Питцер Кеннет Санборн — Биография

Кеннет Санборн Питцер — американский физхимик, внесший огромный вклад в современную науку.

Началом его ошеломительной карьеры можно назвать 1936 год, первый год его обучения в магистратуре, когда он, вместе со своим товарищем Дж. Д. Кемпом сделал очень серьезное для того времени, и бесценное для нашего, открытие: он смог показать на примере молекулы этана, что для объяснения третьего закона термодинамики необходимо учитывать собственный потенциал барьера внутреннего вращения молекулы (впоследствии названного питцеровским напряжением). Это открытие возымело огромное влияние на развитие термодинамики и органической химии. Это был только первый его важный вклад науку (термодинамику, а затем и квантовую химию).

Используя идеи, почерпнутые из статистической термодинамики, он внес огромный вклад в разработку мощных моделей классической термодинамики. Его уравнения для точного описания термодинамических свойств ионных растворов (от разбавленных растворов до расплавов солей!) нашли широкое применение в ряде областей. Он развил и дополнил закон соответственных состояний, который широко используется по сей день. В области квантовой химии Питцер применил свои уникальные способности и наработки для разработки усовершенствованных возможностей ядра для релятивистских систем.

Дед К. Н. Питцера, Самуэль Коллинс Питцер, переехал в город Помона, штат Калифорния, в 1890 году. У него было четверо детей: трое мальчиков и одна девочка, причем отец К. Н. Питцера, Рассел Келли Питцер, был самым молодым из них. Когда он прибыл в Помону вместе с семьёй, он ещё ходил в среднюю школу, а затем поступил в колледж Помона, расположенный в городе Клермонт, который окончил в 1900 году. Затем он поступил в юридическую школу в Сан-Франциско. Он никогда не занимался юридической практикой, вместо этого стал участвовать в разведении и содержании цитрусовых садов — это было дело его отца и старших братьев. Позднее он активно работал в местном банке. Со временем он стал довольно богатым (достаточно богатым, чтобы основать собственный колледж: колледж Питцера в Клермонте).

Мать Кеннета, Флора Анна Санборн, пошла в колледж Помоны, который окончила через год после Рассела, а затем училась в Университете Калифорнии (Беркли) в течение года. Затем она вернулась в Помону и преподавала математику в Высшей школе. Кеннет Питцер был единственным ребёнком в этот браке и при этом довольно поздним: его родителям было сильно за тридцать, когда он родился. Флора Питцер обучала своего сына самостоятельно, на дому, с тяжелым акцентом на математику, так что он пошел в школу во второй класс. Она умерла от рака, когда Кеннет был в средней школе.

Перейдя в среднюю школу, Кеннет все более и более активно интересовался математикой, физикой и химией. Это привело его учиться в Калифорнийский технологический институт. Он учился достаточно хорошо в течение первого года обучения, и он был выбран в качестве одного из немногих студентов на летнюю программу исследований в частной лаборатории А. А. Нойеса возле Бальбоа-Харбор. По итогам работы в этой лаборатории вышло две первых публикации Питцера: первая была о высших степенях окисления серебра, а вторая — на обязательную для второкурсника тему количественного анализа. Сделав эту работу летом (а не в течение второго года обучения в институте), он смог уделять больше времени для других исследований совместно с Доном Йостом и Лайнусои Полингом. В результате этой работы была опубликована его первая личная работа: определение кристаллической структуры тетрааминорената калия.

После получения степени бакалавра в Калифорнийском технологическом институте в 1935 году, Питцер женился на Жан Элизабет Мошер, которую он знал с детства, и начал аспирантуру в Университете Калифорнии, Беркли. Он выбрал Wendell Латимер, как его научный руководитель в первую очередь потому, что Латимер дал своим ученикам большую свободу выбора своего направления исследований. J.D. Кемп(?), аспирант William Giauque, работал с Ральфом Витт (в то время работавшем над своей докторской), чтобы измерить теплоемкость этана в широком температурном интервале: от низких температур до комнатной температуры, выведя тем самым ​​третий закон энтропии. Энтропия при комнатной температуре может быть рассчитана методами статистической термодинамики с учетом вращательных уровней энергии заметно заполненный при комнатной температуре. Когда Кемп воспользовался таким расчетом, он обнаружил, что энтропия рассчитанная методами статистической термодинамики была выше, чем та, которую он получил отталкиваясь от третьего закона. Такой результат возможен, если этан принимает стеклообразное состояние при очень низких температурах (близких к температуре замерзания), но Кемп знал, что у этана фазовый переход происходит очень быстро, что делает формирование стеклообразного этана маловероятным. Может быть что-то не так с статистическим расчетом? Не справившись в одиночку, он пришел с этой задачей к Питцеру. Здесь стоит отметить, что отличительная черта статистической механики (в отличие от других методов расчёта) состоит в том, что в ней допускается свободное вращение вокруг связей С-С в углеводородах, причем в ранних работах (то есть до Питцера и Кемпа) считалось, что при этом не возникает никаких энергетических затруднений. Питцер и Кемп пришли к выводу, что величины энтропии, полученные разными методами, можно согласовать, если ввести дополнительную энергетическую величину, названную ими барьером внутреннего вращения. Питцер хорошо владел математическим аппаратом и его знания квантовой механики позволили рассчитать этот барьер для молекулы этана, оказалось, что он был равен около 3 ккал/моль. Это был важный скачок в развитии статистической термодинамики.