John Charles Polanyi
| John Charles Polanyi | |
|---|---|
 |
|
| Henkilötiedot | |
| Syntynyt | 23. tammikuuta 1929 Berliini,Saksa |
| Kansalaisuus | Kanadalainen |
| Koulutus ja ura | |
| Tutkinnot | Manchesterin yliopisto |
| Instituutti | Toronton yliopisto |
| Tutkimusalue | Fysikaalinen kemia |
| Tunnetut työt | Polanyin sääntö siirtymätilasta |
| Palkinnot |  Nobelin kemianpalkinto(1986) |
John Charles Polanyi, (23. tammikuuta 1929 Berliini) on kanadalainen reaktiodynaamikko, joka syntyperältään on unkarilainen (Polányi János Károly). Hänen päätutkimusalana on ollut alkeisreaktion reaktiodynamiikka ja siirtymätila.[1] Hänet palkittiin Nobelin kemianpalkinnolla vuonna 1986 alkeisreaktioiden dynamiikan tutkimisesta molekyylisuihkumenetelmällä ja emissiospektroskopialla. Vuoden 1986 palkinto oli jaettu Polanyin, Yuan T. Leen ja Dudley Robert Herschbachn kesken.
Akateeminen ura
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Polanyi muutti perheensä kanssa Isoon-Britanniaan Saksasta juuri natsien valtaannousun kynnyksellä. Polanyin isä lähetti poikansa kolmeksi vuodeksi Kanadaan turvaan Saksan Luftwaffen Lontoon pommituksilta ja Kanadassa Polanyi oli oppilaana Toronton yliopiston koulussa. Palattuaan Isoon-Britanniaan Polanyi suoritti koulunkäyntinsä loppuun ja sen jälkeen aloitti opintonsa Manchesterin yliopistossa. Polanyi suoritti maisterin tutkinnon vuonna 1950 ja väitteli tohtoriksi vuonna 1952 Ernest Warhurstin ohjauksessa molekyylien sidosenergioiden mittaamisesta.[a] Polanyi puntaroi tulevaisuuttaan runoilija, mutta hänen isänsä, Michael Polanyi, ollessa yliopiston professorina kemian laitoksella, Polanyi päätyi valitsemaan kemian. Sittemmin Polanyi oli tutkijana vuodet 1952–1954 Kanadan kansallisessa tutkimuslaitoksessa (National Research Council, NRC) ja työskenteli Edgar Steacien kanssa. Polanyin myöhempään tutkimussuuntaukseen vaikutti Steacien tutkimusalana ollut alkeisreaktioiden tutkimus, jossa käytössä oli UV-valo ja fotosensitaatio[b]. Vuodet 1954–1956 Polanyi oli tutkijana Princetonin yliopistossa. Vuonna 1956 Polanyi palasi Toronton yliopistoon, jossa hän oli aluksi luennoitsija ja vuodesta 1957 lähtien apulaisprofessori. Hänet nimitettiin professorin virkaan vuonna 1962. Vuonna 1975 Toronton yliopisto nimitti Polanyin yliopistoprofessoriksi.[c]
Polanyi on National Academy of Sciencesin ja Royal Societyn jäsen. Polanyille myönnettiin kemian Wolfin palkinto vuonna 1982 (yhdessä George Pimentel’n kanssa) ja Faraday-luennoitsija-palkinto (Michael Faradayn mukaan) vuonna 2010. Polanyin arvostuksesta Kanadassa on todettavissa se, että hän on ollut aiheena painetussa postimerkkissä ja hänelle myönnettiin vuonna 1974 Order of Canada -ansio.
Tieteellinen työ
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Polanyin tutkimus NRC:ssä keskittyi pääosaltaan siirtymätilateoriaan. Hän totesi teorian olevan riittämätön arvioimaan siirtymätilassa vallitsevia energioita. Paljolti näistä syistä Polanyi päätyi Gerhard Herzbergin laboratorioon tekemään spektroskoopista tutkimusta, mm. jodimolekyylin virittämisestä rotaatio- ja vibraatioenergioilla. Myöhemmin Princetonin yliopistossa Hugh Taylorin kutsusta hän oli Taylorin tutkimusryhmässä ja vaikuttui -reaktiossa muodostuneesta infrapunasäteilyn havainnoimisesta.[2] Reaktion tuote OH-radikaali oli muodostunut vibraatioenergisesti virittyneenä, joten Polanyi ymmärsi tämän emissiosäteilyn liittyvän energian jakaantumiseen kyseisen reaktion aikana.[3] Palattuaan Toronton yliopistoon Polanyi keskittyi tutkimaan alhaisissa reaktiolämpötiloissa eksotermisen -reaktion vibraatioenergialla (ks. Molekulaarinen jakaumafunktio) virittyneitä HCl-molekyylejä. Tällöin hän (yhdessä Kenneth Cashionin kanssa) havaitsi reaktiosta HCl-molekyylien kemilumenesenssia spektrin infrapuna-alueella (IR). Tutkimalla seikkaperäisesti tuotteiden emissioita, Polanyi pystyi yhdistämään ne reaktiossa tapahtuvaan kemiallisen sidoksen muutokseen. Lisäksi Polanyin havainnollisti reaktion potentiaalienergiapinnan merkitystä muotoutua puoleensa vetäväksi tai hylkiväksi pinnaksi reaktion siirtymätilan kannalta katsoen.[4][5] Polanyin -reaktiota koskeva tutkimus muodostui erityisen mielenkiintoiseksi. Tässä reaktiossa tuote HF ei muodostu elektronisella viritystilalla, vaan 3/4 reaktiossa vapautuneesta energiasta siirtyy vibraatio- ja rotaatiotilojen virittämiseen. Ne vibraatiotiloja vastaavat molekyylin värähtelyt, jotka ovat aktiivisia infrapuna-alueella, voivat luovuttaa ylimääräenergiaansa infrapuna-alueen kemilumenesenssina. Polanyi havaitsi, että kyseisessä reaktiossa tuotteen HF kolmella alimmalla vibraatiotilalla oli käänteismiehitys, ts. energiassa ylemmät vibraatiotilat olivat enemmän miehittyneet kuin Boltzmannin jakaumalaki mahdollistaisi. Tästä ilmiöstä on käytännönsovelletus kemiallisena laserina, joka tuottaa jatkuvaa säteilyä 2,7–2,9 mikrometrin aallonpituudella. Säteilyenergia voi olla megawatteja.[6][7] Reaktiodynamiikan tutkimukseen Polanyi tarvitsi reaktion molekyylien sidoksien muutoksiin laskennallisia menetelmiä kuten Monte Carlo -liikeratalaskenta, jolla voi arvioida lähtöaineina olevien molekyylien suuntautuneisuutta törmäyksessä.[d][8]
![{\displaystyle {\mathrm {H} {}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {OH} {}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8c0bd835a8338ac64476b10276aacb3a6e6ec8da)
![{\displaystyle {\mathrm {H} {}+{}\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {HCl} {}+{}\mathrm {Cl} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1dc8f6a1c85b66b5d40e6480a048d89a39463f50)
![{\displaystyle {\mathrm {F} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {FH} {}+{}\mathrm {H} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/679f8929cc48c4ded1dadebcd7c67ed6a33c424f)
Myöhemmin Polanyi alkoi käyttää tunnelointimikroskooppia kemiallisen dynamiikan tutkimuksessa molekyylikohtaisesti eri metallien pinnolla.[9]
John Polanyi isä, Michael Polanyi (11.3.1891–22.2.1976), oli Kaiser Wilhelm -instituutin kemian professori ja sittemmin Manchesterin yliopiston yhdyskuntatieteen professori. Michael Polanyin pääasialliset tutkimuskohteet olivat kemiallinen kinetiikka, röntgensädediffraktio ja kaasujen adsorptio.
Huomautukset
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- ↑ The Pyrolysis of Organic Iodides. - Ernest Warhurst oli ollut Polanyin isän oppilas.
- ↑ Kemiallisen reaktion alkuunsaattaminen esim. UV-valon säteilyllä siten, että reaktiossa läsnä oleva reagoimaton molekyyli absorboi tätä säteilyä ja siirtää ylimääräenergiansa törmäyksen seurauksena reaktion lähtöainemolekyylille, vrt. lehtivihreä ja fotosynteesi.
- ↑ Yliopistoprofessorina voi olla vain muutama henkilö tiedekunnasta samanaikaisesti, ja se myönnetään vain poikkeuksellisista tieteellisistä ansioista.
- ↑ Monte Carlo-liikeratalaskenta on yksittäisten atomien tai molekyylien liikeratojen ja törmäysten simulointia toistuvasti satunnaistettujen alkuolosuhteiden avulla, jotta voidaan ennustaa reaktion todennäköisin reaktiopolku ja energian jakautuminen tuotteissa.
Viitteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- ↑ Polanyi, John C.: ”Some Concepts in Reaction Dynamics”, Nobel Lectures in Chemistry, 1981–1990, s. 373–425. (kirjan toimittanut Tore Frängsmyr) Singapore: World Scientific Publishing Co., 1992. ISBN 978-9810207885
- ↑ McKinley Jr., J. D.; Garvin, David; Boudart, Michel: Production of Excited Hydroxyl Radicals in the Hydrogen Atom-Ozone Reaction. The Journal of Chemical Physics, huhtikuu 1955, 23. vsk, nro 4, s. 784 - 785. American Institute of Physics. (englanniksi)
- ↑ Polanyi, John C.: An Experimental Determination of the State of Vibrational Excitation in the Reaction . The Journal of Chemical Physics, tammikuu 1958, 29. vsk, nro 1, s. 108 - 113. American Institute of Physics. (englanniksi)
- ↑ Cashion, J. K.; Polanyi, J. C.: Infrared Chemiluminescence. The Journal of Chemical Physics, tammikuu 1958, 29. vsk, nro 2, s. 455 - 456. American Institute of Physics. (englanniksi)
- ↑ Polanyi, J. C.: Energy Distribution Among Reagents and Products of Atomic Reactions. The Journal of Chemical Physics, tammikuu 1959, 31. vsk, nro 5, s. 1338 - 1351. American Institute of Physics. (englanniksi)
- ↑ Polanyi, John C.; Woodall, K. B.: Energy Distribution Among Reaction Products. VI. . The Journal of Chemical Physics, tammikuu 1972, 57. vsk, nro 4, s. 3274 - 3289. American Institute of Physics. (englanniksi)
- ↑ Pacey, P. D.; Polanyi, J. C.: Infrared Chemiluminescence from the Reactions of Fluorine Atoms with and . Applied Optics, tammikuu 1971, 10. vsk, nro 8, s. 1725 - 1731. Optica Publishing Group. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)
- ↑ Kuntz, P. J.; Nemeth, E. M.; Polanyi, J. C.; Rosner, S. D.; YoungC. E.: Energy Distribution Among Reaction Products. II. and . The Journal of Chemical Physics, 1966, 44. vsk, nro 3, s. 1168 - 1184. American Institute of Physics. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)
- ↑ Mehandru, S. P.; Anderson, A. B.; Polanyi, J. C.: Direct Observation of the Alignment of Adsorbed Molecules by Scanning Tunneling Microscopy. Science, 1991, 251. vsk, s. 291–293. American Association for the Advancement of Science. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)
![{\displaystyle {\mathrm {F} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{,}{\mkern {6mu}}\mathrm {D} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/99af81ada9da0615144cad2c13ecb6288f355312)
![{\displaystyle {\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{,}{\mkern {6mu}}\mathrm {D} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/83895897add633d5310b8c6b84d09614d4e1d571)
![{\displaystyle {\mathrm {H} {}+{}\mathrm {X} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e6c9a0c224ee882ccf608b9a04f9cc3c34b82f1f)
![{\displaystyle {\mathrm {X} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}~(\mathrm {X} {}={}\mathrm {Cl} {,}{\mkern {3mu}}\mathrm {Br} {,}{\mkern {3mu}}\mathrm {I} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2c75147b2061d7533bf4fafe1c6ec3089221d415)
| Kansainväliset | |
|---|---|
| Kansalliset | |
| Tieteilijät | |
| Henkilöt | |
| Muut | |
