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.
изучает процессы, протекающие на поверхности раздела фаз – границе между жидкостью и газом, твёрдым телом или жидкостью, газом или твёрдым телом.
Атомы или молекулы, составляющие объем твердого или жидкого тела, взаимодействуют между собой. Частицы на поверхности материала или жидкости имеют меньше соседей по сравнению с частицами в объеме, вследствие чего имеют избыточную энергию из-за нескомпенсированности связей. Это и обуславливает специфику поверхностных реакций.
Наука о химии поверхности определяет методологию создания материалов с поверхностями, обладающими заданными свойствами. Свойства поверхностей могут быть модифицированы добавлением примесей в исходный материал или дефектами кристаллической решетки — как естественными, так и примесными.
Наука о поверхностных реакциях включает огромный объем человеческих знаний. Прежде всего - это гетерогенные каталитические материалы, применяющиеся для катализа реакций в газовых и жидких средах. Ни один промышленный процесс получения того или иного вещества не проходит без вмешательства катализаторов, которые позволяют провести реакцию в более мягких условиях. Кроме того, гетерогенные катализаторы, применяемые в катализе органических реакций позволяют сократить выход побочных продуктов. Водородная энергетика, являющаяся по признанию многих авторитетов энергетикой будущего, базируется также на поверхностном каталитическом процессе окисления водорода на платино-палладиевом катализаторе.
Знания о химии поверхности важны и для процессов травления кремния, повсеместно применяемых для создания полупроводниковых микрочипов и микромеханических устройств. Критически важными для результата процесса являются чистота поверхности, наличие примесных атомов. Часто кремний для микроэлектронной промышленности легируют атомами бора фосфора и других элементов. Это делается как для изменения объемных свойств материала (проводимости) так и для модификации свойств поверхности полупроводника.
Как правило, изучения свойств твердых поверхностей проводят в громоздких установках, обеспечивающих глубокий вакуум. Такие условия необходимы для минимизации адсорбции молекул газов, пренебрежение которой приводит к изучению свойств поверхностного адсорбционного слоя.
Одним из примеров поверхностных процессов — реакция Габера и Боша. Это каталитический процесс получения аммиака из атмосферного азота и водорода при повышенных температуре и давлении. При этом к в качестве катализаторов используются переходные металлы, такие как титан, ванадий, хром, молибден и железо, и их сплавы. Поверхность этих материалов такова, что приводит к активации адсорбированной инертной молекулы N2, что существенно понижает температуру процесса ( без катализатора эта реакция протекает при 1000С) , делая его коммерчески выгодным.
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.
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.
