ДЖИОК, УИЛЬЯМ ФРЭНСИС

ДЖИОК, УИЛЬЯМ ФРЭНСИС (Giauque, William Francis), (1895–1982), Нобелевская премия по химии 1949.

Джиок родился 12 мая 1895 в городе Ниагара-Фолс, штат Онтарио, Канада. Он был старшим из трех сыновей Уильяма Текумcа Шермана Джиока и Изабеллы Джейн Дункан. До 1908 семья жила в Мичигане, но после смерти отца вернулась в Канаду.

По окончании Академического института в Ниагара-Фолс Джиок в течение двух лет работал в лаборато­рии «Хукер электрокемикал компани» в Ниагара-Фолс, куда он устроился по газетному объявлению, а затем поступил в Химический колледж при Калифорнийском университете в Беркли, где в 1920, с отличием сдав экзамены, получил степень бакалавра по химии.

Оставленный на работе в Беркли, Джиок продолжил фундаментальные исследования под руководством выдающихся химиков Гилберта Ньютона Льюиса и Джорджа Эрнеста Гибсона. За диссертацию, посвященную определению относительных энтропий глицерина и стекла при сверхнизких температурах, Джиоку в 1922 была присуждена степень по химии и физике. Он стал преподавателем химического факультета в Беркли, где навсегда и остался, став в 1927 ассистентом, в 1930 – адъюнкт-профессором, в 1934 – профессором и в 1962 – почетным профессором.

Интересы Джиока концентрировались на свойствах и поведении материи при сверхнизких температурах, на тех областях науки, которые затрагивали принципы термодинамики. В 1905 В.Нернст (Нобелевская премия 1920) заключил, что энтропия химически однородного твердого или жидкого вещества при абсолютном нуле равна нулю. Нернст пришел к выводу, что измерения физических свойств веществ необходимо проводить при температуре, максимально близкой к абсолютному нулю. Тогда тепловые эффекты, связанные с состоянием вещества, становятся независимыми от температуры. Такой подход позволяет путем точных измерений теплоемкости, а также теплоты и температуры фазовых переходов определить энтропию веществ.

Следовательно, требовалось создание устройств, позволяющих достигнуть минимальной температуры. В первом десятилетии двадцатого столетия температура около 1 К была достигнута в лабораторных условиях. Метод, предложенный голландским физиком Хейке Камерлинг-Оннесом (Heike Kamerlingh-Onnes, 1853–1926) (Нобелевская премия по физике за 1913), основывался на испарении жидкого гелия при низкой температуре в вакууме.

Джиок предложил метод, который позволил получать более низкие температуры и 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. Джиок объяснял это так: «Их нормальное состояние – это состояние неупорядоченности, которое соответствует какой-то величине энтропии. Когда накладывается достаточно мощное магнитное поле, магниты выстраиваются в линию и энтропия понижается». Так как любой процесс, сопровождающийся изменением энтропии, может быть использован для получения тепла или холода, это привело Джиока к мысли, что адиабатическое размагничивание может дать возможность создать метод получения более низких температур, чем методы с использованием жидкого гелия.

В течение восьми лет Джиок и его сотрудники в Беркли конструировали оборудование, необходимое для адиабатического размагничивания. В 1933, используя сульфат гадолиния, Джиок и его коллега Дункан Мак-Дугалл (Dunkan P. MacDougall) достигли температуры, равной 0.25 К.

Для измерения температуры ниже 1 К Джиок изобрел специальный термометр, основанный на измерении электрического сопротивления аморфного углерода.

В дальнейшем Джиок достиг той температурной области (0.01 К), где термическое движение атомов практически прекращается, что позволило ему определить энергетические изменения, связанные с переходами в состояниях самих газов.

Джиок сравнил значения энтропии, полученные методом адиабатического размагничивания, со спектроскопическими данными.

Им вместе со студентами было проделано множество точнейших измерений величин энтропий конденсированных газов, охарактеризованных в 75 публикациях.

Тщательная интерпретация спектров и низкотемпературные измерения теплопроводности позволили Джиоку совместно с Джонстоном доказать существование изотопов кислорода 17О и 18О.

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

В 1949 Джиок был удостоен Нобелевской премией по химии «за вклад в химическую термодинамику, особенно в ту ее область, которая изучает поведение веществ при экстремально низких температурах».

Лишь за год до смерти Джиок прекратил научную деятельность, которая оставалась связанной с низкими температурами. По мнению коллег, Джиок был великим тружеником. «Я один из тех счастливых людей, которые находят удовольствие в своей работе», – сказал о себе Джиок.

В 1932 Джиок женился на Марилл Фрэнсис Эшли, физике по специальности, проводившей ботанические исследования. Супруги имели двух сыновей.

Джиок умер 29 марта 1982 в Беркли, Калифорния, в возрасте 86 лет.

Работы Джиока: Thermodynamic treatment of certain magnetic effects: A proposed method of producing temperatures considerably below 1º absolute // J. Am. Chem. Soc. 1927. V. 49. P. 1864–1870; Temperatures below 1º absolute // Indust. Eng. Chem. 1936. V. 28. P. 743–745.

Кирилл Зеленин