Уильям Джиок

Биография

Американский химик Уильям Фрэнсис Джиок родился в г. Ниагара-Фоле, штат Онтарио, Канада, и был старшим из трех сыновей Изабеллы Джейн Джиок (в девичестве Дункан) и Уильяма Текумсе Шермана Джиока, имевших гражданство США. До 1908 г. семья жила в Мичигане, но после смерти отца Д. они вернулись в Канаду. По окончании Ниагара-Фолсского академического института Д. в течение двух лет работал в лаборатории компании «Хукер электрокемикал» в Ниагара-Фоле. Решив стать инженером-химиком, он поступил в Калифорнийский университет в Беркли, а в 1920 г., с отличием сдав экзамены, получил степень бакалавра по химии.

Оставленный на работе в Беркли, Д. продолжил фундаментальные исследования под руководством выдающихся химиков Г.Н. Льюиса и Г.Е. Гибсона. За диссертацию, посвященную исследованиям свойств материалов при сверхнизких температурах, Д. в 1922 г. была присуждена докторская степень по химии и физике. Сраз

у же после этого он становится преподавателем химического факультета в Беркли, где и оставался на протяжении всей своей научной карьеры, став в 1927 г. ассистент-профессором, в 1930 г. – адъюнкт-профессором, в 1934 г. – полным (действительным) профессором и в 1962 г. – почетным профессором.

Интер

есы Д. концентрировались на свойствах и поведении материи при сверхнизких температурах, на тех областях науки, которые затрагивали принципы термодинамики. Термодинамика рассматривает свойства систем в равновесных условиях и превращение тепла в механическую, химическую и электрическую энергию. Этот р

аздел физики был развит в XIX в. в процессе конструирования эффективных машин, в которых горячие газы использовались для совершения полезной работы.

Первое начало термодинамики, т.е. закон сохранения энергии, гласит, что энергия может переходить из одной формы в другую, но не может ни появляться,

ни исчезать. Второе начало термодинамики предсказывает, будет ли спонтанно протекать химическая реакция или какой-либо физический процесс. Математическое выражение второго начала (закона) использует концепцию энтропии, которая количественно характеризует меру неупорядоченности системы. Природные пр

оцессы постоянно стремятся к необратимому состоянию с более высокой энтропией или к более высокой степени неупорядоченности. Третье начало термодинамики, сформулированное Вальтером Нернстом, гласит, что энтропия чистого кристаллического химического элемента равна нулю при температуре абсолютного нул

я (обозначается как 0°К). В этих условиях молекулы вещества организованы определенным образом, и поэтому природные явления обычно не поддаются наблюдению.

В первом десятилетии XX в. температура около 1°К была достигнута в лабораторных условиях. Метод, предложенный датским физиком Хейке Камерлинг-

Оннесом, основывался на испарении жидкого гелия при низкой температуре в вакууме. В 1924 г. Д. предложил метод, который позволил получать даже более низкие температуры и который основывался на феномене, известном как адиабатическое размагничивание.

Адиабатическая система – это система, которая не

получает теплоты извне и не отдает ее. Парамагнитные вещества, такие, как ионы редкоземельных и переходных металлов, содержат магнитные диполи благодаря спину неспаренных электронов. Д. объяснял это так: «Их нормальное состояние – это состояние неупорядоченности, которое соответствует какой-то вели

чине энтропии. Когда накладывается достаточно мощное магнитное поле, магнитики выстраиваются в линию и энтропия понижается». А так как любой процесс, сопровождающийся изменением энтропии, может быть использован для получения тепла или холода, то это привело Д. к мысли, что адиабатическое размагничив

ание может дать возможность создать метод получения более низких температур, чем методы с использованием жидкого гелия.

В течение восьми лет Д. и его сотрудники в Беркли конструировали оборудование, необходимое для адиабатического размагничивания. В 1933 г., используя сульфат гадолиния, Д. и его

коллега Дункан Макдугол достигли температуры, равной 0, 25°К. Для измерения температуры ниже 1°К Д. изобрел термометр, основанный на измерении электрического сопротивления аморфного углерода. Этот метод магнитного охлаждения предоставил дополнительные доказательства правильности третьего начала терм

одинамики и имел самое различное промышленное применение, включая улучшение качества каучуков, бензина и стекла.

Д. сравнил значения энтропии, полученные методом адиабатического размагничивания, со спектроскопическими данными. Вместе со студентом Герриком Джонстоном он в Беркли спектроскопически

идентифицировал два ранее неизвестных изотопа кислорода-17 и -18. Ядра большинства атомов кислорода содержат 8 протонов и 8 нейтронов. Эти же изотопы кислорода содержали один или два дополнительных нейтрона, присутствие которых привело к незначительным, но важным изменениям их физических свойств. До

открытия Д. кислород-16 использовался химиками как стандарт для определения атомных весов. Открытие изотопов кислорода привело к изменению шкалы атомных весов. Вернер Гейзенберг предсказал, что молекулы водорода могут существовать в двух различных формах в зависимости от относительной ориентации мо

лекулярных ядер. Экспериментальные наблюдения Д. подтвердили это теоретическое предположение.

В течение второй мировой войны Д. принимал участие в военных научных программах. Он сконструировал электромагниты с мощным полем и передвижные блоки для производства жидкого кислорода.

В 1949 г. Д. бы

л награжден Нобелевской премией по химии «за вклад в химическую термодинамику, особенно в ту ее область, которая изучает поведение веществ при экстремально низких температурах». По мнению члена Шведской королевской академии наук Арне Тиселиуса, который вручал награду, «достижения Д. в области химиче

ской термодинамики и особенно его работа по поведению материи при низких температурах... является одним из наиболее важных вкладов в современную физическую химию».

После получения Нобелевской премии Д. продолжал оставаться активным исследователем в Калифорнийском университете в области низких тем

ператур и лишь за год до смерти прекратил научную деятельность.

В 1932 г. Д. женился на Мюриэль Фрэнсис Эшли, физике по специальности, проводившей ботанические исследования. Супруги имели двух сыновей. По мнению коллег, Д. был настоящей «ломовой лошадью» и мало стремился вырваться из лаборатории

и классной комнаты. «Я один из тех счастливых людей, которые находят удовольствие в своей работе», – сказал он однажды. Д. умер 29 марта 1982 г. в г. Окленде (штат Калифорния).

Кроме Нобелевской премии, Д. был награжден медалью Чарлза Фредерика Чендлера Колумбийского университета (1936), медалью

Крессона Франклиновского института (1937) и медалями Уилларда Гиббса (1951) и Джилберта Ньютона Льюиса (1956) Американского химического общества. Он являлся членом американской Национальной академии наук, Американского философского общества, Американского химического общества, Американского физическ