Benim ısrarlı talebim üzerine radyumun kısa bir süre önce keşfedildiği Curie laboratuvarı bana gösterildi. Curie'ler seyahat halindeydi. Burası bir ahır ile bir patates mahzeni arasında bir şeydi ve eğer kimyasal aparatlarla birlikte çalışma masasını görmemiş olsaydım, bunu pratik bir şaka sanırdım.
Friedrich Wilhelm Ostwald, Baltık Alman kimyager ve filozofuydu. Ostwald, Jacobus Henricus van 't Hoff, Walther Nernst ve Svante Arrhenius ile birlikte fiziksel kimya alanının kurucularından biri olarak kabul edilir. 1909 yılında kataliz, kimyasal denge ve reaksiyon hızları alanlarına yaptığı bilimsel katkılardan dolayı Nobel Kimya Ödülü'nü aldı.
1906 yılında akademik yaşamdan emekli olduktan sonra Ostwald, felsefe, sanat ve politika ile yoğun şekilde ilgilendi. Bu alanların her birinde önemli katkılarda bulundu. Ostwald, çok yönlü bir bilim insanı olarak tanımlanmıştır.
Erken yaşam ve eğitim
Ostwald, Riga'da etnik olarak Baltık Alman soyadından, usta-çöpçü Gottfried Wilhelm Ostwald 1824–1903 ve Elisabeth Leuckel 1824–1903'e doğdu. Eugen 1851–1932 sonrasında ve Gottfried 1855–1918 öncesinde doğan üç çocuktan ortanca çocuktu. Ostwald, çocukluğundan itibaren bilime ilgi gösterdi ve özellikle ateşfişek ve fotoğrafla ilgili evinde deneyler yaptı.
Ostwald, 1872 yılında Dorpat Üniversitesi'ne (şu anda Tartu Üniversitesi), Estonya'ya girdi. 1875 yılında orada Kandidatenschrift sınavlarını tamamladı. Dorpat'taki zamanı boyunca Ostwald, beşeri bilimlere, sanatlara ve felsefesine önemli ölçüde maruz kaldı ve bunlar 1906 yılında akademiden emekli olduktan sonra çabalarının odağı haline geldi.
Akademik kariyer
Ostwald, 1875 yılında Dorpat Üniversitesi'nde bağımsız ve ücretli olmayan bir araştırmacı olarak kariyerine başladı. Carl Schmidt'in laboratuvarında çalıştı ve çağdaşı Johann Lemberg ile birlikte çalışıştı. Lemberg, Ostwald'a inorganik bileşiklerin analizi ve denge ile kimyasal reaksiyon hızlarının ölçülmesinin temellerinin çoğunu öğretti. Lemberg ayrıca Ostwald'a pek çok jeolojik olayın kimyasal temelini öğretti. Bu çabalar, Ostwald'ın daha sonraki araştırma çabalarının konularının bir kısmını oluşturdu. Carl Schmidt'in laboratuvarındaki çalışmalarına ek olarak, Ostwald üniversitenin fizik enstitüsünde Arthur von Oettingen ile de çalıştı.
1877 yılı civarında, Dorpat Üniversitesi'nin Kimya Laboratuvarında ücretli olmayan bir araştırmacı olarak çalışmaya devam ederken, Ostwald, Oettingen'in asistanı Riga'ya taşındıktan sonra Fizik Enstitüsü'nde ücretli bir asistan oldu. Ayrıca bir Dorpat lisesinde matematik ve fen bilgisi öğreterek kendisini destekledi.
Ostwald, kimyasal afinite soruları ve kimyasal bileşikleri oluşturan reaksiyonlar hakkında derinden ilgiliydi. Bu, o zamanlar kimyagerlerin karşı karşıya olduğu merkezi teorik sorundu. Erken çalışmalarının bir parçası olarak, Ostwald, sıcaklığın etkileri kadar asit ve bazların afinite sabitlerini de hesaba katan üç boyutlu bir afinite tablosu geliştirdi. Ostwald ayrıca kitlesel aksiyon, elektrokimya ve kimyasal dinamikleri inceledi.
Ostwald, 1877 yılında Dorpat Üniversitesi'nde Yüksek Lisans derecesini tamamladı ve bu sayede dersler verebilir ve öğretim için ücret alabilir. Ostwald, 1878 yılında Dorpat Üniversitesi'nde doktora tezini yayınladı ve Carl Schmidt tez danışmanıydı. Doktora tezi "Volumchemische und Optisch-Chemische Studien" "Hacim ve Optik-Kimya Çalışmaları" başlığını taşıyordu. 1879 yılında Carl Schmidt'in ücretli asistanı oldu.
1881 yılında Ostwald, Riga Politekhnikumu'nda (şu anda Riga Teknik Üniversitesi) Kimya Profesörü oldu. 1887 yılında Leipzig Üniversitesi'ne taşındı ve Fiziksel Kimya Profesörü oldu. Ostwald, 1906 yılında emekli olana kadar Leipzig Üniversitesi fakültesinde kaldı. Ayrıca 1904 ve 1905 yıllarında Harvard Üniversitesi'nde ilk "değişim profesörü" olarak görev yaptı.
Ostwald'ın akademik kariyeri boyunca, kendi başına başarılı bilim insanları haline gelen birçok araştırma öğrencisi vardı. Bunlara gelecekteki Nobel Ödülü sahipleri Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van 't Hoff ve Walther Nernst dahil. Diğer öğrenciler arasında Arthur Noyes, Willis Rodney Whitney ve Kikunae Ikeda vardı. Tüm bu öğrenciler fiziksel kimyaya katkılarından dolayı dikkat çeken olmuşlardır.
1901 yılında Albert Einstein, Ostwald'ın laboratuvarında bir araştırma pozisyonu için başvuru yaptı. Bu, Einstein'ın özel göreliliğe ilişkin yayınından dört yıl önceydi. Ostwald, Einstein'ın başvurusunu reddetti, ancak daha sonra ikisi güçlü karşılıklı saygı geliştirdi. Daha sonra Ostwald, 1910 yılında ve yine 1913 yılında Einstein'ı Nobel Ödülü için aday gösterdi.
1906 yılında emekli olduktan sonra Ostwald, felsefe, politika ve diğer beşeri bilimler alanında aktif hale geldi.
Akademik kariyeri boyunca, Ostwald bilimsel literatür için 500'den fazla orijinal araştırma makalesi ve yaklaşık 45 kitap yayınladı.
Bilimsel katkılar
Nitrik asit işlemi
Ostwald, amonyağın oksidasyonu yoluyla nitrik asidin ucuz üretimi için bir proses icat etti. Bu proses için patent aldı. Ostwald'ın patenti bir katalizör kullandı ve nitrik asidin veriminin teorik sınıra yakın olduğu koşulları tanımladı. Sürecin temel yönleri, 64 yıl daha önce Kuhlmann tarafından da patentlenmiştir. Kuhlmann'ın süreci, muhtemelen ucuz bir amonyak kaynağının olmaması nedeniyle endüstriyel olarak önemli hale gelmedi. Ostwald'ın bulgusu kısa süre sonra, 1911 veya 1913 yılında Haber ve Bosch'un amonyak sentezi için bir azot sabitleme süreci icat etmesiyle sonuç olarak ücuz amonyak kullanılabilir hale geldi. Bu iki atılımın kombinasyonu, kısa sürede gübreler ve patlamıştırıcıların daha ekonomik ve daha geniş ölçekli üretimi ile sonuçlanmış ve Almanya Birinci Dünya Savaşı sırasında kıtlık yaşamıştı. Süreç genellikle Ostwald Süreci olarak anılır. Süreç, çağdaş dönemde nitrik asidin üretimi için yaygın şekilde kullanılmaya devam etmektedir.
Ostwald'ın seyreltme yasası
Ostwald ayrıca seyreltme teorisi hakkında önemli araştırmalar yaptı ve bu da seyreltme yasasının (bazen "Ostwald'ın Seyreltme Yasası" olarak adlandırılır) kavramsallaştırılmasına yol açtı. Bu teori, zayıf bir elektrolitin davranışının kitle eylem ilkelerine uyduğunu ve sonsuz seyreltmede geniş çapta ayrıştığını belirtir. Zayıf elektrolitlerde bu özellik elektrokimyasal belirlenmeler gibi deneysel olarak gözlemlenebilir.
Kataliz
Kimyasal reaksiyon hızları ve hızları hakkındaki araştırması ve asit ve bazlar hakkındaki çalışmaları sayesinde Ostwald, belirli kimyasal reaktif çözeltisinde asit veya baz konsantrasyonunun kimyasal işlemlerin hızına güçlü bir etkisi olabileceğini buldu. Bunun, ilk olarak Berzelius tarafından açıklanan kimyasal kataliz kavramının bir tezahürü olduğunu fark etti. Ostwald, bir katalizörün, reaktantların ve ürünlerin hiçbirinin parçası olmadan bir kimyasal reaksiyonun hızını hızlandıran bir madde olduğu fikrini açıkça ifade etti. Ostwald'ın kimyasal kataliz hakkındaki anlayışındaki ilerlemeler, enzimatik kataliz gibi biyolojik işlemlerde ve ayrıca pek çok endüstriyel işlemde yaygın olarak uygulanabilir olmuştur. Ostwald'ın icat ettiği nitrik asit işleminde bir katalizör kullanılır.
Kristalleşme
Ostwald, polimorfizm olarak bilinen fenomende katılar, özellikle de farklı biçimlerde kristalleşebilen katıların kristalleşme davranışını inceledi. Katıların mutlaka en termodinamik olarak kararlı biçimde kristalleşmediğini, ancak bazen her polimorfik biçimin kristalleşme hızlarına bağlı olarak diğer biçimlerde tercihli olarak kristalleştiklerini keşfetti. Ostwald, göreceli hızların katı polimorf ile sıvı form arasındaki yüzey gerilimi tarafından bağımlı olduğunu buldu. Mineraller ve çeşitli organik bileşikler de dahil olmak üzere birçok yaygın malzeme bu tür davranış sergiler. Bu bulgu Ostwald'ın kuralı olarak bilinir hale geldi.
Ostwald, katı veya sıvı çözeltilerin zaman içinde gelişmeye devam edebileceğini fark etti. Termodinamik olarak tercih edilmeyen bir polimorf ilk olarak kristalleşebilirken, çözelti yaşlandıkça daha termodinamik olarak kararlı formlar gelişmeye devam edebilir. Çoğunlukla bu, büyük kristallerin oluşturulmasıyla sonuçlanır çünkü bunlar çok sayıda küçük kristalden daha termodinamik olarak kararlıdırlar. Bu fenomen Ostwald Olgunlaşması olarak bilinir hale geldi ve birçok durumda gözlenir. Günlük bir örnek, dondurmanın yaşlanırken geliştirdiği tane dokusudur. Jeolojik bir zaman ölçeğinde, birçok mineral mineralin yaşlandıkça kristal formları evrimleştikçe Ostwald Olgunlaşmasını sergiler.
Çözünürlük ve kristalleşme ile ilgili olarak, Ostwald'ın bulgusu katının çözünmesinin kristal boyutuna bağlı olduğu şeklindeydi. Kristaller küçük olduğunda, tipik olarak bir mikrondan az, katının çözelti fazında çözünürlüğü artar. Ostwald bu etkiyi matematiksel olarak Ostwald-Freundlich denklemi olarak bilinen bir ilişkide niceleştirdi. Ostwald, bulguşunu ilk olarak 1900 yılında yayınladı ve matematiksel denklemi 1909 yılında Alman kimyager Herbert Freundlich tarafından iyileştirildi. Bu matematiksel ilişki sistemde maddenin kısmi basıncına da uygulanır. Ostwald-Freundlich denklemi, kavislik ve sıcaklığa ek olarak sistemdeki parçacığın yüzey gerilimini dikkate alır. Çözünürlüğün boyuta bağımlılığı, bazen düşük çözünürlüğe sahip ilaçların formülasyonunda, hastalarda emilimini artırmak amacıyla kullanılır. Boyutun bağımlılığı ayrıca Ostwald Olgunlaşmasında bir rol oynar.
Alman kimyager Raphael E. Liesegang ile işbirliği yaparak, Ostwald maddeler periyodik şekilde kristalleşebileceğini, kristalleşme davranışının mekansal veya zamansal bir deseni izlediğini fark etti. Belirli koşullarda, bu periyodik kristalleşme davranışının sonucu kolayca görsel olarak gözlemlenebilir, örneğin, çeşitli jeolojik oluşumlarda. Liesegang bu fenomeni daha önce belirli laboratuvar deneylerinde araştırmıştı ve sonuçlarını Ostwald'a göstermiştir. Ostwald daha sonra fenomen için gözlemleri açıklayan matematiksel bir model geliştirdi ve periyodik kristalleşme davranışının ne kadar yaygın olduğunu fark etti. Bu gözlemleri Liesegang halkaları olarak bilinir hale geldi.
Atom teorisi
Ostwald, 1900 civarında mol kelimesini kimya sözlüğüne tanıttı. Bir mol'ü bir maddenin moleküler ağırlığı olarak gram kütle birimlerinde tanımladı. Kavram ideal gaza göre Ostwald'a bağlandı. İronik olarak, Ostwald'ın mol kavramının geliştirilmesi, atom teorisine karşı felsefi muhalefeti ile doğrudan ilişkiliydi ve o, Ernst Mach ile birlikte son direniş gösterenlerden biriydi. Arnold Sommerfeld ile yapılan bir sohbetinde, Jean Perrin'in Brownian Hareketi üzerine yaptığı deneyler onu ikna etmiş olduğunu açıkladı.
1906 yılında Ostwald, Uluslararası Atom Ağırlıkları Komitesi'ne üye seçildi. Birinci Dünya Savaşı'nın bir sonucu olarak, bu üyelik 1917 yılında sona erdi ve savaştan sonra devam etmedi. Komitenin 1917 Yıllık Raporu olağandışı bir not ile sona erdi: "Avrupa savaşı nedeniyle Komite yazışmalar açısından çok zorluk yaşamıştır. Alman üyesi, Profesör Ostwald, bu rapor ile ilgili olarak haber alınamıştır. Muhtemelen mektupların sansürü, Almanya'da ya da transit sırasında, kaybına neden olmuş olabilir".
Bilimsel ölçümler
Ostwald'ın kimyasal dengeler, kimyasal afinite ve asit-baz etkileşimleri hakkındaki araştırmalarının bir parçası olarak, pek çok yerleşik analitik yöntemin araştırılan kimyasal sistemleri bozduğunu fark etti. Bu nedenle bu önemli temel fenomenleri anlamak için fiziksel ölçümlere ikame yöntemler olarak döndü. Böyle bir fiziksel ölçüm, sıvının akışa direnci olan viskozitesinin ölçülmesidir. Ostwald bu amaç için, sıvı için rezervuar görevi gören ve aralarında bir kapiller veya ince tüp bulunan ampülleri içeren bir cihaz icat etti. Sıvının bir rezervuardan diğerine kapiller içinden akması için geçen süre, sıvının viskozitesinin bir göstergesidir. Bir referans çözelti kullanarak, sıvının viskozitesi niceleştirilebilir. Ostwald tipik olarak bu cihazı su çözeltilerinde çözünen maddelerin davranışını incelemek için kullandı. Bu cihazlar Ostwald viskozimetri olarak bilinir hale geldi ve araştırma ve kalite kontrol amaçları için çağdaş dönemde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Ostwald, özellikle seröz sıvıları transfer etmek ve ölçmek için kullanılabilecek bir pipet tasarladı. Bu tasarım daha sonra Otto Folin tarafından iyileştirilmiştir. Bu tür bir pipet, belirli bir tasarım özelliği olarak alt uçta bir ampüle sahiptir. Ostwald-Folin pipeti olarak bilinir hale geldi ve çağdaş dönemde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Renk bilimi
1906 yılında akademiden emekli olduktan sonra Ostwald, hem bilimsel açıdan hem de sanatlar alanında faydalı olabilecek renklerin sistematikleştirilmesi hakkında ilgi gösterdi. Renk Astarı ve ayrıca Renk Atlasını 1916–8 döneminde yayınladı. Bu yayınlar çeşitli görsel renkler arasında ilişkiler kurdu.
