내 급한 요청으로 얼마 전 라듐이 발견된 Curie 실험실을 보게 되었습니다. Curie 부부는 여행을 떠나 있었습니다. 그곳은 마굿간과 감자 저장고가 섞인 것 같았고, 화학 장비가 있는 작업대를 보지 못했다면 농담이라고 생각했을 것입니다.
Friedrich Wilhelm Ostwald는 발트계 독일 화학자이자 철학자였습니다. Ostwald는 Jacobus Henricus van 't Hoff, Walther Nernst, Svante Arrhenius와 함께 물리화학 분야의 창설자 중 한 명으로 인정받고 있습니다. 그는 촉매, 화학 평형 및 반응 속도 분야에 대한 과학적 기여로 1909년 노벨 화학상을 수상했습니다.
1906년 학계에서 은퇴한 후 Ostwald는 철학, 예술 및 정치에 깊이 관여하게 되었습니다. 그는 이러한 각 분야에 상당한 기여를 했습니다. Ostwald는 박학다식한 사람으로 묘사되어 왔습니다.
초기 생활 및 교육
Ostwald는 Riga에서 인종적으로 발트계 독일인으로 태어났으며, 그의 아버지는 목공장주 Gottfried Wilhelm Ostwald(1824–1903)이고 어머니는 Elisabeth Leuckel(1824–1903)입니다. 그는 Eugen(1851–1932) 이후에 태어났고 Gottfried(1855–1918) 이전에 태어난 셋째 자녀의 중간 자녀였습니다. Ostwald는 어린 시절부터 과학에 관심을 가지고 있었으며 특히 불꽃 놀이 및 사진과 관련된 실험을 집에서 수행했습니다.
Ostwald는 1872년 에스토니아의 Dorpat 대학교(현재의 Tartu 대학교)에 입학했습니다. 그는 1875년에 Dorpat에서 Kandidatenschrift 시험을 완료했습니다. Dorpat에 있는 동안 Ostwald는 인문학, 예술 및 철학에 상당한 노출을 받았으며, 이는 1906년 학계에서 은퇴한 후 그의 노력의 초점이 되었습니다.
학문적 경력
Ostwald는 1875년 Dorpat 대학교의 독립적이고 무보수 연구원으로 경력을 시작했습니다. 그는 Carl Schmidt의 실험실에서 그의 동시대인 Johann Lemberg와 함께 일했습니다. Lemberg는 Ostwald에게 무기 화합물 분석의 기초 및 평형 측정과 화학 반응 속도에 대해 많은 것을 가르쳤습니다. Lemberg는 또한 많은 지질 현상의 화학적 기초를 Ostwald에게 가르쳤습니다. 이러한 노력은 Ostwald의 나중의 연구 노력의 주제들의 일부를 형성했습니다. Carl Schmidt의 실험실에서의 작업 외에도 Ostwald는 Arthur von Oettingen과 함께 대학의 물리 연구소에서도 공부했습니다.
1877년경, Dorpat 대학교 화학 실험실에서 무보수 연구원으로 계속 일하던 중 Ostwald는 Oettingen의 보조원이 Riga로 옮겨간 후 물리 연구소의 유급 보조원이 되었습니다. 또한 그는 Dorpat 고등학교에서 수학과 과학을 가르쳐 자신을 부양하기도 했습니다.
Ostwald는 화학 친화력과 화학 화합물을 형성하는 반응에 대한 질문에 깊은 관심을 가지고 있었습니다. 이것이 당시 화학자들이 직면한 중심적인 이론적 질문이었습니다. 초기 작업의 일부로 Ostwald는 온도의 영향뿐만 아니라 산과 염기의 친화력 상수를 고려한 3차원 친화력 표를 개발했습니다. Ostwald는 또한 질량 작용, 전기화학 및 화학 동역학을 조사했습니다.
Ostwald는 1877년 Dorpat 대학교에서 석사 학위를 취득했으며, 이를 통해 강의를 할 수 있고 교육에 대한 비용을 청구할 수 있게 되었습니다. Ostwald는 1878년 Dorpat 대학교에서 박사 학위 논문을 출판했으며, Carl Schmidt가 그의 논문 지도교수였습니다. 그의 박사 학위 논문의 제목은 Volumchemische und Optisch-Chemische Studien "부피측정학적 및 광학-화학적 연구"였습니다. 1879년에 그는 Carl Schmidt의 유급 보조원이 되었습니다.
1881년 Ostwald는 Riga Polytechnicum(현재의 Riga Technical University)의 화학 교수가 되었습니다. 1887년 그는 Leipzig 대학교로 옮겨 물리화학 교수가 되었습니다. Ostwald는 1906년 은퇴할 때까지 Leipzig 대학교의 교수로 남았습니다. 또한 1904년과 1905년에 Harvard 대학교의 첫 번째 "교환 교수"로도 역할했습니다.
Ostwald의 학문적 경력 동안 그는 자신의 분야에서 성공한 많은 연구 학생을 가지고 있었습니다. 여기에는 미래의 노벨상 수상자인 Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van 't Hoff, Walther Nernst이 포함되었습니다. 다른 학생들로는 Arthur Noyes, Willis Rodney Whitney, Kikunae Ikeda가 있었습니다. 이 모든 학생들은 물리화학에 대한 기여로 유명해졌습니다.
1901년 Albert Einstein은 Ostwald의 실험실에서 연구원 자리에 지원했습니다. 이는 Einstein의 특수 상대성 이론 발표 4년 전이었습니다. Ostwald는 Einstein의 지원을 거절했지만, 나중에 둘은 강한 상호 존경을 발전시켰습니다. 그 후 Ostwald는 1910년과 1913년에 Einstein을 노벨상 후보로 지명했습니다.
1906년 은퇴 후 Ostwald는 철학, 정치 및 기타 인문학에 활발히 참여하게 되었습니다.
그의 학문적 경력 과정에서 Ostwald는 과학 문헌에 500개 이상의 원본 연구 논문과 약 45권의 책을 출판했습니다.
과학적 기여
질산 제조 공정
Ostwald는 암모니아의 산화를 통해 질산을 저렴하게 제조하는 공정을 발명했습니다. 그는 이 공정에 대한 특허를 받았습니다. Ostwald의 특허는 촉매를 사용했으며 질산의 수율이 이론적 극한에 가까운 조건을 설명했습니다. 기본 공정의 일부 측면도 64년 전에 Kuhlmann에 의해 특허를 받았습니다. Kuhlmann의 공정은 산업적으로 중요하지 않게 되었는데, 이는 저렴한 암모니아 공급원의 부족 때문일 가능성이 높습니다. Ostwald의 발견 직후 1911년 또는 1913년까지 완료된 Haber와 Bosch의 질소 고정 공정 발명으로 저렴한 암모니아를 사용할 수 있게 되었습니다. 이 두 획기적인 발견의 조합은 곧 비료와 폭발물의 더욱 경제적이고 대규모 생산으로 이어졌으며, 제1차 세계대전 중 독일은 이들이 부족했습니다. 이 공정은 종종 Ostwald 공정이라고 불립니다. 이 공정은 오늘날 질산 제조에 널리 사용되고 있습니다.
Ostwald의 희석 법칙
Ostwald는 또한 희석 이론에 대한 상당한 연구를 수행하여 희석 법칙을 개념화했으며, 때때로 "Ostwald의 희석 법칙"이라고 불립니다. 이 이론은 약한 전해질의 거동이 질량 작용의 원칙을 따르며 무한 희석에서 광범위하게 해리된다고 말합니다. 약한 전해질의 이러한 특성은 전기화학 결정과 같이 실험적으로 관찰할 수 있습니다.
촉매
화학 반응 속도에 대한 연구와 산과 염기에 대한 연구를 통해 Ostwald는 특정 화학 반응물의 용액에서 산의 농도 또는 염기의 농도가 화학 공정의 속도에 강한 영향을 미칠 수 있음을 발견했습니다. 그는 이것이 Berzelius에 의해 처음 제시된 화학 촉매의 개념의 현현임을 깨달았습니다. Ostwald는 촉매가 반응물이나 생성물의 일부가 되지 않으면서 화학 반응의 속도를 가속하는 물질이라는 생각을 명확히 했습니다. Ostwald의 화학 촉매 이해의 진전은 효소 촉매와 같은 생물학적 공정과 많은 산업 공정에 광범위하게 적용 가능했습니다. 촉매는 Ostwald가 발명한 질산 공정에 사용됩니다.
결정화
Ostwald는 다형성으로 알려진 현상에서 특히 다양한 형태로 결정화할 수 있는 고체의 결정화 거동을 연구했습니다. 그는 고체가 반드시 가장 열역학적으로 안정한 형태로 결정화되는 것은 아니며, 각 다형체 형태의 상대적 결정화 속도에 따라 다른 형태로 선호적으로 결정화될 수 있음을 발견했습니다. Ostwald는 상대적 속도가 고체 다형체와 액체 형태 사이의 표면 장력에 의존함을 발견했습니다. 광물과 다양한 유기 화합물을 포함한 많은 일반적인 재료가 이러한 유형의 거동을 보입니다. 이 발견은 Ostwald의 법칙으로 알려지게 되었습니다.
Ostwald는 고체 또는 액체 용액이 시간에 따라 계속 진화할 수 있음을 깨달았습니다. 열역학적으로 선호되지 않는 다형체가 먼저 결정화될 수 있지만, 더 열역학적으로 안정한 형태는 용액이 나이 들면서 계속 발전할 수 있습니다. 종종 이는 열역학적으로 안정하기 때문에 많은 수의 작은 결정보다 더 큰 결정이 형성되는 결과를 초래합니다. 이 현상은 Ostwald Ripening으로 알려지게 되었으며 많은 상황에서 관찰됩니다. 일상적인 예는 아이스크림이 나이가 들면서 얻게 되는 모래 같은 질감입니다. 지질학적 시간 규모에서 많은 광물은 광물이 나이 들면서 결정 형태가 진화하면서 Ostwald Ripening을 나타냅니다.
용해도 및 결정화와 관련하여 Ostwald는 고체의 용해가 결정의 크기에 달려 있다는 것을 발견했습니다. 결정이 작을 때, 보통 1마이크론 미만이면 용액 상에서 고체의 용해도가 증가합니다. Ostwald는 이 효과를 수학적으로 정량화했으며, 이는 Ostwald-Freundlich 방정식으로 알려진 관계식이 되었습니다. Ostwald는 1900년에 처음 자신의 발견을 발표했으며, 그의 수학적 방정식은 1909년 독일 화학자 Herbert Freundlich에 의해 개선되었습니다. 이 수학적 관계식은 시스템의 물질의 부분 압력에도 적용됩니다. Ostwald-Freundlich 방정식은 곡률과 온도 외에도 시스템의 입자의 표면 장력을 고려합니다. 용해도의 크기 의존성은 때때로 환자의 흡수를 향상시키기 위해 용해도가 낮은 약제 제형에 사용됩니다. 크기 의존성은 또한 Ostwald Ripening에 역할을 합니다.
독일 화학자 Raphael E. Liesegang과 협력하여 Ostwald는 물질이 결정화 거동이 공간적 또는 시간적 패턴을 따르는 주기적인 방식으로 결정화될 수 있음을 인식했습니다. 특정 상황에서 이 주기적 결정화 거동의 결과는 시각적으로 쉽게 관찰될 수 있습니다. 예를 들어 다양한 지질 구조에서입니다. Liesegang은 이전에 특정 실험실 실험에서 이 현상을 조사했으며 그 결과를 Ostwald에게 보여주었습니다. 그러면 Ostwald는 이 현상에 대한 수학적 모델을 개발하여 관찰을 설명하고 주기적 결정화 거동이 얼마나 널리 퍼져 있는지 깨달았습니다. 이러한 관찰은 Liesegang 고리로 알려지게 되었습니다.
원자 이론
Ostwald는 1900년경 화학의 어휘에 몰(mole)이라는 단어를 도입했습니다. 그는 1몰을 그램의 질량 단위로 물질의 분자량으로 정의했습니다. 이 개념은 Ostwald에 따르면 이상 기체와 연결되었습니다. 아이러니하게도 Ostwald의 몰 개념 개발은 원자 이론에 대한 그의 철학적 반대와 직접 관련이 있었으며, 그는 Ernst Mach과 함께 마지막 저항자 중 한 명이었습니다. 그는 Arnold Sommerfeld와의 대화에서 Jean Perrin의 브라운 운동 실험에 의해 확신했다고 설명했습니다.
1906년 Ostwald는 국제 원자 무게 위원회의 회원으로 선출되었습니다. 제1차 세계대전의 결과로 이 회원 자격은 1917년에 종료되었으며 전쟁 후에 재개되지 않았습니다. 위원회의 1917년 연간 보고서는 이례적인 노트로 끝났습니다: "유럽 전쟁으로 인해 위원회는 서신 방면에서 많은 어려움을 겪었습니다. 독일 회원인 Ostwald 교수로부터 본 보고서와 관련하여 소식을 듣지 못했습니다. 아마도 독일의 검열이나 운송 중의 검열로 인해 서신이 오지 않았을 것 같습니다."
과학 측정
화학 평형, 화학 친화력 및 산-염기 상호 작용에 대한 Ostwald의 조사의 일부로 많은 확립된 분석 방법이 조사 중인 화학 시스템을 방해한다는 것을 인식했습니다. 따라서 그는 이러한 중요한 기본 현상을 이해하기 위한 대체 방법으로 물리 측정으로 눈을 돌렸습니다. 하나의 그러한 물리 측정은 액체의 점도 또는 유동 저항의 측정입니다. Ostwald는 이 목적을 위해 액체의 저장소로 작용하는 구와 저장소 사이의 모세관 또는 얇은 튜브로 구성된 장치를 발명했습니다. 액체가 모세관을 통해 한 저장소에서 다른 저장소로 흐르는 데 걸리는 시간은 액체의 점도를 나타냅니다. 참조 용액을 사용하면 액체의 점도를 정량화할 수 있습니다. Ostwald는 일반적으로 이 장치를 사용하여 물 용액에서의 용질 거동을 연구했습니다. 이러한 장치는 Ostwald 점도계로 알려지게 되었으며 오늘날 연구 및 품질 관리 목적으로 광범위하게 사용됩니다.
Ostwald는 특히 장액을 전달하고 측정하는 데 사용할 수 있는 피펫을 설계했습니다. 이 설계는 나중에 Otto Folin에 의해 개선되었습니다. 이 유형의 피펫은 하단에 구형의 특정 설계 특징이 있습니다. 이
