Фуосс, Раймонд Метью

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Раймонд Метью Фуосс
англ. Raymond Matthew Fuoss
64615733 rfuoss.jpg
Дата рождения 28 сентября 1905(1905-09-28)
Место рождения Белвуд[en], Пенсильвания, США
Дата смерти 1 декабря 1987(1987-12-01) (82 года)
Страна  США
Научная сфера физическая химия
Место работы
Альма-матер Гарвардский университет, Брауновский университет
Учёная степень доктор философии (PhD) по физике[1]
Учёное звание член Национальной академии наук (1951)
Научный руководитель
Награды и премии награда Американского химического общества в области чистой химии[en] (1935)
Подпись Подпись

Раймонд Метью Фуосс (англ. Raymond Matthew Fuoss; 28 сентября 19051 декабря 1987) — американский физикохимик[2].

Внёс большой вклад в развитие химии и физики. Исследовал электрическую проводимость растворов электролитов в полярных и неполярных растворителях, представил своё уравнение проводимости в форме, доступной для экспериментаторов[3], изучал электрические свойства полярных полимеров, объяснил гидродинамику и электростатику ионов в растворе строгим математическим образом. Кроме того, Фуосс изучал растворы полиэлектролитов, его формулировка о свойствах этих полимеров стала начальной точкой для теоретических и экспериментальных работ по белкам.

Биография[править | править код]

Раймонд Метью Фуосс родился в Белвуде[en] (шт. Пенсильвания, США) в семье Иакова Фуосса и Берди Циммерман Фуосс[2]. После окончания школы в городе Алтуне поступил в Гарвардский университет в 1922 году, где его главным увлечением была органическая химия. Благодаря профессору Дж. С. Форбсу он развил интерес и к электрохимии, работая у него частным лаборантом во время последних каникул. Электрохимической тематике были посвящены две первые работы Фуосса: одна рассматривала потенциалы окисления и равновесия в системе хлора, йода, соляной кислоты и воды [4], другая – реакцию брома и хлорид-иона в соляной кислоте[5]. Фуосс окончил Гарвард с отличным дипломом в 1925 году, завершив четырехлетнюю учебную программу за три года.

Получив стипендию Шелдона, Р. М. Фуосс продолжил обучение в Мюнхенском университете (1925-1926 гг.) под руководством Виланда Г. О., изучая структуру желчных кислот. Однако вскоре он оставил эти работы в пользу физической химии. Этому способствовали также лекции К. Фаянса по термодинамике, которые он посещал в Мюнхене.

В 1927 году Р. М. Фуосс проработал один семестр научным сотрудником в Гарварде на биологическом факультете, а затем химиком-консалтером в фирме Skinner, Sherman and Esselen Inc. в Бостоне. В сентябре 1930 г. он поступил в Брауновский университет, благодаря деньгам, полученным от репетиторства и консалтинга. Заинтересовавшись теорией Дебая (1923 г.), Фуосс под руководством профессора Ч. А. Крауса[en] начал свою дипломную работу, посвященную проводимости электролитов в различных растворителях. Так, например, были изучены свойства жидкого аммиака и жидкого циановодорода. Научившись подбирать правильный растворитель, Фуосс собрал подробный материал о зависимости проводимости от диэлектрической проницаемости, вязкости и температуры.

В 1932 г. научным руководителем Фуосса становится Ларс Онзагер. Фуосс посещал его лекции в Брауне. Под его руководством он защищает свою докторскую диссертацию (1932), посвященную свойствам электролитов в неводных растворителях. Вместе с Л. Онзагером они изучали необратимые процессы в растворах электролитов[6]. Их товарищество продлилось более 35 лет.

Специально для Фуосса профессором Краусом[en] были созданы две новые должности: преподавателя-исследователя и ассистент-профессора по исследованиям. Продолжая своё образование, Фуосс стал набираться опыта у ведущих ученых в области квантовой и статистической механики, таких как А. Зоммерфельд, В. Паули, П. Дебай, М. Вейн и Р. Г. Фаулер.

В 1935 году Р. М. Фуосс был удостоен награды Американского химического общества в области чистой химии[en]. В этом же году он начал работать в научно-исследовательской лаборатории в «Дженерал Электрик», а в 1936 г. Фуосс вступил в её постоянный штат. Работая в «Дженерал Электрик», ученый мог продолжить развитие своих исследований, несмотря на кризисную обстановку в стране в период Великой депрессии.

Годы времен Второй мировой войны были посвящены изучению секретных научно-исследовательских тем. В 1945 г. Фуосс вернулся в академические исследования в Йельском университете и возобновил преподавательскую деятельность, получив должность первого Стерлингского профессора, а кафедра химии стала при нем лучшей в стране по изучению электролитов, полимеров и статистической механики. Фуосс стал заниматься новыми исследованиями в области полиэлектролитов, используя свои знания об электролитах и полимерах. Одновременно он работал химиком-консалтером в компаниях DuPont, Monsanto, California Research Corporation и Arthur D. Little[en].

В 1951 году Фуосс стал членом Национальной академии наук.

Научная деятельность[править | править код]

Электрическая проводимость растворов[править | править код]

Изучая электрическую проводимость растворов, Фуосс рассмотрел её с позиции электростатических взаимодействий между ионами[7]. В таком растворе вязкость растворителя принимает макроскопические значения, а диэлектрическая проницаемость - микроскопические; сам растворитель является непрерывной средой.

Электрическая проводимость была измерена для органических и неорганических солей в чистых и смешанных растворителях[8]. Выдвинутая Р. М. Фуоссом теория о достижении наиболее точных результатов в случае необратимых процессов подтверждалась экспериментами. Основной задачей Фуосс поставил выявление параметров, влияющих на проводимость. Для приготовления смесей с непрерывно меняющимися физическими свойствами он использовал электролиты различной силы, содержащие ионы разных размеров и форм. Применяющиеся при этом растворители отличались высокой чистотой, а их диэлектрическая проницаемость и вязкость варьировалась от низких значений до высоких. Точность измеряемых параметров достигала десятых и сотых долей. Эксперимент строго контролировался: устранялись все побочные эффекты, нарушающие стабильность системы, и избегалось перегревание.

Помимо экспериментов, Р. М. Фуосс особое внимание уделял теоретической работе. Так, он продолжил развивать теорию Дебая-Хюккеля-Онзагера, изучал слабые электролиты, а также электростатические силы в растворе между его частицами. Кроме того, он пытался усовершенствовать уравнение проводимости и более точно оценить некоторые константы (предельной проводимости Λо и ассоциации КА).

Таким образом, Фуосс занимался двумя видами исследований: экспериментальными[9] и теоретическими[10].

Исследование полимеров[править | править код]

Р. М. Фуосс внес огромный вклад в развитие химии полимеров. Начав работу в 1935 г., он добился хорошей воспроизводимости результатов[11] в своих экспериментах. В проводимых опытах Фуосс пытался избежать возникновения поверхностных эффектов и тщательно следил за ионным составом используемых полимеров. В результате ученый обнаружил, что диэлектрические свойства полярных полимеров зависят от природы полярных групп, содержащихся в этом полимере, концентрации пластификатора и размеров и форм составляющих его молекул. Также было рассмотрено влияние на полярные полимеры переменного внешнего электрического поля.

Исследование полиэлектролитов[править | править код]

Работу по исследованию полиэлектролитов Р. М. Фуосс проводил в Йельском университете. В своих экспериментах Фуосс измерял свойства полиэлектролитов в чистых и содержащих простые электролиты растворителях[12]. Используя молекулярную модель, он показал, что структура полимера определяется меж- и внутримолекулярными электростатическими взаимодействиями. Ученый выяснил, что параметры растворов полиэлектролитов, такие как вязкость и электропроводность, зависят от концентрации растворенного вещества, а также от конформации полимерной цепи, которая может изменяться в результате отталкивания расположенных на ней одноименных зарядов[13]. В дальнейшем стали решатся задачи по применению результатов исследования полиэлектролитов к схожим по свойствам белкам и мембранам. Исследования 1950-х годов привели к появлению новых теоретических и экспериментальных данных о свойствах симметричных электролитов[14] в различных растворителях.

Совместно с Л. Онзагером Фуосс занялся развитием теории Дебая-Хюккеля. Исследования проводились в специально построенной Фуоссом и его учениками лаборатории электропроводности, а анализ данных делался в компьютерном центре Йельского университета. В своих расчетах ученый смог обойтись без допущения об ионной ассоциации электролитов в растворителях с низкой диэлектрической проницаемостью, сохранив при этом более высокий порядок. В уравнении электропроводности[3] в выражениях для ионной ассоциации и в одном гидродинамическом выражении появлялся новый параметр, ионный радиус ao. Предполагалось, что значения ионного радиуса и гидродинамического радиуса должны получаться равными в этих выражениях, однако это не выходило для растворителей с низкой диэлектрической проницаемостью. Таким образом, новая теория не смогла решить всех проблем. Решению этих задач Фуосс посвятил оставшуюся часть своей карьеры.

Р. М. Фуосс продолжил свою работу по изучению электролитов и после ухода из Йельского университета в 1974 г.

Публикации[править | править код]

За свою жизнь Фуосс сделал огромное количество публикаций, научных работ и обзоров. Множество публикаций были сделаны совместно с такими выдающимися учёными, как Дж. С. Форбс, Э. Ланге, Л. Онзагер, Ч. А. Краус[en], Дж. Г. Кирквуд, Ф. Аккасина и др.

Среди известных журналов, в которых публиковались работы Фуосса, можно выделить следующие:

Первые публикации Фуосса появились во время учёбы в Гарварде в 1925[5] и 1927[4] гг.

Исследовательская работа в Мюнхене привела к созданию всего лишь одной публикации, вышедшей в 1926 году и описывающей концентрационную зависимость теплоты осаждения хлорида серебра.

Обучение в Брауне способствовало появлению более тридцати публикаций, посвященных свойствам растворов электролитов[8]. Некоторые статьи опубликовались уже после завершения обучения ученым. В статьях обсуждались результаты как проведенных экспериментов[9], так и теоретических[10] исследований.

Работа, проделанная до начала Второй мировой войны, привела к появлению двадцати шести статей об электрических свойствах твердых тел[15].

В целом, исследованию электролитов Фуосс посвятил более восьмидесяти научных и обзорных статей, описывающих все стороны электрической проводимости. Много работ было посвящено проводимости симметричных электролитов[14]. Кроме того, в 1959 году Фуосс написал книгу «Проводимость электролитов»[7]. Последние публикации Фуосса были сделаны в период между 1974 и 1980 гг., было опубликовано более двадцати статей в известных журналах.

Помимо научных публикаций, Фуосс написал биографию Теодора Шидловского[16], американского химика родом из России, члена Национальной академии наук, занимающегося работой по применению электрохимии в жизненно важных процессах и живых клетках.

Личность[править | править код]

Р. М. Фуосс был выдающимся учёным во многих научных областях: физической химии, органической химии, механике сплошных сред, математике и др. Занимаясь как экспериментальной, так и теоретической работой, он внёс огромный вклад в развитие современной науки. Фуосс отличался активным, сильным и целеустремленным характером. Свои исследования он выполнял с максимальным профессионализмом, стремясь к наибольшей точности и получению качественных результатов. Знакомые ученого признавали его энтузиазм, трудолюбие, старательность и неизменную преданность науке.

Раймонд Фуосс любил заниматься преподавательской деятельностью. Он читал лекции по математике для бакалавров самых различных специальностей, а также преподавал первый семестр квантовой механики для физикохимиков. У ученого была своя исследовательская группа, каждый участник в которой имел определенный проект. К своим ученикам он был требователен, строг и беспристрастен, но, в то же время, справедлив. При Фуоссе обучение на доктора наук занимало три-четыре года, хотя сам ученый получил свою степень за два года. Большинство воспитанников ученого посвятили себя научной и исследовательской деятельности.

Следует отметить, что Р. М, Фуосс отрицательно относился к налогам и был приверженцем консерватизма[2].

Семья[править | править код]

Р. М. Фуосс был в браке дважды[2]. В 1927 году он женился на Роуз Элизабет Харрингтон; сын Раймонд Метью-младший умер двух дней от роду; дочь Патрисия Роуз родилась в 1935 г.

Вторая жена Анна (урожд. Штейн), на которой он женился в 1947 г., отличалась приветливым и лёгким характером; её кончина в 1979 г. была серьёзным ударом для учёного.

Интересные факты[править | править код]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Influence of the solvent medium on the conductance of electrolytes, 1932
  2. 1 2 3 4 Michael A. Coplan. Raymond Matthew Fuoss // Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences. — 1997. — Vol. 71.
  3. 1 2 Fuoss R. M., Onsager L., Skinner J. F. The conductance of symmetrical electrolytes. The conductance equation // J. Phys. Chem., 1965, v. 5, № 69, p. 2581-2594.
  4. 1 2 Forbes G. S., Fuoss R. M. The reaction between bromine and chliride ion in hydrochloric acid. Bromine monochlorid // J. Am. Chem. Soc. — 1927. — Vol. 49. — P. 142–156.
  5. 1 2 Forbes G. S., Glass S. W., Fuoss R. M. Oxidation potentials and equilibria in the system: chlorine, iodine, hydrochloric acid and water // J. Am. Chem. Soc. — 1925. — Vol. 47. — P. 2892–2903.
  6. Fuoss R. M., Onsager L. Irreversible processes in electrolytes. Diffusion, conductance, and viscous flow in arbitrary mixtures of strong electrolytes // J. Phys. Chem., 1932, v. 36, p. 2689-2778.
  7. 1 2 Fuoss R.M., Accascina F. Electrolytic Conductance. New York: Interscience, 1960.
  8. 1 2 Fuoss. R. M., Mead D. J., Kraus. C. A. Properties of electrolytic solutions. Conductance of mixed electrolytes in ethylene chloride. Tetrabutyl- and tetramethyl-ammonium picrates // Trans. Faraday Soc., 1936, v. 19, № 32, p. 594-606.
  9. 1 2 Fuoss R. M., Kraus C. A. Properties of electrolytic solutions. Conductance as influenced by the dielectric constant of the solvent medium // J. Am. Chem. Soc., 1933, v. 1, № 55, p. 21-36.
  10. 1 2 Fuoss R. M., Kraus C. A. Properties of electrolytic solutions. The evaluations of Λo and KA for incompletely dissociated electrolytes // J. Am.Chem. Soc., 1933, v. 2, № 55, p. 476-488.
  11. Fuoss R. M. Eds. Burk R. E. and Grummitt O. The electrical properties of high polymers // The Chemistry of Large Molecules., 1943, p. 191-218.
  12. Fuoss R. M. Electrical transport by polyelectrolytes // J. Polym. Sci., 1954, v. 12, p. 185-198.
  13. Fuoss R. M., Strauss U. P. The viscosity of mixtures of polyelectrolytes and simple electrolytes // Ann. N.Y. Acad. Sci., 1949, v. 51, p. 836-851.
  14. 1 2 Fuoss R. M., Onsager L. Thermodynamic potentials of symmetrical electrolytes // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1961, v. 47, p. 818-825.
  15. Fuoss R. M. Electrical properties of solids. Experimental methods // J. Am. Chem.Soc., 1937, v. 1, № 59, p. 1703-1713.
  16. Raymond M. Fuoss. Theodore Shedlovsky // Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences. — 1980. — Vol. 52. (недоступная ссылка)

Ссылки[править | править код]