| Baur Emil | |
|---|---|
| német Baur Emil | |
| Születési dátum | 1873. augusztus 4 |
| Születési hely | Ulm |
| Halál dátuma | 1944. március 14. (70 évesen) |
| A halál helye | Zürich |
| Ország | |
| Foglalkozása | fizikai vegyész |
| Gyermekek | Arthur Baur |
| Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon | |
Emil Baur (1873–1944) német-svájci fizikokémikus volt, aki ritkaföldfémekkel, ásványtannal, kémiai kinetikával, valamint az üzemanyagcellák kiterjedt elektrokémiai kutatásával foglalkozott.
Emil Baur a dél-németországi württembergi Ulmban született 1873. augusztus 4-én, Adolf Baur kereskedő és köztisztviselő, valamint Baur Ágnes, született Ádám fiaként.
Az ulmi és baden-badeni középiskola (gimnázium) elvégzése után Emil Baur Berlinben és Münchenben tanult kémiát. Rövid ideig a New York-i Arabol Manufacturing Company-nál dolgozott, egy rágógumikra, ragasztókra és textilvegyszerekre szakosodott cégnél. Első tudományos közleményeit 1897-ben írta. Ezt követően Baur Friedrich Wilhelm Muthmann, a Müncheni Műszaki Egyetem szervetlen kémia professzorának asszisztense lett.
1901-ben Baur disszertációt írt, amely alkalmassá tette arra, hogy német egyetemeken tanítson tanársegédként. A disszertáció témája egy nitrogén-hidrogén üzemanyagcella vizsgálata volt folyékony ammóniával, mint elektrolittal. A munkát a szintetikus ammóniagyártás fejlesztésének egyik mérföldkövének fontos részeként ismerték el.
1904-1905 téli szemeszterében Baur Wilhelm Ostwald asszisztenseként szolgált a lipcsei Fizikai Kémiai Intézetben, majd onnan Berlinbe ment, hogy az 1876-ban alapított Birodalmi Egészségügyi Hivatalban dolgozzon kutatási asszisztensként. Két évvel később elfogadta az ajánlatot, hogy legyen fizikai kémia és elektrokémia professzora a Braunschweigi Műszaki Egyetemen.
1911 októberében Baurt kinevezték a Svájci Szövetségi Technológiai Intézet fizikai kémia és elektrokémia professzorává, amely Európa egyik legrangosabb kémiai és fizikai intézete, ezt a pozíciót 1942-ig, nyugdíjazásáig töltötte be. Baur 1944. március 14-én halt meg.
Baur három könyv és több mint 160 cikk szerzője vagy társszerzője, mindegyik német nyelven, és termékeny tudósnak tekinthető. A Web of Science-en található 148 cikk közül 90-nek Baur az egyedüli szerzője, 58-at pedig egy vagy több társszerzővel írták.
Mutmann-nal, müncheni professzorával együtt Baur 1900-ban a lantán és az ittrium foszforeszcencia spektrumát vizsgálta. Ezt a kutatási irányt egy újabb együttműködés követte, ezúttal müncheni kollégájával, Robert Markkal, amely a ritkaföldfémek mennyiségének sokat vitatott problémájával foglalkozott. Baur és Mark kimutatta, hogy a tiszta ittrium, gadolínium és lantán nem ad megszakadt lumineszcencia spektrumot, ami ellentmond Crookes és Boisbaudran megfigyeléseinek, akik szerint ezek a ritkaföldfémek nem elemiek. Baurnak a ritkaföldfémekkel kapcsolatos korai kutatásai nem voltak különösebben lenyűgözőek, de jól ismerték a terület specialistái [1] [2] .
Egy évtizeddel később Baur visszatért a ritkaföldfémek kérdéséhez, ezúttal a periódusos rendszer témájához. Nem sokkal később a röntgenspektroszkópia és a radiokémia felfedezte az atomszám létezését, és akkoriban, amikor a kémikusok még úgy gondolták, hogy az atomtömeg a periódusos rendszer rendezőelve. Baur a periódusos rendszer elemzését az eredetileg Lothar Meyer által 1870-ben bemutatott atomtérfogat-görbére alapozta, de ahelyett, hogy az atomi térfogatokat atomi tömegekből ábrázolta volna, a térfogatok logaritmusait használta. Így azt találta, hogy a ritkaföldfémek cikk-cakk vonalat alkotnak, amely a bárium alatti lantánnal kezdődik, és a tantál felett a lutéciummal végződik. Baur arra a következtetésre jutott, hogy tizenkét ritkaföldfém elem létezik. A lantán a III. csoportba, a 8. sorozatba, a cérium a IV. csoportba, a 8. sorozatba tartozott, a fennmaradó elemek pedig a saját csoportjukba kerültek a lantán és a cérium közé. Baur szerint munkásságából az következett, hogy a már ismerteken kívül nem lehet több elem. Ebben persze teljesen tévedett. Csak a röntgenspektroszkópia és az atomelmélet fejlődésével sikerült végül megoldani a ritkaföldfémek periódusos rendszerben elfoglalt helyzetének nehéz kérdését [3] .
Fiatal korában Baur komolyan érdeklődött az ásványtan, a geológia és a geokémia iránt, amelyek a kémiai kozmográfiáról szóló könyvében kiemelt helyen szerepeltek, és amelyekről számos tudományos közleményt írt. A huszadik század elején megnőtt az érdeklődés a fizikai kémia geológiában és ásványtanban való alkalmazása iránt, és Baur is hozzájárult ehhez az irányzathoz. Egy 1903-as közleményében azt vizsgálta, hogy milyen körülmények között keletkezik a kvarc az amorf szilícium-dioxid (SiO 2 ) kálium-alumináttal (K 2 Al 2 O 4 ) magas hőmérsékleten és nyomáson történő hevítésével. Baur a Gibbs- és van't Hoff-fázisszabályon alapuló diagramokkal illusztrálta eredményeit, amely ennek a szabálynak az első ásványtani alkalmazása lehetett [4] . A fázisszabályról szóló monográfiájának harmadik kiadásában Alexander Findlay brit fizikai kémikus felhívta a figyelmet Baur írására, rámutatva, hogy a fázisszabálynak az ásványok képződésére alkalmazott tanulmányozása, bár még gyerekcipőben jár, „ gazdag termés ígérete a jövőben”.
A huszadik század első felében több vegyész és oceanográfus próbálta meghatározni a tengervízben lévő arany mennyiségét, és lehetőség szerint kivonni a nemesfémet. Baur volt az egyikük. 1913-ban brit szabadalmat (BP 16898) kapott a nemesfémek erősen híg oldatokból történő előállítására, majd 1916-ban egy német szabadalmat (DRP 272654). A szabadalmak azonban nem keltettek kereskedelmi érdeklődést.
Az első világháborúban elszenvedett Németország megsemmisítő veresége után Fritz Haber és a berlini Kaiser Wilhelm Fizikai Kémiai Intézet ambiciózus tervet dolgozott ki az arany ipari méretekben történő kinyerésére a tengervízből. 1927-ben azonban kénytelen volt elismerni, hogy a világ óceánjaiban az arany átlagos koncentrációja túl alacsony ahhoz, hogy biztosítsa a gazdasági fellendülést. Baur szorosan figyelemmel kísérte Haber munkásságát, és 1942-ben két szisztematikus áttekintést írt a témáról, amelyek javaslatokat tartalmaztak az arany kitermelésének új módszereire. A Baur és munkatársai Zürichben szerzett eredményei szerint az óceánban az arany koncentrációja – átlagosan 0,01 mg/m3 – túl alacsony volt . Véleményük szerint azonban még korai volt kizárni a tengervízen alapuló aranybányászatot [5] [6] . Míg Baur visszavonult az oceanográfiai aranymeghatározástól, doktorandusza, Walter Stark folytatta kutatásait. Stark Baur és Koch mérési módszereivel megállapította, hogy egyes európai országokban a tengervíz aranytartalma elérte a 2 mg/m -3 értéket is .
1902-1903 téli szemeszterében Baur nyilvános előadásokat tartott a Müncheni Műszaki Egyetemen az általa „kémiai kozmográfiának” nevezett témakörben. Ezen a kifejezésen a természetben zajló kémiai folyamatokat értette, amelyeket három csoportra osztott: a csillagok kémiája, a földkéreg kémiai átalakulásai és a szerves természet kémiai vonatkozásai. A könyv 14 fejezetből állt, amelyek mindegyike egy-egy müncheni előadássorozat előadásának felel meg. A Nap kémiájáról szóló első előadásában Baur alátámasztotta a korona nevű földönkívüli elem hipotézisét. Számos más korabeli kémikussal és csillagászsal egyetértésben azt javasolta, hogy a korona könnyebb, mint a hidrogén. Csak 1939-ben állapították meg, hogy a korona spektrumvonalai a Fe 3+ -ionnak köszönhetőek .
Baur kiterjedt kutatása a kémiai laboratórium és a csillagászok által vizsgált égbolt összekapcsolására hasonló volt az akkoriban "kozmikus fizikának" nevezetthez. A különbség az volt, hogy megközelítése inkább kémiai volt, mint fizikai. Baur tanulmányi területe sok olyan területet foglalt magában, amelyekkel az űrfizikusok foglalkoztak, mint például a Nap szerkezete, meteoritok, üstökösök, vulkánok és a tengervíz összetétele. Ez azonban még kiterjedtebb volt, és kiterjedt a szerves természet szempontjaira is, beleértve a biokémiát, a fotoszintézist, az erjesztési folyamatokat és az élet természetét.
A Nap hőmérsékletéről szóló tárgyalásában Baur bemutatta a sugárzás új Max-Planck törvényét, amely hamarosan forradalmasította a fizikát. Baur és legtöbb kortársa számára azonban Planck törvénye elsősorban empirikus természetű volt, és egyszerűen azért volt érdekes, mert meglehetősen pontosan reprezentálta a hősugárzás spektrumát.
Mindenesetre Baur kémiai kozmográfiája elszigetelt eset volt, és nem egy új tudományterület, az űrkémia létrehozására tett kísérlet, mint az űrfizika. Az úgynevezett kozmokémia végül a geokémia folytatásaként jött létre, de erre csak négy évtizeddel később került sor, és Baurnak nem volt benne része.
Baur neve továbbra is a tudománytörténetben maradt, elsősorban általában az elektrokémiai folyamatokkal és különösen az üzemanyagcellákkal kapcsolatos szisztematikus munkájának köszönhető. Ezeken a területeken számos szabadalmat kapott, köztük egy 1920-as német szabadalmat Treadwell-lel szilárd elektrolitokat tartalmazó széncellákra (DRP 325783), egy 1925-ös amerikai szabadalmat a hidrogén és oxigén elektrolízissel történő extrakciójára (US 1543357A), valamint egy 1939-es svájci szabadalmat. új típusú szilárd tüzelőanyag-elemekhez (CH 204347).
A Svájci Szövetségi Műszaki Intézet Fizikai Kémiai Laboratóriuma 1912-ben kezdte meg az üzemanyagcellák kutatását, amikor Baur és Ehrenberg kísérletekről számolt be, amelyekben például katódként olvadt ezüstöt, anódként pedig szén- vagy vasrudat használtak [7] . Elektrolitként különféle 1000 °C-ra hevített olvadt sókat használtak, köztük NaOH-t, KNaCO 3 -ot és NaB 4 O 7 -et . A következő két évtizedben Baur és társai az üzemanyagcella-módosítások széles skáláját próbálták ki, és 1921-ben azt állították, hogy bebizonyították, hogy műszakilag lehetséges stabil és erős cellákat építeni olvadt karbonát elektrolitokkal.
A témával kapcsolatos utolsó publikációjában, egy 1939-es rövid áttekintésében Baur elismerte, hogy a kívánt célt, egy olyan cellát, amely az égéshőből nagy hatásfokú elektromos energiát állítana elő, nem sikerült elérni. Az áttekintést azonban optimista jegyzetben fejezte be: "Még ha az üzemanyag égési energiájának csak az 50%-át lehet végül elektromosságként átvinni az üzemanyagcellás erőmű kapcsolótáblájára, ez forradalmasítja a globális energiagazdaságot." [nyolc]
Az 1930-as évek közepére Baur arra a következtetésre jutott, hogy a hatékony üzemanyagcelláknak teljesen száraznak kell lenniük. Egy másik fontos, 1937-es cikkben, ezúttal Hans Preisszel együttműködve, két kémikus egy sor kísérletet számolt be üzemanyagcellákon, szilárd elektrolitokkal, viszonylag nagy vezetőképességű kerámia anyagok formájában. Azt találták, hogy a 85% ZrO 2 -t és 15% Y 2 O 3 -ot tartalmazó cirkónium-oxid kerámia a legjobb, ha nem is teljesen kielégítő anyag . Az ilyen összetételű anyagot "Nernst-tömegnek" nevezik, mert vezető tulajdonságait először Nernst fedezte fel, aki az 1890-es évek végén fényforrásként használta az úgynevezett Nernst-lámpában. Baur és Preuss a Nernst tömegéből származó elektrolitot, valamint anódként vasat és magnetitet (Fe 3 O 4 ) használtak anódként, illetve katódként. Nyolc ilyen cellából álló kötegből megépítettek egy tesztakkumulátort, de bár az akkumulátor működött, a kimeneti árama túl alacsony volt ahhoz, hogy gyakorlati hasznát lehessen venni. Úgy becsülték azonban, hogy térfogati teljesítménysűrűsége felveheti a versenyt a hagyományos gőzerőművekével.
Annak ellenére, hogy a BaurPreis akkumulátor kereskedelmi szempontból nem volt hasznos, fontos eredmény volt, amely sok figyelmet vonzott a későbbi kutatások számára. A cikkre 84 hivatkozás érkezett egy tudományos folyóiratban (Web of Science), ezzel a legtöbbet idézett Baur írása közül. Napjainkban a cirkónium-itrium és cirkónium-cérium elektrolitokat, amelyeket először Baur és Preis vizsgáltak, széles körben használják üzemanyagcellákban. Baur és csoportja úttörők voltak a jelenleg leginkább felkeltő tüzelőanyag-cellák két típusában, nevezetesen a szilárd oxid üzemanyagcellák és az olvadt karbonát üzemanyagcellák területén.
1905-ben Baur Emil feleségül vette Ottilie Mayert, akitől két gyermeke született: Alice, aki 1908-ban született, és Arthur , aki 1915-ben született. Utóbbiból híres író és nyelvész lett.
Életrajzírója és társszerzője, William Treadwell szerint Baur „szokatlanul széles körű természetfilozófiával és humanista kultúrával rendelkezett”. Talán fiatalkorától fogva ez érdekelte, amit a híres bécsi filozófus-fizikussal, Ernst Mach-al folytatott levelezése is bizonyít. Baurt akkoriban az a kérdés érdekelte, hogy az életet tisztán kémiai fogalmakkal meg lehet-e magyarázni; ez a kérdés, amelyről Mach elmondta a véleményét. „Nem hiszem, hogy az általunk jelenleg ismert kémiai törvények elegendőek a szerves élet magyarázatához” – mondta Mach fiatal tudósítójának. Másrészt Mach nem zárta ki, hogy a jövőben megjelenik egy ilyen magyarázat.
Baur humanista érdeklődésének további bizonyítéka a tudomány és a művészet kapcsolatával foglalkozó könyvről írt éleslátó áttekintése. A könyvet Felix Auerbach német fizikus, humanista és a művészetek népszerűsítője írta. 1935-ben Baur névtelenül kiadta a Chiaroscuro című irodalomfilozófiai regényt , amelyben részletesen taglalta panteista színezetű nézetét a kultúráról, a vallásról és a természetről.
Baur nemcsak ugyanabban a városban született, mint Einstein, hanem megismerkedett a híres fizikussal is, amikor Einstein 1912 nyarától 1914 tavaszáig a Svájci Szövetségi Műszaki Intézet professzora volt. Einstein 1934-ben megjelent életrajzában Reichinstein tudós leírta, hogyan találkozott Baur a relativitáselmélet atyjával: „Barátom, Baur professzor találkozni akart Einsteinnel. Említettem ezt Einsteinnek, és beszéltem a barátom jó tulajdonságairól. Bementünk egy kis kávézóba, ahol Baur várt minket.” Reichinstein szerint Einstein mély benyomást tett Baurra. Lenyűgöző volt Einstein tudományos irodalommal kapcsolatos mélyreható ismerete már ilyen korán. Baur később azt is mondta: „Einstein olyan könnyedén próbálja ki a legnehezebb kérdéseket, mintha az időjárásról beszélne. Másoknak hosszú időbe telik, és keményen kell dolgozniuk, hogy megértsék és megemészsék ezeket a dolgokat, amelyekről ő beszélt."