Гилберт Ньютон Льюис

Детство и учёба

В первые годы жизни родители Льюиса занимались его домашним обучением, он научился читать уже в три года. В девять лет мальчик пошёл в школу в Линькольне, штат Небраска, в четырнадцать лет поступил в университет штата Небраска, через три года перевёлся в Гарвардский университет, который закончил в 1896, получив степень бакалавра. Далее он писал диссертацию под руководством Теодора Ричардса, которую и защитил в 1899. В это время (1898) он опубликовал свою первую научную статью, посвящённую термохимическим и электрохимическим свойствам амальгам. В 1890 начал преподавать в Гарвардском университете, затем стажировался в Европе у Вильгельма Оствальда и Вальтера Нернста (этот факт биографии не является полностью достоверным, в некоторых подробных биографиях Льюиса о его стажировке в Европе нет упоминания).

Дальнейшая карьера

В 1904 Льюис покинул Гарвардский университет (по некоторым данным, вследствие конфликта с Т. У. Ричардсом по поводу механизма образования химической связи и электронного строения молекул) и в течение года был руководителем Палаты мер и весов в Маниле, Филиппины. В следующем году он устроился преподавателем в Массачусетский технологический институт (MIT), где влился в коллектив талантливых физикохимиков под руководством А. А. Нойса, который, как и прежний научный руководитель Льюиса, Ричардс, получил учёную степень в Лейпциге, под руководством В. Оствальда. Здесь, в течение семи лет Льюис очень интенсивно работал, определяя стандартные электродные потенциалы.

В 1907 Льюис становится доцентом, в 1908 — адъюнкт-профессором, в 1911 — профессором. В 1908 он публикует несколько статей по теории относительности, в которых он другим способом, отличным от способа Альберта Эйнштейна, выводит взаимосвязь массы и энергии. В 1912 он переезжает в Беркли, получив должность руководителя химического факультета и декана в Калифорнийском университете (на этой должности он и оставался до конца своей жизни).

В 1918 США вступили в Первую мировую войну. Льюис служил во Франции руководителем подразделения химической защиты, был награждён американской медалью за отличную службу и французским орденом Почётного легиона.

23 марта 1946 он умер в своей лаборатории от сердечного приступа.

Научные достижения

Научные достижения Льюиса очень велики, его называют одним из самых выдающихся американских физхимиков (и химиков), он интересовался очень широким спектром научных проблем.

В 1916 Льюис высказал идею, что ковалентная химическая связь образуется за счёт обобществления пары электронов, то есть электронная плотность распределяется между двумя атомами, в противовес принятой тогда теории, что один из связанных атомов несёт положительный, другой отрицательный заряды. Эта теория сейчас называется электронной теорией химической связи. Впоследствии эта идея Льюиса была развита нобелевским лауреатом Ирвингом Ленгмюром и послужила отправной точкой для исследований Лайнуса Полинга. Льюис сформулировал идею, что завершённый внешний электронный слой содержит восемь электронов (хотя никогда не использовал собственно термина «октет»), а также предложил обозначать электроны точками у символа элемента. Его книга «Валентность и структура атомов и молекул» (1923) стала классической.

В 1919, изучая магнитные свойства растворов кислорода в жидком азоте, он впервые обнаружил молекулы четырёхатомного кислорода O4.

В 1923 он сформулировал одну из основных современных теорий кислот и оснований — электронную (её второе название — теория Льюиса). Согласно ей, кислота — вещество, принимающее электронные пары, то есть акцептор электронных пар, а основание — вещество, отдающее электронные пары, то есть донор электронных пар (в химии такие соединения получили названия соответственно кислот и оснований Льюиса).

В 1926 Льюис предложил термин фотон для обозначения мельчайшей единицы излучения.

В 1933 он выделил в чистом виде тяжёлую воду (оксид дейтерия) (совместно с Г. К. Юри, (Harold C. Urey), своим учеником, который ранее, в 1932 обнаружил предсказанные ранее Льюисом отдельные молекулы тяжёловодородной воды в природной воде). Он провёл большое количество исследований тяжёлой воды, дейтрона (ядро атома дейтерия, аналог протона), а также изотопов лития и исследований в нейтронной физике. Льюис совместно с Э. Лоуренсом работал над созданием циклотрона и был одним из первых учёных, проводивших эксперименты по столкновению элементарных частиц.

Льюис разработал методы расчёта свободных энергий химических реакций (энергии Гиббса), за время работы в MIT он определил огромное количество термодинамических параметров, не только энергии Гиббса, но и электродных потенциалов, проводимости и других, составив таблицы их значений, которые используются до сих пор.

Льюис предложил новую формулировку третьего начала термодинамики, что дало возможность точно определить абсолютную энтропию.

В последние годы жизни он интересовался фотохимией, в частности, установил, что люминесценция органических молекул включает возбуждённое триплетное состояние (состояние, в котором электроны, вместо того, чтобы существовать парами с противоположным спинами, существуют в возбуждённом состоянии с ориентированном в одном направлении вектором спина). Он также измерил магнитные свойства триплетного состояния.

Научная школа, созданная Льюисом

За то время, когда Люис был руководителем химического факультета в Беркли, он превратил этот факультет в один из лучших химических факультетов в стране. Он создал настоящую научную школу, среди его учеников двести восемьдесят девять докторов наук и двадцать лауреатов Нобелевской премии.

Научные награды и знаки признания

В 1913 Льюис стал членом Национальной академии наук в Вашингтоне (однако в 1934 прекратил членство в этой организации из-за несогласия с внутренней политикой этой организации). В 1930 был награждён медалью Общества искусств и наук как «выдающийся американский химик». С 1942 почётный член Академии наук СССР. Более тридцати раз номинировался на Нобелевскую премию.

Личная жизнь

В 1912 женился на Мэри Шелдон, дочери гарвардского профессора. Этот брак принёс ему двоих сыновей (оба они продолжили дело отца, став профессорами-химиками) и дочь.

Библиография

• Г. Н. Льюис, М. Рендал Химическая термодинамика. Учебное пособие для университетов. Л., Химтеорет, 1936;
• G. N. Lewis, M. Randall. Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances. McGraw-Hill: New York, 1923
• Анатомия науки, М. — Л., 1929; Химическая термодинамика, Л., 1936 (совместно с Г. М. Рэндаллом).