Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Формирование уральских научных школ в области высокотемпературной электрохимии (30ые – 40ые годы 20го столетия)
Именно в это время началось формирование уральских научных школ и научных направлений в области высокотемпературной химии и электрохимии, которые впоследствии составили славу и гордость отечественной науки.В рамках УФАНа имеются в виду прежде всего школы С.В.Карпачева, О.А.Есина, Г.И.Чуфарова и А.К.Шаровой, а в Уральском Госуниверситете научные школы А.Г.Стромберга и В.С.Сырокомского. А с середины 40х годов прошлого столетия - школы В.А.Кузнецова и В.П.Кочергина. В УФАНе в эти же годы начала формироваться школа М.В.Смирнова.
Научная школа С.В. Карпачева
Становление и развитие уральской школы высокотемпературной электрохимии расплавов и твердых электролитов неразрывно связаны с именем С.В.Карпачева.
Родился С.В.Карпачев 24 февраля 1906 года в г.Кастроме в семье служащего. Начал свою трудовую деятельность в 1925 г. препаратором в Уральском Индустриальном Институте (в настоящее время носящем имя УГТУ-УПИ).
После окончания химического факультета этого ВУЗа по специальности «Технология электрохимических производств», он был оставлен в числе лучших выпускников для преподавательской работы. И с этого времени вся научная и педагогическая деятельность Сергея Васильевича протекает в ВУЗах и научно-исследовательских учреждениях Урала.
С 1932 г. по 1939 г. в УНИХиме и Уральском Физико-техническом Институте, входившем в состав Уральского Филиала АН СССР. С 1940 г. по 1948 г. Сергей Васильевич работал в Уральском Госуниверситете, заведуя кафедрой физхимии и одновременно в УФАНе руководил лабораторией электрохимии расплавленных солей.
С 1949 г. по 1956 г. С.В.Карпачев осуществлял руководство ЦЗЛ на Верх-Нейвинском объекте, производившем обогащенный уран.
С 1956 г. по 1963 г. Сергей Васильевич был ректором Уральского Госуниверситета, успешно совмещая научную и организационную деятельность с большой педагогической работой. Он много лет вел на химфаке лекционный курс по электрохимии и термодинамике.
С 1963 г. по 1977 г. профессор С.В.Карпачев являлся директором Института электрохимии УФАН.
Такие многократные перемещения Сергея Васильевича по службе и совмещение нескольких должностей были связаны, в первую очередь, с нехваткой в те времена высококвалифицированных кадров и, безусловно, с учетом большого организаторского таланта С.В.Карпачева.
С.В.Карпачев - ректор Уральского Госуниверситета в своем рабочем кабинете (1956 г.)
Первые публикации С.В.Карпачева по исследованию расплавов появились в 1930 г., в год окончания им ВУЗа. В последующие годы непосредственно Сергеем Васильевичем и под его руководством был выполнен ряд важнейших научных исследований, которые явились ценным вкладом в развитие электрохимии расплавов. За 25 лет исследований в этой области им было опубликовано более 60-ти работ, которые дают представление о важности и широте проведенных исследований, поражают смелостью постановки научных проблем и тщательностью методической проработки.
Его пионерские исследования (естественно, с коллегами и учениками) физических и электрохимических свойств расплавов были обусловлены не только необходимостью научного обоснования развивающихся на Урале высокотемпературных технологий получения металлов, но они были связаны также с базисными проблемами теоретической электрохимии расплавов - специфических конденсированных сред.
В области высокотемпературной электрохимии в 30ые годы школа профессора С.В.Карпачева представляла собой неформальный, но весьма работоспособный научный коллектив, решающий взаимосвязанные задачи физической и неорганической химии, электрохимии и металлургии. Его костяк составляли сотрудники и выпускники Уральского политехнического Института и Уральского Госуниверситета. Учениками и коллегами С.В.Карпачева с гордостью считали себя С.И. Ремпель, И.Г.Щербаков, А.Г.Стромберг, В.В.Пацук, О.И.Полтарацкая, И.Ф.Иордан, В.А.Подчайнова и многие другие ученые, которым выпала счастливая судьба работать в эти годы вместе или под руководством С.В.Карпачева. Но среди названной плеяды ученых С.В.Карпачев был, бесспорно, звездой первой величины.
Обширные исследования расплавленных солей, выполненные в 30ые годы этим содружеством ученых были посвящены изучению технологических процессов получения магния и алюминия, исследованию электродной поляризации и электрокапиллярных явлений в расплавах, изучению контактной разности потенциалов металлов и др.
Исследования, последние среди названных, сложившиеся, к стати, не без влияния маститого учителя, каким был для электрохимиков академик А.Н.Фрумкин, - сыграли существенную роль в создании современной теории электродного потенциала.
Наряду с этим, для изучения свойств специфических сред - расплавов, учеными школы С.В.Карпачева был проведен обширный цикл НИР по разработке современных методов исследования. Была разработана методика абсолютного измерения коэффициентов вязкости жидкостей. Результаты были опубликованы в ДАН в 1934г. Изучена вязкость двойной [Al2O3 - CaO] и тройной [SiO2 - Al2O3 - CaO] системы в расплавленном состоянии, определены экстремальные составы вязкости. Была изучена текучесть двойной [Al2O3 - CaO] и тройной [SiO2 - Al2O3 - CaO] системы в расплавленном состоянии и определение области ее экстремальных значений.
Была также изучена текучесть и вязкость некоторых заводских высокоглиноземистых доменных шлаков.
Среди экспериментальных работ необходимо особо отметить уникальное исследование С.В.Карпачева и С.Ф.Пальгуева по измерению чисел переноса ионов, впервые показавшие правомерность использования этого важного свойства для описания явления переноса электрического заряда в расплавах индивидуальных солей.
Достигнутые в 20-30 годы школой С.В.Карпачева результаты не потеряли своего значения до сих пор и внесли значительный вклад в мировую электрохимическую науку. Это были одни из первых фундаментальных работ по электрохимии солевых расплавов, давших ориентиры для последующих исследований в этой области на многие годы.
Большим событием в жизни научного сообщества электрохимиков страны явилась защита в 1939 г. Сергеем Васильевичем Карпачевым докторской диссертации на тему «Исследования в области электрохимии расплавленных солей».
В лаборатории электрохимии расплавленных солей (1946-1947 гг.)
Зав.лабораторией С.В. Карпачев и аспирант М.В. Смирнов на рабочем месте.
В диссертации были обобщены результаты обширных исследований, осуществленных непосредственно им или под его руководством учениками и коллегами.
Через год решением ВАК Сергей Васильевич был утвержден в ученом звании профессора по специальности «физическая химия». Ему было тогда всего 34 года.
Сфера научных интересов С.В.Карпачева была очень широкой. Он разрабатывал общие проблемы электрохимии, вёл исследования в области расплавов, а позже, начиная с 50-х годов 20го столетия и твердых электролитов, являясь, по сути, одним из основателей Уральской школы высокотемпературной электрохимии.
Вклад С.В.Карпачева и его школы в ВТ-электрохимию, без сомнений, велик и многообразен. Сергей Васильевич много сделал не только для развития этой отрасли знаний, но и его вклад в подготовку научных и инженерных кадров на Урале - неоценим.
С.В. Карпачев среди своих учеников - сотрудников лаборатории кинетики электродных процессов в ТЭЛ
Им подготовлено 28 кандидатов наук, из которых 9 стали докторами наук и возглавили крупные научные коллективы и научные школы. В этой связи достаточно вспомнить имена докторов наук, профессоров М.В.Смирнова, С.Ф.Пальгуева, В.П.Кочергина, С.И.Ремпеля, которые впоследствии сами стали создателями новых научных направлений и школ.
Но член-корреспондент АН СССР, профессор С.В.Карпачев фактически явился праотцом Института ВТ-электрохимии и одним из создателей Уральской школы высокотемпературной электрохимии расплавов и твердых электролитов, школы, исследования которой получили мировую известность.
Научная школа О.А.Есина
Одним из ярких, талантливых учеников академика А.Н.Фрумкина был О.А.Есин - коренной уралец.
Окончив в 1925 г. Уральский политехнический Институт по электрохимической специальности, он начал свою трудовую деятельность в стенах этого же Института.
Будучи студентом 3го курса, он обратился к профессору Маковецкому с просьбой дать ему возможность заниматься на кафедре исследованиями. Посоветовавшись с коллегами, Маковецкий, зав.кафедрой электрохимических производств, дал согласие. Так началось собственное творчество Олега Есина...
Первая самостоятельная статья по результатам исследований Олега Алексеевича была опубликована уже в 1926 г. Она была посвящена изучению количественной зависимости коэффициента использования тока от условий анодного процесса.
Большим событием в жизни молодого ученого-ассистента кафедры была его годичная командировка-стажировка в Германию в 1929 г. (совместно с И.Г.Щербаковым).
О.А. Есин в лаборатории Мюллера (Германия, 1929 г.) за проведением экспериментов
Вернувшись из Германии, О.А.Есин застал на кафедре плеяду новых сотрудников - талантливых молодых ученых. Это были С.В.Карпачев, А.Г.Стромберг, В.Г.Микулин и др.
Продолжая далее экспериментально исследовать отдельные процессы и выводить для них уравнения, связывающие выход по току с условиями электролиза, О.А.Есин обобщил полученные данные и предложил в 1932-1933 г.г. общую количественную теорию совместного разряда различных ионов на электроде.
Им было показано, что изменение величины и структуры поверхности при катодном осаждении металлов вносит затруднения в оценку плотности тока, в связи с чем О.А.Есин впервые в 1937 г. применил струйчатый ртутный электрод. Это не только устранило отмеченную трудность при оценке электродной поверхности, но и сильно расширило круг объектов, доступных экспериментальному изучению.
Специальный цикл исследований Олега Алексеевича был посвящен изучению строения двойного электрического слоя и влияния его на поляризацию.
Учениками, а затем и коллегами Олега Алексеевича в те годы (конец 20х - начало 30х годов 20го столетия) были И.Г.Шерстаков, А.И.Гаев, А.И.Левин, Л.И.Антропов, М.А.Лошкарев, Б.Ф.Марков и другие.
Совместно с сотрудником Б.Ф.Марковым О.А.Есин экспериментально установил необходимость введения дополнительного коэффициента в уравнение, выражающее зависимость потенциала нулевого заряда (п.н.з.) от концентрации электролита. Этот коэффициент экспериментально подтверждал дискретность зарядов в ионной обкладке двойного электрического слоя (эффект Есина-Маркова).
С середины 40х годов (1943-1956 г.г.) О.А.Есин свои исследования посвятил изучению строения и свойств расплавленных силикатов и шлаков, а также исследованию их взаимодействия с жидкими металлами и штейнами. Следует отметить, что Олегом Алексеевичем впервые была высказана точка зрения о том, что расплавленные силикаты представляют собой полианионные жидкости (1946г.) и являются микронеоднородными (1948 г.) системами.
Не останавливаясь подробно на исследованиях, связанных с изучением взаимодействия расплавленных металлов и штейнов с рядом расплавленных шлаков, следует подчеркнуть, что О.А.Есин с сотрудниками его школы (1950-1956 г.г.) экспериментально показал электрохимический характер взаимодействия на указанных границах раздела фаз. Было выявлено существование на межфазной границе всех важнейших электрохимических явлений. Установлено существование электродвижущих сил (1950 г.), концентрационной поляризации с предельными токами (1957 г.), электрокапиллярных явлений (1952 г.) и движений (1958 г.) капли металлов в расплавленном шлаке.
В 1956 году О.А.Есин впервые качественно сформулировал предложение о многослойности ионной обкладки «двойного» слоя. Далее им и другими авторами развивалась количественная теория знакопеременной полислойной структуры этой обкладки.
Будучи крупным электрохимиком, О.А.Есин успешно применил законы электрохимии к металлургии. Им создано научное направление - электрохимическая теория взаимодействия металла со шлаком, получившая в настоящее время всеобщее признание. Научная школа профессора О.А.Есина, являвшая собой передний край теоретической металлургии, позволила решить ряд крупных проблем как в области высокотемпературной электрохимии, так и проблем, способствующих развитию металлургической базы Урала.
(А.Н.Фрумкин)