بناءً على طلبي الملح، تم عرض مختبر كوري عليّ، الذي تم اكتشاف الراديوم فيه قبل وقت قصير. كان الزوجان كوري بعيدين في رحلة. كان المكان عبارة عن مزيج بين إسطبل وقبو بطاطس، ولولا أنني رأيت طاولة العمل مع الأجهزة الكيميائية، لكنت ظننت أنها نكتة عملية.
كان Friedrich Wilhelm Ostwald كيميائياً وفيلسوفاً ألمانياً بلطيقياً. يُعتبر Ostwald من مؤسسي مجال الكيمياء الفيزيائية، إلى جانب Jacobus Henricus van 't Hoff وWalther Nernst وSvante Arrhenius. حصل على جائزة Nobel في الكيمياء عام 1909 لإسهاماته العلمية في مجالات الحفز والتوازن الكيميائي وسرعات التفاعل.
بعد تقاعده عام 1906 من الحياة الأكاديمية، انخرط Ostwald بشكل كبير في الفلسفة والفن والسياسة. قدم إسهامات كبيرة في كل من هذه المجالات. تم وصف Ostwald بأنه عالم موسوعي.
الحياة المبكرة والتعليم
وُلد Ostwald من أصول ألمانية بلطيقية في Riga، لوالده صاحب الحرفة Gottfried Wilhelm Ostwald 1824–1903 ووالدته Elisabeth Leuckel 1824–1903. كان الطفل الأوسط من ثلاثة أطفال، وُلد بعد Eugen 1851–1932 وقبل Gottfried 1855–1918. طوّر Ostwald اهتماماً بالعلوم منذ الطفولة وأجرى تجارب في منزله، خاصة تلك المتعلقة بالألعاب النارية والتصوير الفوتوغرافي.
التحق Ostwald بجامعة Dorpat في Estonia، وهي الآن جامعة Tartu عام 1872. أكمل اختبارات Kandidatenschrift هناك عام 1875. خلال فترة وجوده في Dorpat، تعرّض Ostwald لتأثيرات كبيرة من العلوم الإنسانية والفنون والفلسفة، التي أصبحت محور تركيزه بعد تقاعده عام 1906 من الأوساط الأكاديمية.
المسيرة الأكاديمية
بدأ Ostwald حياته المهنية كباحث مستقل بدون راتب في جامعة Dorpat عام 1875. عمل في مختبر Carl Schmidt، إلى جانب معاصره Johann Lemberg. علّم Lemberg الـ Ostwald الكثير من أساسيات تحليل المركبات غير العضوية وقياسات التوازن وسرعات التفاعل الكيميائي. علّمه Lemberg أيضاً الأساس الكيميائي للعديد من الظواهر الجيولوجية. شكلت هذه الجهود جزءاً من موضوعات جهود البحث اللاحقة لـ Ostwald. بالإضافة إلى عمله في مختبر Carl Schmidt، درس Ostwald أيضاً في معهد الفيزياء بالجامعة مع Arthur von Oettingen.
حوالي عام 1877، ما زال يواصل عمله كباحث بدون راتب في مختبر الكيمياء بجامعة Dorpat، أصبح Ostwald مساعداً مدفوع الراتب في معهد الفيزياء، بعد انتقال مساعد Oettingen إلى Riga. دعم نفسه أيضاً لفترة من الوقت من خلال تدريس الرياضيات والعلوم في مدرسة Dorpat الثانوية.
كان Ostwald مهتماً بعمق بأسئلة الألفة الكيميائية والتفاعلات التي شكلت المركبات الكيميائية. كان هذا هو السؤال النظري المركزي الذي واجهه الكيميائيون في ذلك الوقت. كجزء من عمله المبكر، طوّر Ostwald جدول ألفة ثلاثي الأبعاد أخذ في الاعتبار تأثيرات درجة الحرارة وكذلك ثوابت الألفة للأحماض والقواعد. حقّق Ostwald أيضاً في العمل الجماعي والكهروكيمياء والديناميكا الكيميائية.
أكمل Ostwald درجة الماجستير في جامعة Dorpat عام 1877، مما مكّنه من إلقاء المحاضرات والتقاضي على التدريس. نشر Ostwald أطروحته الدكتوراه في جامعة Dorpat عام 1878، مع Carl Schmidt كمشرف الأطروحة. كانت أطروحته الدكتوراه بعنوان Volumchemische und Optisch-Chemische Studien "دراسات الحجم والبصرية الكيميائية". في عام 1879، أصبح مساعداً مدفوع الراتب لـ Carl Schmidt.
في عام 1881، أصبح Ostwald أستاذ كيمياء في Riga Polytechnicum وهي الآن جامعة Riga Technical University. في عام 1887، انتقل إلى جامعة Leipzig حيث أصبح أستاذ الكيمياء الفيزيائية. ظل Ostwald في هيئة التدريس بجامعة Leipzig حتى تقاعده عام 1906. عمل أيضاً كأول "أستاذ تبادل" في جامعة Harvard عام 1904 و 1905.
خلال المسيرة الأكاديمية لـ Ostwald، كان لديه العديد من طلاب البحث الذين أصبحوا علماء متميزين بحد ذاتهم. كان من بينهم Svante Arrhenius وJacobus Henricus van 't Hoff وWalther Nernst الحائزون على جائزة Nobel لاحقاً. شملت الطلاب الآخرين Arthur Noyes وWillis Rodney Whitney وKikunae Ikeda. أصبح جميع هؤلاء الطلاب معروفين بإسهاماتهم في الكيمياء الفيزيائية.
في عام 1901، تقدم Albert Einstein بطلب للحصول على منصب بحثي في مختبر Ostwald. كان هذا قبل أربع سنوات من نشر Einstein حول النسبية الخاصة. رفض Ostwald طلب Einstein، لكن فيما بعد طوّر الاثنان احترام متبادل قوي. لاحقاً، رشح Ostwald Einstein لجائزة Nobel عام 1910 ومرة أخرى عام 1913.
بعد تقاعده عام 1906، أصبح Ostwald نشطاً في الفلسفة والسياسة والعلوم الإنسانية الأخرى.
خلال مسيرته الأكاديمية، نشر Ostwald أكثر من 500 ورقة بحثية أصلية في الأدبيات العلمية وحوالي 45 كتاباً.
الإسهامات العلمية
عملية حمض النيتريك
اخترع Ostwald عملية لتصنيع حمض النيتريك بتكلفة منخفضة من خلال أكسدة الأمونيا. حصل على براءات اختراع لهذه العملية. استخدمت براءة اختراع Ostwald محفزاً ووصفت الشروط التي تكون فيها عائدية حمض النيتريك قريبة من الحد النظري. تم براءة أساسية للعملية أيضاً قبل حوالي 64 سنة من قبل Kuhlmann. لم تصبح عملية Kuhlmann ذات أهمية صناعية، على الأرجح بسبب عدم توفر مصدر رخيص للأمونيا. بعد وقت قصير من اكتشاف Ostwald، أصبحت الأمونيا الرخيصة متاحة نتيجة لاختراع Haber وBosch لعملية تثبيت النيتروجين المكتملة بحلول 1911 أو 1913 لتوليف الأمونيا. أدى الجمع بين هذين الاختراقين إلى إنتاج أكثر اقتصاداً وعلى نطاق أوسع من الأسمدة والمتفجرات، التي كانت ألمانيا تعاني من نقص فيها خلال الحرب العالمية الأولى. يشار إلى العملية غالباً باسم عملية Ostwald. تبقى العملية قيد الاستخدام الواسع في الأوقات المعاصرة لتصنيع حمض النيتريك.
قانون تخفيف Ostwald
أجرى Ostwald أيضاً بحثاً كبيراً حول نظرية التخفيف مما أدى إلى تصوره لقانون التخفيف الذي يشار إليه أحياناً باسم "قانون تخفيف Ostwald". تؤكد هذه النظرية أن سلوك الإلكتروليت الضعيف يتبع مبادئ العمل الجماعي، كونها منفصلة بشكل واسع عند التخفيف اللانهائي. يمكن ملاحظة هذه الخاصية للإلكتروليتات الضعيفة بشكل تجريبي، مثل من خلال التحديدات الكهروكيميائية.
الحفز
من خلال بحثه حول معدلات وسرعات التفاعل الكيميائي ودراساته للأحماض والقواعد، اكتشف Ostwald أن تركيز الحمض أو تركيز القاعدة في محلول لبعض المواد الكيميائية المتفاعلة يمكن أن يكون له تأثير قوي على معدل العمليات الكيميائية. أدرك أن هذا مظهر من مظاهر مفهوم الحفز الكيميائي الذي صاغه Berzelius أولاً. صاغ Ostwald الفكرة بأن محفزاً هو مادة تسرع معدل التفاعل الكيميائي دون أن تكون جزءاً من المتفاعلات أو المنتجات. كانت تطورات Ostwald في فهم الحفز الكيميائي قابلة للتطبيق على نطاق واسع في العمليات البيولوجية مثل الحفز الإنزيمي وكذلك في العديد من العمليات الصناعية. يُستخدم محفز في عملية حمض النيتريك التي اخترعها Ostwald.
البلورة
درس Ostwald سلوك البلورة للمواد الصلبة، خاصة تلك المواد الصلبة القادرة على البلورة في أشكال مختلفة، في الظاهرة المعروفة باسم تعدد الأشكال. اكتشف أن المواد الصلبة لا تبلور بالضرورة في شكلها الأكثر استقراراً ديناميكياً حرارياً، بل تتبلور أحياناً بشكل تفضيلي في أشكال أخرى تعتمد على معدلات البلورة النسبية لكل شكل متعدد. اكتشف Ostwald أن المعدلات النسبية كانت تعتمد على التوتر السطحي بين البلورة الصلبة والشكل السائل. تُظهر العديد من المواد الشائعة هذا النوع من السلوك، بما في ذلك المعادن والعديد من المركبات العضوية. بات هذا الاكتشاف معروفاً باسم قاعدة Ostwald.
أدرك Ostwald أن الحلول الصلبة أو السائلة يمكن أن تستمر في التطور بمرور الوقت. بينما قد تتبلور شكل متعدد غير مفضل ديناميكياً حرارياً أولاً، يمكن لأشكال أكثر استقراراً ديناميكياً حرارياً أن تستمر في التطور مع تقدم السن للحل. غالباً ما يؤدي هذا إلى تكوين بلورات كبيرة، حيث أنها أكثر استقراراً ديناميكياً حرارياً من أعداد كبيرة من البلورات الصغيرة. بات هذا الظاهرة معروفة باسم Ostwald Ripening ويُلاحظ في العديد من الحالات. مثال يومي هو القوام المحبب الذي تطوره الآيس كريم مع تقدم السن. على مقياس جيولوجي، تُظهر العديد من المعادن Ostwald Ripening حيث تتطور أشكال البلورات الخاصة بها مع تقدم السن للمعدن.
فيما يتعلق بالذوبان والبلورة، كان اكتشاف Ostwald أن ذوبان الصلب يعتمد على حجم البلورة. عندما تكون البلورات صغيرة، عادة أقل من ميكرون، يزيد الذوبان للمادة الصلبة في مرحلة الحل. قام Ostwald بتحديد هذا التأثير رياضياً في علاقة أصبحت معروفة باسم معادلة Ostwald-Freundlich. نشر Ostwald اكتشافه لأول مرة عام 1900، وتم تحسين معادلته الرياضية من قبل الكيميائي الألماني Herbert Freundlich عام 1909. تنطبق هذه العلاقة الرياضية أيضاً على الضغط الجزئي للمادة في النظام. تأخذ معادلة Ostwald-Freundlich في الاعتبار التوتر السطحي للجسيم في النظام، بالإضافة إلى الانحناء ودرجة الحرارة. يتم استخدام اعتماد الحجم على الذوبان أحياناً في صياغة الأدوية التي لها ذوبان منخفض بحيث يتم تحسين امتصاصها من قبل المريض. يكون لاعتماد الحجم دور أيضاً في Ostwald Ripening.
بالتعاون مع الكيميائي الألماني Raphael E. Liesegang، اعترف Ostwald بأن المواد يمكن أن تتبلور بطريقة دورية حيث يتبع سلوك البلورة نمطاً مكانياً أو زمنياً. في ظروف معينة، فإن نتيجة سلوك البلورة الدوري هذا يسهل ملاحظتها بصرياً، على سبيل المثال، في تكوينات جيولوجية مختلفة. كان Liesegang قد حقق سابقاً في هذه الظاهرة في تجارب معملية محددة، حيث أظهر نتائجه لـ Ostwald. ثم طوّر Ostwald نموذجاً رياضياً للظاهرة خدم لتفسير الملاحظات وأدرك مدى انتشار سلوك البلورة الدوري. بات هذه الملاحظات معروفة باسم حلقات Liesegang.
النظرية الذرية
أدخل Ostwald كلمة مول في قاموس الكيمياء حوالي عام 1900. عرّف أحد المولات على أنه الوزن الجزيئي لمادة بوحدات الكتلة بالجرام. كان المفهوم مرتبطاً بالغاز المثالي، وفقاً لـ Ostwald. بشكل ساخر، كان تطوير Ostwald لمفهوم المول مرتبطاً مباشرة بمعارضته الفلسفية للنظرية الذرية، التي كان هو بجانب Ernst Mach من آخر المعاندين لها. شرح في محادثة مع Arnold Sommerfeld أنه اقتنع بتجارب Jean Perrin حول الحركة البراونية.
في عام 1906 تم انتخاب Ostwald عضواً في اللجنة الدولية لأوزان ذرية. نتيجة الحرب العالمية الأولى، انتهت عضويته عام 1917 ولم تستأنف بعد الحرب. انتهى تقرير اللجنة السنوي لعام 1917 بملاحظة غير معتادة: "بسبب الحرب الأوروبية، واجهت اللجنة صعوبات كثيرة في طريق المراسلات. لم يتم سماع أي خبر من العضو الألماني، الأستاذ Ostwald، فيما يتعلق بهذا التقرير. من الممكن أن تكون الرقابة على الرسائل، سواء في ألمانيا أو أثناء النقل، قد أدت إلى حدوث خلل".
القياسات العلمية
كجزء من تحقيقات Ostwald في التوازن الكيميائي والألفة الكيميائية وتفاعلات الحمض-القاعدة، أدرك أن العديد من الطرق التحليلية المعتمدة تزعج الأنظمة الكيميائية قيد التحقيق. لذلك اتجه إلى القياسات الفيزيائية كطرق بديلة لفهم هذه الظواهر الأساسية المهم
