Химики-лауреаты Нобелевской премии

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
ГОСУДАРСТВЕННО БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ГОРОДА МОСКВЫ ШКОЛА № 806
Научно-исследовательская работа
«Химики-лауреаты Нобелевской премии»
Название секции - химия
Авторы:
Харина Анастасия
Руководитель:
Туманова Елена Борисовна
Москва, 2016
Оглавление
Введение ............................................................................................................................... 3
Аннотация ............................................................................................................................ 3
Глава 1 ................................................................................................................................... 5
Заключение ......................................................................................................................... 17
Список использованной литературы ............................................................................... 18
2
Введение
Аннотация
В 2016 году всё прогрессивное человечество будет отмечать 115 – летие со дня
вручения первой Нобелевской премии. Эта премия была названа в честь
инженера-химика Альфреда Нобеля. Однако, немногие знают историю создания
премиального фонда и каким образом она связана с именем Нобеля. Да и что
говорить, возможно, и само имя Альфреда Нобеля не всем моим сверстникам
хорошо знакомо...
Поэтому я в своей исследовательской работе хотела выяснить: кто является
основателям премии, за какие заслуги она присуждается и остановиться на
некоторых именах ученых – лауреатов Нобелевской премии в области химии.
Тема моей работы называется “Химики – лауреаты Нобелевской премии”.
Название темы: Химики – лауреаты Нобелевской премии.
Авторы: Харина Анастасия
Руководитель: Туманова Елена Борисовна
Актуальность темы: Нобелевская премия присуждается ежегодно в рядах
областей науки, однако на уроках не всегда хватает времени для знакомства с
именами лауреатов и их открытиями. Поэтому тему считаю актуальной и работу
своевременной.
Проблема: Современная молодежь мало знает об именах учёных, которые
создают науку. Данная работа посвящена исследованию этой проблемы.
Предмет исследования: Имена ученых – лауреатов и область их открытий.
Цель исследования: Знакомство с именами лауреатов Нобелевской премии в
области химии.
Задачи исследования:
3
1. Подобрать и изучить научную литературу по данному вопросу.
2. Познакомится с историей возникновения понятья “Нобелевская премия”.
3. Собрать и изучить информацию, преставлению в СМИ и интернет пространстве
о химиках – лауреатов Нобелевской премии.
4. Представить работу на исследовательскую конференцию.
Гипотеза: Чтобы стать лауреатом Нобелевской премии в области химии надо с
детства посветить свою жизнь изучению химии.
Методы исследования:
1. Обработка и интерпретация информации на основе изученной литературы и
Интернет-ресурсов по теме.
2. Подбор имен лауреатов – химиков и тем их открытий.
3. Обобщение данных, полученных в ходе работы (индуктивное обобщение).
Новизна работы заключается в создании методической копилки для проведения
внеклассной работы.
Исходные данные: основным источником информации стала литература (в том
числе Интернет-ресурсы), посвященная изучению данной проблемы.
Структура исследовательской работы определилась логикой исследования и
достижения поставленной цели.
План выполнения работы:
1. Подбор литературы по теме Нобелевская премия и лауреаты нобелевской
премии в области, в том числе Интернет-ресурсы, посвященная изучению данной
проблемы.
2. Анализ результатов.
3. Подготовка презентации.
4. Апробирование презентации в различных классах.
4
В век информационных технологий людям перестали быть интересны имена
ученых, получивших премии за достижения в различных областях науки.
С двадцатого века самой престижной наградой в рядах областей науки
считается Нобелевская премия. Присуждается Нобелевская премия ежегодно, её
учредителем является инженер – химик Альфред Нобель.
Альфред Нобель (1833-1896) родился 21 октября 1833 года
в Стокгольме. В семье было восемь детей, он был третьим
сыном.
После получения патента на динамит в 1867 году Нобель
занялся изготовлением и продажей взрывчатых веществ, на
чём семья заработала огромное состояние.
Когда в 1888 по ошибке репортёров, перепутав Альфреда с братом, в газеты
попала весть о его смерти, и о нем начали писать «миллионер на крови»,
«торговец взрывчатой смертью», «динамитный король», Нобель решил сделать всё
чтобы не остаться в памяти людей «злодеем мирового масштаба».
27 ноября 1895 года в Париже было написано завещание Альфреда Нобеля,
в котором говорилось, что весь капитал после его смерти нужно перевести в
ценные бумаги, создать фонд, который будет выплачивать премии в ценных
бумагах тем, кто внес большой вклад в развитие человечества. Премия должна
выдаваться ежегодно в пяти областях: в физике, химии, медицине, литературе и
развитии мирных инициатив.
Присуждать премии было поручено Королевской академии наук, Королевскому
медико-хирургическому университету, шведской академии в Стокгольме и
нобелевскому комитету в Норвегии.
5
Нобелевская премия присуждалась независимо от национальности, расы, пола
и вероисповедования за новейшие достижения и за более поздние работы,
значимость которых стала известна только сейчас.
Торжественное вручение премии проходит в Стокгольме и Осло 10 декабря,
годовщину смерти Нобеля. В Швеции этот день официально является днём
поднятия государственного флага. По традиции шведский король лично вручает
золотые медали в Стокгольме, а норвежский король в Осло. После получения
премии Нобелевские лауреаты должны в течении шести месяцев после получения
премии выступить с Нобелевской мемориальной лекцией в Стокгольме или Осло.
Я бы хотела, рассказать об учёных – лауреатах Нобелевской премии в области
химии.
Нобелевская премия по химии в 2016 году будет присуждается в 107-й раз.
Премия не выдавалась в 1916-м, 1917-м, 1919-м, 1924-м, 1933-м, 1940–1942 годах.
Средний возраст лауреатов премии по химии — 57 лет.
А первым, кто был удостоен чести получить Нобелевскую премию, был
нидерландский химик Якоб Хендрик Вант-Гофф, получивший премию в знак
признания огромной важности открытия законов химической динамики и
осмотического давления в растворах.
Якоб
Хендрик
Вант-Гофф
(1852-1911)
родился
в
Роттердаме 30 августа 1852 года.
С детства мечтал о карьере химика. Свой первый опыт провел
ещё в средней школе. В 1871 году стал студентом естественно
– математического университета, где надолго не остался,
перешел в Боннский университет, чтобы изучать химию.
В 1896 году принял предложение Берлинского университета занять место
профессора экспериментальной физики, где он должен был раз в неделю читать
6
лекции, и в его распоряжение будет отдана полностью оборудованная
лаборатория.
В этой лаборатории Якоб начал проводил опыты по стереохимии и создал учение
о химической динамике.
Лауреат Нобелевской премии и основатель химии высоких температур –
Анри Муассан.
Фердинанд Фредерик Анри Муассан (1852-1907) –
французский химик. Родился в Париже. Учился в гимназии,
где очень увлекся химией, пренебрегая другими предметами,
из – за этого у него не получилось поступить в институт.
С 1879 года работал ассистентом лектора в Вышей
фармацевтической
школе.
1886
году
он
был
избран
профессором токсикологии в Высшей фармацевтической школе. Через три года он
получил должность профессора неорганической химии.
Анри Муассан сумел выделить свободный фтор, используя в качестве
электролита
безводный
фторид
калия,
растворенный
в
безводной
фтористоводородной кислоте, и платиноиридиевые электроды. Муассан работал с
шотландским химиком Джеймсом Дьюаром, им удалось извлечь фтор при
температуре – 185°С. Проведение этих экспериментов привело к открытию новых
веществ.
Кроме изучения химических свойств фтора Муассан разработал способы
получения чистого бора, что до него еще никому не удавалось сделать.
Муассан изобрел печь, в которой температура плавления достигала 3500°С.
Изучал процессы плавления и испарения веществ, которые до того времени
считались не переходящими в парообразное состояние. Анри Муассан обнаружил,
что при очень высоких температурах углерод, бор и кремний, которые не
проявляют активности при обычных температурах, реагируют со многими
7
элементами и образуют соответственно карбиды, бориды и силициды. Он также
получил карбид кремния.
В 1906 году получил Нобелевскую премию в области химии за большой объем
проделанных им исследований, за получение элемента фтора и введение в
лабораторную и промышленную практику электрической печи, названной его
именем.
Первым учёным занявшимся изучению красящих веществ в природе и
получившим за эту работу Нобелевскую премию считается Рихард Вильштеттер.
Рихард Мартин Вильштеттер (1872-1942) – немецкий
химик. Родился в Карлсруэ.
Учился в гимназии, был очень способным учеником. После
окончание лицея поступил в Мюнхенский технический
университет для изучения химии.
В 1894 году Рихард получил докторскую степень по химии,
в дальнейшем стал профессором химии Федерального технологического
института в Цюрихе.
В Цюрихе он занялся изучением хлорофилла – вещества зеленого цвета,
содержащиеся во всех цветущих растениях. Хлорофилл играет важную роль
фотосинтезе – процессе превращения углекислого газа и воды в сахар, кислород и
крахмал.
Вильштеттер доказал, что у хлорофилла есть только одна структурная единица,
но она делиться на два типа a и b. Для этого он подвергнул анализу более 200
растений. В ходе анализа он сделал вывод о том, что при фотосинтезе повсюду
происходят одни и те же химические реакции.
Позднее Рихард продолжил изучение красных, синих и фиолетовых пигментов
растений, которые могут быть извлечены из растений с помощью спирта, эфира
или воды.
8
В 1915 г. Вильштеттелу была присуждена Нобелевская премия по химии «за
исследования красящих веществ растительного мира, особенно хлорофилла». Из –
за первой Мировой войны церемонию награждения пришлось отменить до 1920
года.
Первая женщина, которая получила Нобелевскую премию в области химии и
физики была Мария Склодовская – Кюри.
Мария Склодовская-Кюри (1867-1934) – французский
физик.
Отлично училась и в начальной школе, и в средней школе. Ещё
с детства ей нравилась наука и поэтому Мария все свободное
время проводила в лаборатории своего двоюродного брата –
великого русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева.
Менделеев предвещал ей отличное будущее, если она продолжит заниматься
химией.
В июле и декабре 1898 г. Мари и её муж Пьер Кюри объявили об открытии
двух новых элементов, которые были названы ими полонием (номер 84 в
периодической системе Д.И. Менделеева) и радием (номер 88 в периодической
системе Д.И. Менделеева). Поскольку Кюри не выделила ни одного элемента, они
не могли представить доказательства. Им предстояло выделить два новых
элемента из урановой смоляной обманки. Супруги установили, что полоний и
радий представляют лишь одну миллионную часть урановой смоляной обманки.
Для извлечения этих элементов понадобилось огромное количество руды. Руду
они химически разделяли в больших чанах в сарае. Анализы им приходилось
делать в обычной школьной, плохо оборудованной лаборатории.
Но их старания были не напрасны. В сентябре 1902 года они объявили о
выделении одной десятой грамма хлорида радия; полоний выделить им так и не
удалось, так как полоний является продуктом распада радия. Анализируя
полученное вещество, Мария Кюри определила, что относительная атомная масса
9
радия равна 225, соль радия выделяет голубоватое свечение и тепло. Завершив
исследования, Кюри, наконец, завершила свою докторскую работу, которая
называлась «Исследования радиоактивных веществ».
В декабре 1903 года Шведская королевская академия наук присудила
Нобелевскую премию по физике Беккерелю и супругам Кюри.
Супруги Кюри отметили действия радия на организм, когда они получили
ожоги из–за обращения с радием, выявилась опасность радиоактивных веществ.
Кюри предложили использование радия для лечения опухоли. Терапевтическое
значение радия было признано почти сразу и цены на радиевые источники сразу
выросли. А исследование радия привело к рождению новой области науки –
радиологии. Через несколько месяцев Шведская королевская академия наук
присудила Марии Склодовской - Кюри Нобелевскую премию по химии «за
выдающиеся заслуги в развитии химии: открытие элементов радия и полония,
выделение радия и изучение природы и соединений этого замечательного
элемента».
Дочь Марии и Пьера Кюри – Ирен Кюри вместе с мужем Фредериком Жолио
тоже получила Нобелевскую премию по химии.
Фредерик Жолио (1900-1958) – французский физик.
Родился в Париже, вырос в обеспеченной семье. Свою жизнь
он решил посветить науке и в 1920 году поступил в Высшую
школу физики и прикладной химии в Париже, которую через
три года закончил с отличием.
После
прохождения
обязательной
военной
службы
Фредерик решил попробовать занять должность ассистента у Мари Кюри в
Институте радия Парижского университета. В 1925 году он приступил к своим
обязанностям. На следующий год Фредерик Жолио женился на Ирен Кюри. После
свадьбы Ирен изменила свою фамилию на Жолио – Кюри. У супругов родились
сын и дочь, которые тоже стали учеными.
10
В 1930 году Жолио удостоился звания доктора наук за исследование
электрохимических свойств радиоактивного элемента полония.
Фредерик Жолио и Ирен Жолио – Кюри начали ряд экспериментов альфа –
радиацией.
Закрыв отверстие конденсационной камеры тонкой пластинкой алюминиевой
фольги, они облучали образцы бора и алюминия альфа-радиацией. Благодаря
этому эксперименту Жолио – Кюри обнаружили созданные искусственным путём
новые химические элементы. Подвергаемые анализу бор и алюминий стали
радиоактивными: алюминий поглощал два протона и нейтрона альфа – частиц,
превращаясь в фосфор, а бор - в радиоактивный изотоп азота.
В 1935 Ирен Жолио – Кюри и Фредерик Жолио получили Нобелевскую
премию в области химии за выполненный синтез новых радиоактивных
элементов. Получив Нобелевскую премию Фредерик стал самым молодым
обладателям этой награды (ему было 35 лет).
Фредерик Сенгер — единственный пока в истории человек, получивший
премию по химии дважды в 1958 году за установление структур белков, особенно
инсулина и в 1980 году за фундаментальные исследования биохимических свойств
нуклеиновых кислот, в особенности рекомбинантных ДНК.
Фредерик Сенгер (1918-2013) – английский биохимик. Рос в
обеспеченной семье. В 1943 году получил докторскую степень.
Первая работа Сингера имела важные последствия для
биохимии и зарождающейся науки – молекулярной биологии.
Результаты
проведенных
им
исследований
окончательно
доказали, что белок – это особое химическое вещество с
уникальной структурой и что каждое место в цепи занято определенной
аминокислотой. Так же он доказал, что ферменты могут разрушать связи между
аминокислотами. Это открытие помогло биохимикам определить структуру
многих других белков. Он писал:
11
«Установление
структуры
инсулина,
безусловно,
открывает
путь
к
исследованию других белков. Можно также надеяться, что изучение белков
поможет выявить изменения, которые происходят в организме во время болезни, и
что наши усилия могут принести человечеству большую практическую пользу»
/1/
В 1980 году нобелевским комитетом была присуждена половина Нобелевской
премии по химии «за вклад в установлении основных последовательностей в
нуклеиновых кислотах» Фредерику Сенгеру и Уолтеру Гилберту.
Другая
половина премии была присуждена Полу Бергу.
Как указал в своей вступительной речи от имени Шведской королевской
академии наук Б. Г. Мальстрем эти трое ученых «сделали возможным
проникновение в еще большие глубины в нашем понимании взаимосвязи между
химической структурой и биохимической функцией генетического материала».
Именем Сенгера назван основанный фондом Wellcome Trust и Британским
Советом по медицинским исследованиям институт, в число проектов которого
входят «Геном человека», «Геном рака», «От генов к когниции».
Благодаря
этому
открытию
человечество
получило
возможность
искусственного превращения одного элемента в другой.
Дороти Мэри Кроуфут-Ходжкин (1910-1994) – английский
химик. Родилась в Каире, который в то время был под властью
Англии.
В школе увлекалась изучением кристаллов, что побудило её
к изучения кристаллографии и химии, предмета, в то время
изучаемого в основном мальчиками. В 13 лет Мэри провела
свой первый анализ местных кристаллов.
После окончания колледжа вместе с выдающимся физиком Дж. Д. Берналом,
приступила к изучению стеролов – твердых циклических спиртов и холестерина в
биологических тканях с помощью рентгеноструктурных анализов кристаллов.
12
Через три года после окончания второй Мировой войны с небольшой группой
помощников из Оксфорда Мэри приступила к исследованию антибиотика –
пенициллина (C₅H₁₂) для определения его химических структур с помощью
рентгеноструктурного анализа.
Пропуская рентгеновские лучи через кристаллы пенициллина под разными
углами,
группа
определила
результирующую
дифракцию
образцов,
зарегистрированную на фотографических пластинах, и вычислила расположение
ключевых атомов в кристаллической решетке. Благодаря чему команда смогла
определить молекулярную структуру пенициллина, что обеспечило его синтез и
массовый выпуск.
Еще одной женщиной, получившей Нобелевскую премию в области химии, была
Дороти Кроуфут-Ходжкин.
В 1946 году Кроуфут-Ходжкин применила рентгеноструктурный анализ для
изучения
витамина
В12,
который
предотвращал
анемию,
потенциально
смертельное заболевание крови.
В 1964 году Мэри получила Нобелевскую премию по химии за определение с
помощью рентгеновских лучей структур биологически активных веществ.
Во время вручения Нобелевской премии член Шведской королевской академии
наук Гуннар Хёгг сказал: «Определение структуры пенициллина... явилось
поистине изумительным стартом новой эры кристаллографии…а определение
структуры витамина В12 – это триумф рентгеноструктурного анализа кристаллов
с точки зрения химической и биологической значимости результатов при
огромной сложности структуры». / 2 /
Единственным химиком – лауреатом Нобелевской премии представлявшем
СССР и Россию был Семёнов Никола Николаевич, который вместе с Серилом
Норманом Хиншелвудом получил премию за исследования в области механизма
химических реакций.
13
Семёнов Николай Николаевич (1896-1986) – русский
физик и химик. Родился в Саратове. Окончив 1913 году школу,
поступил
на
физико–математический
факультет
Ленинградского университета, где, занимался у известного
русского физика Абрама Иоффе.
В сотрудничестве с Петром Капицей Семёнов предложил
способ измерения магнитного момента атома в неоднородном магнитном поле,
после описал его в статье, которую опубликовали в 1922 году. В последующем его
эксперимент закончили Отто Штерн и Вальтер Герлах.
В 1925 году провел ряд исследований, после которых Семёнов вместе с
известным физиком – теоретиком Яковом Френкелем разработал теорию взаимной
связи межу плотностью пара и температурой поверхности конденсации.
В 1927 году в соавторстве с двумя своими студентами написал книгу «Химия
электрона», в которой провел глубокими исследованиями процессов диссоциации
и рекомбинации, в потенциалом ионизации металлов и паров солей.
После этого учёный занимался изучением прохождение электрического тока
через газы, а также механизм пробоя твердых диэлектриков под действием
электрического тока. На основе этого исследования Николай Николаевич и
Владимир Фок, прославили роботы в квантовой физике и создали теорию
теплового пробоя диэлектриков.
Первым важным вкладом Семенова в науку о горении была теории теплового
взрыва и горения газовых смесей. Согласно теории тепло, выделяющееся в
процессе химической реакции, при определенных условиях не успевает
отводиться из зоны реакции и вызывает повышение температуры реагирующих
веществ, ускоряя реакцию и приводя к выделению еще большего количества
тепла. Если нарастание количества тепла идет достаточно быстро, то реакция
может завершиться взрывом.
14
Важнейшие открытия Николая Семенова были связаны с механизмом цепных
реакций.
Николай Николаевич выяснил, что цепные реакции представляют собой
стадии в химических реакциях, которые, начавшись, продолжаются до тех пор,
пока не будет пройдена последняя стадия.
Начальная стадия цепной реакции - образования свободного радикала – атома
или группы атомов, обладающих свободным электроном и вследствие этого
чрезвычайно химически активных. Свободный радикал взаимодействует с
молекулой, в результате образуется новый радикал. И это происходит, пока не
произойдет обрыв цепи.
В таких реакциях радикалы активно множатся и создают новые цепи, заставляя
ход реакции ускорятся. Если число радикалов быстро растет, это может вызвать
взрывную реакцию.
В течении двух лет Н.Н. Семёнов доказал свою теорию.
В 1954 году Семёнов опубликовал книгу, в которой наглядно описал процесс
цепной реакции, книга была названа «О некоторых проблемах химической
кинетики и реакционной способности».
За эту работу Николай Николаевич Семёнов в 1956 году получил Нобелевскую
премию.
За работу по созданию теории цепных реакций наряду с Нобелевской премией
Николай Николаевич в 1941 г. был удостоен советской правительственной
награды – Сталинской премии. Среди других его наград – орден Ленина, орден
Трудового Красного Знамени, золотая медаль имени М.В. Ломоносова Академии
наук СССР. Обладатель почетных степеней ряда европейских университетов, Н.Н.
Семёнов был избран почетным членом Лондонского королевского общества. В
Академии наук СССР ученый занимал большое число официальных должностей.
Кроме того, он был избран членом академий многих других стран, включая США.
15
Я горжусь тем, что выдающийся учёный Н.Н. Семёнов является моим
соотечественником. Мне приятно ощущать, что я дышу
которым
тем же воздухом,
когда-то дышал Н.Н. Семёнов. Возможно, я даже хожу по тем же
улочкам, где проходил великий химик, обдумывая свои теории. И как же здорово,
что открытием русского учёного пользуются учёные мужи всего мира!
16
Заключение
Благодарное потомство чтит память основателя Нобелевской премии. В честь
Альфреда Нобеля назван 102 элемент периодической таблици Д.И. Менделеева –
нобелий (No), открытый группой ученых в 1957 году института Нобеля в
Стокгольме (Швеция), физико-химический институт в Стокгольме и университет
в Днепропетровске. В 1970 году кратеру на оборотной стороне Луны
международном астрономическим союзом, было присвоено имя Альфреда
Нобеля. 4 августа 1983 года, Крымской астрофизической обсерваторией в его
честь был назван астероид (6032) Нобелей. 21 октября 1991 года, на
Петроградской набережной, по инициативе шведского Нобелевского фонда на
средства Международного фонда истории науки, был открыт первый в России
памятник Альфреду Нобеля.
В ходе работы я познакомилась с именами многих ученых – лауреатов
Нобелевской премии в области химии, о существовании которых я даже и не
подозревала ранее. Тем интереснее, мне было узнавать об их безудержном
влечении к науке, знакомиться с их преодолениями и стремлениями к цели, с
самого детства. Я увидела, что каждый из лауреатов Нобелевской премии с самого
детства стремился учиться, познавать науку и вносить в неё свой собственный
вклад.
Работать с информацией мне было очень интересно. Я узнала и открыла для
себя много нового и неизвестного.
Данная работа дала возможность мне как бы проникнуть в «глубины» научных
открытий, почувствовать себя некоторым соучастником тех событий.
Свою работу я предлагаю использовать в качестве методического материала на
факультативе по химии или во внеурочной деятельности.
Гипотеза «Чтобы стать лауреатом Нобелевской премии в области химии, надо с
детства посвятить свою жизнь изучению химии» - подтвердилась.
17
Список литературы
1. http://www.nobeliat.ru/laureat.php?id=724
2. http://www.nobeliat.ru/laureat.php?id=732
18