Нобелевская премия по химии
В эфире – последняя, третья передача из цикла, посвящённого Нобелевским премиям 2007-го года в области естественных наук. О работах, удостоенных премий по медицине и по физике, мы подробно рассказали в 2-х предыдущих передачах, сегодня же речь пойдёт об исследованиях, отмеченных премией по химии. Наметившаяся в последние годы тенденция превращения Нобелевской премии по химии в премию по биохимии или даже в своего рода ещё одну премию по медицине в этом году не нашла продолжения. Зато снова получил подтверждение тот факт, что присуждение премий в жёстко разграниченных областях – медицине, физике, химии, – сегодня является анахронизмом. Ведь наиболее интересные и перспективные научно-исследовательские работы уже давно выполняются либо на стыке традиционных дисциплин, либо в нескольких дисциплинах сразу. Так что размывание границ между Нобелевскими премиями по медицине, по физике и по химии вполне закономерно и не должно вызывать удивления. Наглядным примером такого симбиоза двух наук могут служить и исследования, удостоенные в этом году премии по химии: по сути дела, награда присуждена за разработку новых физических методов изучения химических реакций. Лауреатом стал немецкий учёный Герхард Эртль (Gerhard Ertl), по образованию физик.
В институте я изучал физику и диплом защищал по физике. Но физика и химия не так уж далеки друг от друга. Сфера моих интересов – применение методов, принятых в физике, к проблемам химии, то есть физическая химия. Так что я и то, и другое – и физик, и химик.
Итак, в слиянии двух наук ничего удивительного нет. А вот что действительно вызывает удивление, так это то, что премия досталась не двум или трём учёным, как это бывает почти всегда в области естественных наук, а одному. Тем более что и сам профессор Эртль признаёт:
Исследовательская деятельность в современной естественно-научной лаборатории всё больше опирается на коллективную работу. Как правило, одиночка сегодня уже практически не в состоянии охватить мысленным взором все те нюансы и детали, все те сложные процессы и взаимосвязи, без учёта которых невозможно постичь суть тех или иных явлений. В наши дни открытия – плод коллективного труда, и никак иначе.
Поэтому реакция учёного на известие о присуждении ему Нобелевской премии представляется вполне естественной:
Вот уже несколько лет я знал, что считаюсь одним из кандидатов, но я знал также, что и десятки других учёных тоже претендуют на эту высокую награду, кроме того, в химии существует столько различных направлений и разделов, в каждом из которых есть свои корифеи. К тому же накануне премию по физике уже получил немец, и я подумал, что вряд ли Нобелевский комитет даст премию ещё одному немцу. Так что на премию я не рассчитывал, хотя и, скажем так, надеялся. Я сидел в своём кабинете в институте, когда раздался звонок из Стокгольма, и я так растерялся, что поначалу даже не знал, что сказать. Потом спросил, с кем я разделил премию, а когда узнал, что ни с кем, буквально утратил дар речи. Мне сказали, что у меня есть минут 20, чтобы собраться с мыслями, а потом о присуждении премии будет официально объявлено, и тогда журналисты бросятся штурмовать наш институт. Всё так и произошло.
Ещё одна особенность премии нынешнего года по химии состоит в том, что Шведская королевская академия наук присудила её не за какое-то конкретное открытие, как это обычно бывает, а как бы по совокупности за дело всей жизни лауреата:
Мотивировка Академии гласит: за исследования химических процессов на твёрдых поверхностях.
Нобелевская премия стала для Герхарда Эртля венцом его 45-летней научной карьеры, и это, по единодушному мнению его коллег, вполне заслуженно, а значит, закономерно. Он по праву считается одним из основателей нового направления в химической науке – химии поверхностей. Ну а то, что радостное известие из Стокгольма пришлось ещё и на день рождения лауреата – это уже просто удивительное совпадение.
Герхард Эртль родился 10-го октября 1936-го года в Бад-Каннштадте, пригороде Штутгарта. Здесь он закончил гимназию, о которой сегодня вспоминает так:
Я всегда был прилежным учеником, но никогда себя со школой не идентифицировал. Должен честно сказать, порой мне бывало там невероятно скучно. Да и учителя были разные, далеко не все такие уж замечательные. Если же говорить о конкретных предметах, то больше всего я ненавидел физкультуру. И не только в школе. Когда другие ребята отправлялись играть в футбол, я предпочитал остаться дома и почитать книгу.
Тогда же Герхард Эртль впервые проявил интерес к химии и физике:
Химическими опытами я увлёкся в возрасте 13-14-ти лет. Сейчас школьников от компьютера не оторвать, но тогда никаких компьютеров не было. Наборов «Юный химик» тоже не было, реактивы и лабораторная посуда продавались в магазинах хозяйственных товаров. Зато у меня была замечательная книга, в которой подробно описывалась уйма опытов. Мама долго всё это терпела, но потом вонь от этих опытов стала невыносимой, и она сказала, что я должен это прекратить, иначе мне придётся перебраться в комнату брата. Она боялась, что все эти газы ядовиты и однажды утром я просто не проснусь. Я бросил химию и начал собирать радиоприёмники – это было тогда второе широко распространённое увлечение среди подростков. Вот так я и пришёл к физике, а уж потом к химии.
В 1955-м году Эртль поступил учиться на физический факультет Штутгартского университета, который и закончил 6 лет спустя. Впрочем, за это же время он успел побывать ещё и в Сорбонне в Париже и в Мюнхенском университете Людвига-Максимилиана. В 1962-м году Эртль последовал за своим дипломным руководителем Хайнцем Геришером (Heinz Gerischer) в Технический университет Мюнхена, где три года спустя защитил кандидатскую, а ещё через два года – и докторскую диссертации. В 1968-м году Эртль принял приглашение Ганноверского университета возглавить факультет физической и электрохимии. В 1973-м году он вернулся в Мюнхен и несколько лет руководил факультетом физической химии университета Людвига-Максимилиана. Именно на это время приходятся и первые исследования из той обширной серии работ, которые удостоились теперь Нобелевской премии. Профессор Эртль неоднократно выезжал в США, где в 1977-78-м годах преподавал в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, в 1979-м году в Висконсинском университете в Милуоки, в 1981-82-м годах в Калифорнийском университете в Бёркли. В 1986-м году он перебрался в Берлин, где начал преподавать в двух университетах и возглавил отделение физической химии института Фрица Хабера, принадлежащего Обществу Макса Планка. В 2004-м году профессор Эртль вышел на пенсию, но в институте за ним сохранился кабинет, и учёный появляется там практически каждый день хотя бы на несколько часов. Именно там его и застал звонок из Стокгольма.
Надо сказать, что выдающиеся научные достижения Герхарда Эртля и до присуждения Нобелевской премии не оставались без внимания. Он является почётным профессором всех трёх берлинских университетов, членом множества академий наук, включая британскую и американскую, почётным доктором 5-ти университетов, соиздателем девяти ведущих научных журналов, включая «Science». И конечно, учёный удостоен множества премий и наград. Герхард Эртль женат, у него двое детей и четверо внуков, а также две кошки. Что касается хобби, то он любит готовить, но в Берлине у него на это, как правило, нет времени. Другое дело – на отдыхе, говорит жена учёного Барбара Эртль:
У нас есть небольшой загородный домик в Баварии, и когда мы бываем там, то у нас так заведено, что он и продукты сам покупает, и еду сам готовит.
Однако главное увлечение профессора Эртля – разумеется, помимо физики и химии, – увлечение, пронесённое им через всю жизнь, – это музыка:
Что касается музыки, то у меня нет настоящего музыкального образования. Несколько лет я занимался с преподавателем, брал уроки игры на фортепьяно, но потом бросил и остался, в общем-то, самоучкой. У меня не было ни времени, ни возможности уделять музыке столько внимания, сколько необходимо, чтобы стать профессионалом. Тот, кто хочет всерьёз связать свою жизнь с музыкой, должен упражняться, упражняться, по многу часов каждый день, особенно в возрасте между 8-9 и 15 годами. В моём случае это было невозможно, и я это отлично понимал.
Однако музыка осталась моим хобби. Я играл самую разную музыку. Студентом – в основном танцевальную. В то время электроники ещё не было, никаких усилителей, всё исполнялось на акустических инструментах, я играл на рояле, мой брат – на саксофоне и кларнете. У нас была своя капелла, и мы регулярно играли на свадьбах, вечеринках и тому подобных мероприятиях. Мой брат до сих пор выступает: он инженер, на пенсии, живёт в Австрии, и у них там есть свой ансамбль. Я и камерную музыку исполнял, вместе с детьми. А последние несколько лет я помогаю на репетициях одному из берлинских хоров. На концертах певцы выступают в сопровождении оркестра, а на репетициях я аккомпанирую им на рояле.
Профессор Эртль собирался в конце года принять участие и в выступлении хора, но теперь эти планы пришлось пересмотреть:
13-го декабря хор даёт рождественский концерт, исполняет, в частности, фрагмент оратории Генделя «Мессия», и я должен был играть на клавесине. Я очень радовался предстоящему выступлению, много репетировал. Но теперь из этого ничего не выйдет: 10-го декабря в Стокгольме пройдёт вручение премий, и в день концерта я ещё буду в Швеции.
Итак, химия поверхностей. Что это такое? Профессор Эртль говорит:
Обычно я объясняю это людям так: в их автомобиле наверняка имеется катализатор, функция которого состоит в том, чтобы превращать вредные компоненты выхлопных газов в менее вредные. Катализатор абсорбирует на своей поверхности молекулы этих вредных веществ, при этом их свойства изменяются так, что они обретают способность вступать в реакцию с другими молекулами, и в результате образуются менее вредные соединения: окись углерода превращается в двуокись углерода, окислы азота – в азот и воду.
Понятно, что это устройство, расположенное в выхлопной трубе автомобиля и предназначенное для снижения токсичности отработавших газов – всего лишь один из примеров катализа. Современная промышленность просто немыслима без катализаторов: без них очень многие производственные процессы либо потребовали бы значительно более высокого расхода энергии, либо вообще были бы невозможны:
Катализ – это процесс, который вот уже почти сто лет широко используется в промышленном производстве. Однако лишь относительно недавно мы начали в деталях понимать, что же при этом конкретно происходит. Вся проблема в том, что реакции на твёрдой поверхности весьма существенно отличаются от реакций в жидкостях или газах – прежде всего, тем, что протекают не в трёх, а в двух измерениях. Для изучения этих реакций требуются совершенно особые физические методы, позволяющие проследить за перемещением отдельных атомов. Расхожие представления, согласно которым химики только тем и занимаются, что сливают в пробирки и колбы разноцветные жидкости, не имеют ничего общего с химией поверхностей. Здесь используются высокий вакуум, импульсные лазеры и прочие методы современной физики. Но когда я начинал этим заниматься, вся эта область была почти нетронутой целиной.
Разработанные Герхардом Эртлем экспериментальные методы находят сегодня широчайшее применение как в фундаментальных исследованиях, так и в сугубо прикладных промышленных технологиях:
Синтез по методу Хабера-Боша – та реакция, за исследование которой я вроде бы, прежде всего, и получил Нобелевскую премию, – известен вот уже почти сто лет. Это чрезвычайно важная реакция, позволяющая получать аммиак с привлечением азота из воздуха, она лежит в основе производства азотистых удобрений. Без искусственных удобрений вся наша жизнь выглядела бы совсем иначе. Однако долгое время оставалось неясным, что же конкретно в ходе этой реакции происходит.
В наши дни химия поверхностей поистине вездесуща: она играет ключевую роль не только в производстве удобрений и очистке выхлопных газов автомобиля, но и в совершенствовании топливных элементов, и в борьбе с коррозией. Без химии поверхностей немыслимы нефтепереработка, производство полупроводников и лекарств. Даже парниковый эффект и разрушение озонового слоя в стратосфере напрямую связаны с процессами, протекающими на границе твёрдой и газовой фаз, то есть опять же относятся к области химии поверхностей.
Сегодня распорядок дня профессора Эртля существенно отличается от того, что был ему присущ во время активной работы в институте:
Я сейчас в том возрасте, когда принято оглядываться на прожитую жизнь. В своей научной деятельности я достиг наивысшей вершины из всех возможных. Я не вижу перед собой новой цели, которая могла бы меня повести ещё дальше вперёд. Но и это совсем неплохо – просто наслаждаться жизнью, поглядывая с вершины вниз.
Однако это вовсе не значит, что профессор Эртль, почивая на лаврах, выбросил всю свою науку из головы:
Исследователь никогда не перестаёт размышлять над вопросами, которые занимали его мысли на протяжении всей жизни. Сегодня я практически не работаю в лаборатории, но я намерен завершить книгу, которую уже начал писать, по результатам своего лекционного турне по США. В начале следующего года выходит составленный мной справочник по катализу. Я часто выступаю с докладами, езжу на научные конференции и семинары, и я постараюсь и впредь по мере сил сохранить такую активность.