неопубликованные рисунки кубических атомов в своих лекционных заметках, в которых углы куба представляли возможные позиции электронов. Lewis позже цитировал эти заметки в своей классической статье 1916 года по химическому связыванию как первое выражение его идей.
Третий основной интерес, который возник в течение лет Lewis в Harvard, была его теория валентности. В 1902 году, пытаясь объяснить законы валентности своим студентам, Lewis задумал идею, что атомы были построены из концентрической серии кубов с электронами в каждом углу. Этот «кубический атом» объяснил цикл восьми элементов в периодической таблице и был в соответствии с широко распространённым убеждением, что химические связи образовывались путём передачи электронов, чтобы дать каждому атому полный набор из восьми. Эта электрохимическая теория валентности нашла своё наиболее развёрнутое выражение в работе Richard Abegg в 1904 году, но версия теории Lewis была единственной, которая была воплощена в конкретной атомной модели. Опять же теория Lewis не вызвала интереса его наставников в Harvard, которые, как большинство американских химиков того времени, не имели вкуса к такой спекуляции. Lewis не опубликовал свою теорию кубического атома, но в 1916 году она стала важной частью его теории связи общей электронной пары.
В 1916 году он опубликовал свою классическую статью о химическом связывании «The Atom and the Molecule», в которой сформулировал идею того, что стало известно как ковалентная связь, состоящая из общей пары электронов, и определил термин нечётная молекула (современный термин — свободный радикал), когда электрон не является общим. Он включил то, что стало известно как точечные структуры Lewis, а также модель кубического атома. Эти идеи о химическом связывании были расширены Irving Langmuir и стали вдохновением для исследований природы химической связи Linus Pauling.
Кислоты и основания
В 1923 году он сформулировал электронно-парную теорию кислотно-основных реакций. В этой теории кислот и оснований «кислота Lewis» — это акцептор электронной пары, а «основание Lewis» — донор электронной пары. В этом году он также опубликовал монографию о своих теориях химического связывания.
