Фридрих Вилхелм Оствалд

Германски хемичар и филозоф, добитник на  Нобеловата награда за хемија во 1909 година за неговиот научен придонес во областа на катализата, хемиската рамнотежа и брзината на реакцијата,  еден од основачите на физичката хемија.

Оствалд е роден како Германец во Рига, во Руската империја (денешна Латвија). Уште како дете развил интерес за науката  и спроведувал експерименти во својот дом, особено поврзани со огномет и фотографија.

Оствалд ја започнал својата кариера како независен истражувач на Универзитетот во Дорпат во 1875 година каде  ги научил  основите на анализата на неорганските соединенија и мерењата на рамнотежата и брзината на хемиските реакции.

Бил длабоко заинтересиран за прашањата за хемискиот афинитет и реакциите кои формирале хемиски соединенија. Ова е централното теоретско прашање со кое се соочувале хемичарите во тоа време. Како дел од неговата рана работа, развил тродимензионална табела за афинитетот, која ги земала предвид ефектите на температурата, како и константите на афинитетот на киселините и базите. Оствалд исто така  ги истражувал  електрохемијата и хемиската динамика.

Својата докторска дисертација ја објавил на Универзитетот во Дорпат во 1878 година, насловена „Волуметриски и оптичко-хемиски студии“.Во 1881 година, Оствалд станал редовен професор по хемија на Политехничкиот факултет во Рига.

За време на академската кариера Оствалд имал многу студенти-истражувачи кои станаа успешни научници. Меѓу нив се и идните нобеловци Сванте Арениус, Јакобус Хенрикус ван'т Хоф и Волтер Нернст, кои со него ги сметаме за основоположници на физичката хемија.

Интересен факт: во 1901 година, Алберт Ајнштајн се пријавил за истражувачка позиција во лабораторијата на Оствалд. Ова е четири години пред објавувањето на Ајнштајн за специјалната релативност. Оствалд ја отфрлил апликацијата на Ајнштајн, иако подоцна двајцата развиле силно меѓусебно почитувањепа тој лично го номинирал Ајнштајн за Нобеловата награда во 1910 година и повторно во 1913 година.

По неговото пензионирање во 1906 година, станува активен во филозофијата, политиката и другите хуманитарни науки.Во текот на неговата академска кариера, Оствалд објавил повеќе од 500 оригинални истражувачки трудови и 45 книги.

Процес на азотна киселина

Оствалд  го осмислил процесот за евтино производство на азотна киселина со оксидација на амонијак. Патентот користел катализатор и ги опишал условите под кои приносот на азотна киселина бил блиску до теоретската граница. Набргу по откритието на Оствалд, евтин амонијак станува достапен како резултат на пронаоѓањето на Хабер-Бошoвиот процес за фиксирање на азот (завршен до 1911 или 1913 година) за синтеза на амонијак. Комбинацијата на овие две откритија набрзо доведува до поекономично и поголемо производство на ѓубрива и експлозиви, од кои Германија имаше недостиг за време на Првата светска војна. Процесот(накратко кажано) е следниот:

Амонијакот се претвора во азотна киселина во 2 фази. Се оксидира со загревање со кислород во присуство на катализатор како што е платина со 10% родиум, платина  на силициумова волна, бакар или никел,  за да се формира азотен оксид (азот(II) оксид) и вода (како пареа). Оваа реакција е силно егзотермна, што ја прави корисен извор на топлина штом ќе се започне:

4NH₃(g) + 5O₂(g) → 4NO(g) + 6H₂O(g)ΔrH = −905.2 kJ/mol

Втората фаза опфаќа две реакции и се изведува во апарат за апсорпција што содржи вода. Првично, азотниот оксид повторно се оксидира за да се добие азот диоксид (азот(IV) оксид). Овој гас потоа лесно се апсорбира од водата, давајќи го саканиот производ (азотна киселина, иако во разредена форма), додека дел од него се редуцира назад во азотен оксид:

2NO(g) + O₂(g)  →    2NO₂(g) Δ_rH = −114 kJ/mol

3NO₂(g) + H₂O(l)   →2HNO₃(aq) + NO(g)Δ_rH = −117 kJ/mol

И,  последниот чекор се изведува во воздух:

4NO₂(g) + O₂(g) +2H₂O(l)   →4HNO₃(aq)Δ_rH = −348 kJ/mol)

Целокупната реакција е збирот на првата равенка, 3 пати од втората равенка и 2 пати од последната равенка; сите поделени со 2(Хесов закон):

2NH₃(g) + 4O₂(g) +H₂O(g)→ 2HNO₃(aq)+ 3H₂O(g)Δ_rH −740.6 kJ/mol

Алтернативно, ако последниот чекор се изведува во воздух, вкупната реакција е збирот на равенката 1, 2 пати поголема од равенката 2 и равенката 4; сите поделени со 2.

NH₃(g) + 2O₂(g)→ HNO₃(aq)+ H₂O(g)Δ_rH  = −370.3 kJ/mol)

Оствалдов закон за разредување

Оствалд, исто така, спровел значајно истражување за теоријата на разредување што довело до неговата концепција на законот за разредување, кој понекогаш се нарекува „Закон за разредување на Оствалд“. Оваа теорија тврди дека однесувањето на слаб електролит ги следи принципите на законот за  дејство на масите, т.е електролитот е интензивно дисоциран при бесконечно разредување. Оваа карактеристика на слабите електролити може да се набљудува експериментално, како на пример со електрохемиски определби.

Каде К_d e константа на дисоцијација, а α –степен на дисоцијација.

Катализа

Преку неговото истражување забрзините на хемиските реакции и неговите студии за киселините и базите, Оствалд открил дека концентрацијата на киселината или на базата во раствор од одредени хемиски реактанти може да има силно влијание врз брзината на хемиските процеси. Тој сфатил дека ова е манифестација на концептот за хемиска катализа првпат артикулиран од Берцелиус. Оствалд ја артикулира идејата дека катализаторот е супстанца која ја забрзува брзината на хемиската реакција без да биде дел ниту од реактантите ниту од продуктите. Напредокот на Оствалд во разбирањето на хемиската катализа е широко применлив во биолошките процеси како што е ензимската катализа и исто така во многу индустриски процеси.

Кристализација

Оствалд го проучувал однесувањето на кристализација на цврстите материи, особено на оние цврсти материи кои се способни да кристализираат во различни форми, во феноменот познат како полиморфизам. Тој открил дека цврстите материи не мора да се кристализираат во нивната термодинамички најстабилна форма, туку понекогаш преференцијално кристализираат во други форми зависни од релативните брзини на кристализација на секоја полиморфна форма. Оствалд открил дека релативните брзини зависат од површинскиот напон помеѓу цврстиот полиморф и течната форма.

Исто така сфатил дека цврстите или течните раствори можат да продолжат да се развиваат со текот на времето. Додека нетермодинамички преферираниот полиморф може прво да се кристализира, термодинамички постабилните форми може да продолжат да се развиваат како што „старее“ растворот. Често ова резултира со формирање на големи кристали, бидејќи тие се термодинамички постабилни отколку големиот број мали кристали. Овој феномен стана познат како „Оствалдово зреење“.

Поврзано со растворливоста и кристализацијата е наодот на Оствалд дека растворањето на цврсто тело зависи од големината на кристалот. Кога кристалите се мали, обично помали од еден микрон, растворливоста на цврстиот материјал во фазата на раствор се зголемува.. Равенката Ostwald-Freundlich го зема предвид површинскиот напон на честичката во системот, покрај заобленоста и температурата. Зависноста од големината на растворливоста понекогаш се користи во формулацијата на фармацевтски препарати кои имаат мала растворливост за да се подобри нивното навлегување во организмот на  пациентот.

Атомска теорија

Оствалд го вовел зборот мол во хемискиот лексикон околу 1900 година. Тој дефинирал еден мол како молекуларна тежина на супстанцата во единици маса/грамови. Концептот е поврзан со  поимот за идеален гас. Иронично, развојот на концептот на мол е директно поврзан со неговата филозофска спротивставеност на атомската теорија, против која тој (заедно со Ернст Мах) беше еден од последните чувари.

Во 1906 година, Оствалд бил избран за член на Меѓународниот комитет за атомски тежини. Како последица на Првата светска војна, ова членство заврши во 1917 година и не беше обновено по војната.

Научни мерења

Како дел од испитувањата на Оствалд во врска со хемиската рамнотежа, хемискиот афинитет и киселинско-базните интеракции, тој препознал дека многу воспоставени аналитички методи ги нарушуваат хемиските системи што се испитуваат. Затоа тој се свртел кон физичките мерења како сурогат методи за да ги разбере овие важни основни феномени. Едно такво физичко мерење е мерењето на вискозноста или отпорноста на протокот на течноста. Оствалд измислил уред за оваа намена кој се состои од два  резервоари за течност  поврзани со капиларна или тенка цевка. Времето што е потребно за течноста да тече низ капиларот од еден резервоар до другиот е показател за вискозноста на течноста. Со помош на референтен раствор, вискозноста на течноста лесно може да се измери. Оствалд обично го користел овој уред за да го проучува однесувањето на растворените материи во водните раствори. Овие уреди станаа познати како Ostwald-ови вискозиметри и се во широка употреба во современото време за цели на истражување и контрола на квалитетот.

Ostwald-овиот  оригинален вискозиметар и современите вискозиметри

Наука за боите

По неговото пензионирање од академијата во 1906 година, Оствалд се заинтересирал за систематизација на боите, што можело да биде корисно и науката и во уметноста. Во периодот од 1916 до 1918 година, тој ги објави „Прајмер на бои“ и „Атлас на бои“. Овие публикации воспоставија односи меѓу различните визуелни бои.Во оваа претстава, секоја боја е мешавина од бела, црна и осум основни бои. На овој начин, постојат три степени на слобода што ја претставуваат секоја боја.

Помеѓу другите негови интереси, Оствалд бил страствен аматерски сликар кој правел свои пигменти. Тој оставил повеќе од 1.000 слики заедно со 3.000 пастели и студии за боја.

„Поезијата, музиката и сликарството ми дадоа освежување и нова храброст, кога исцрпен од научната работа бев обврзан да ги оставам своите алатки на страна“ .

Оствалд сметал дека науката и уметностите имаат заедничка цел,  „справување со бесконечната разновидност на појавите преку формирање на соодветни концепти“...

За оваа цел, науката гради „интелектуални идеи; уметноста конструира визуелни. „

И што мислите сега,дали заслужено ја добил Нобеловата награда?