Грей, Питер

Статья на основе материалов из Википедии

Питер Грей (англ. Peter Gray; 25 августа 1926, Ньюпорт, Уэльс — 7 июня 2012) — британский физико-химик, один из лидеров исследований в области химии горения и химических нестабильностей. Он известен своими работами по обоснованию термокинетических основ воспламенения и холодного пламени для низкотемпературного окисления углеводородов, развитием тепловой теории взрыва и её непосредственной экспериментальной проверкой, а также изучением неустойчивости систем, регулируемых автокаталическим откликом.

Биография

Детство и юность

Питер Грей родился 25 августа 1926 года в Ньюпорте, Уэльс. Родители — Айвор Грей и Роуз Грей (Адкок). Отец Питера, один из восьми детей, бросил школу в раннем возрасте и устроился учеником в типографию в Ньюпорте. Его мать была учительницей из Бирмингема. Родители Питера встретились в ходе послевоенной поездки по полям сражений во Франции и Фландрии, где служил Айвор.

Впервые пошел в школу Дарем-Роуд-Инфант в пять лет (в 1931 году). Его младший брат, Роберт, родился в конце 1933 года. Питер ходил в Дарем-Роуд до преждевременной смерти своей матери в возрасте 38 лет в сентябре 1935 года. После этого он перешел в школу Доктора Уильямса в Каерлеон, а затем в начальную школу Санкт-Вулос, в которой он закончил одиннадцатый класс и сдал экзамен в 1937 году. Он был награждён вступительной стипендией в средней школе Ньюпорта, которую он посещал в период с 1937 по 1943 года, получив аттестат по восьми предметам в 1941 году, а также сертификат высшей школы в области химии, физики и математики в 1943 году.

Питер посетил летние образовательные экзамены в Кембридже в августе 1943 года, где получил большую стипендию в колледже Гонвилль и Кай, который стремился убедить его отказаться от стипендии, предложенной колледжем Сент-Джонс (Оксфорд). Он выбрал Кембридж, и в возрасте семнадцати лет избрал путь изучения естественных наук. Питер ежегодно получал различные премии колледжа, и в 1946 году закончил его с отличием. В это же время отец Питера женился во второй раз на Дейзи Герберт (Уилс), у них родились дети: сводная сестра Питера — Патрисия и его сводный брат Питер Герберт.

Кембридж 1943-55

Большое влияние на Питера во время его обучения на первом курсе произвел будущий лауреат Нобелевской премии Р. Г. В. Норрис, он раскрыл в своем ученике страсть к цепным реакциям, пламени и взрывам. Питер получал докторскую степень под руководством Ф. Боудена, который известен своими работами над фрикционным нагревом, а также шефством над группой физики и химии твердого тела. Тема докторской диссертации Питера была связана с активацией взрыва в жидкости при ударе. Эта работа в общем плане показала взрыв вещества при окислении топлива и во многом определила дальнейшую научную карьеру Питера, а именно изучение «холодного пламени» и «тепловых взрывов». В 1949 году он защищает свою докторскую диссертацию, а также награждается престижными научно-исследовательскими стипендиями, направленными на продолжение его работы.

Начало научной работы в области физической химии в статусе доктора наук не задалось для Питера, поэтому в 1951 году он ухватился за возможность перейти на кафедру химического машиностроения под руководством Т. Фокса. На реакторе, построенном в Лидсе, были заложены теоретические и экспериментальные основы по изучению химической инженерии, Питер считался одним из ведущих специалистов в Великобритании в этой области. После пяти лет работы в группе химической технологии начальник Питера, Фокс, все же посоветовал ему продолжить карьеру в области физической химии.

13 декабря 1952 года Питер женился на Барбаре Джоан Хьюм, дочери Джона и Марджори Хьюм, выпускнице Ньюнхема в области биохимии. В 1954 году у них родилась первая дочь — Кристина. Стечение всех этих обстоятельств побудило Питера к поиску нового места работы вне стен Кембриджа.

Лидс 1955-88

Питер занял должность лектора на кафедре физической химии в Университете Лидса осенью 1955 года, именно в этом году он опубликовал 17 статей — рекордное для себя количество, которое он смог превзойти лишь в 1984 году. Его жена, Барбара, получила должность лектора на кафедре биохимии. В этом же году ему была присуждена медаль Мельдола, как британскому химику в возрасте до 32 лет за «самые достойные и перспективные исследования в области химии» от Королевского Химического Общества. Впоследствии Питер также был награждён медалью Марлоу от Фарадеевского Общества в 1958 году, в 1959 он был повышен до ранга чтеца, а в 1962 году получил собственное место. В этот период в семье Греев родилось ещё трое детей Эндрю, Дэвида и Салли в 1956, 1958 и 1961 годах, соответственно.

В 1965 году Питер сменил Дейнтона на посту заведующего кафедры, и следующие десять лет он посвятил себя кафедре физической химии, считающейся основной в Великобритании, и группе по изучению химии горения, занимающей ведущие мировые позиции.

В рамках своих зарубежных визитов Питер Грей посетил Университет Британской Колумбии (1958-59), в котором над определением высокого барьера вращения метилнитрита (CH3ONO) с помощью ядерно-магнитного резонанса работал С. А. Макдауэлл, Университет Западного Онтарио (1960) и Геттинген. В 1977 году Питер посетил Советскую Армению, где встретился с Н. Н. Семеновым, Д. А. Франк-Каменецким, Я. Б. Зельдовичем, И. Е. Сальниковым и А. Г. Мержановым, эти знакомства во многом повлияли на поздние работы Грея в области тепловых и химических нестабильностей.

Питер с большой самоотдачей трудился в Фарадеевском обществе и в Британском физико-химическом обществе, где он регулярно выступал на протяжении нескольких десятилетий, также с 1977 по 1983 он был казначеем, а с 1983 по 1985 — председателем, одновременно с этим он являлся членом Совета Химического Общества. Специально к семидесятилетию Питера (в сентябре 1996 года) был опубликован специальный выпуск Трудов Фарадеевского Общества. Питер также являлся сотрудником Комитета по взрывчатым веществам в Министерстве Обороны, который он возглавил после Боудена. В список его заслуг также стоит записать членство в редколлегии многих журналов, ко всему прочему, он входил в Консультационный совет по Мемориальной стипендии Рамзи с 1982 по 2002 год. В 1977 году Питер был избран членом Королевского общества, в 1978 году «за блестящие исследования в области горения, в частности, теоретической и экспериментальной термохимии» был награждён золотой медалью Бернарда Льюиса, присуждаемой Институтом горения, в 1986 году награждён премией Королевского общества, а в 1988 году — премией Италгаз.

Возвращение в Кембридж 1988

В 1988 году Питер Грей был избран главой колледжа Гонвилль и Кай и вернулся в Кембридж.

Тяжелым периодом для Питера стал 1992 год, когда скончалась его жена Барбара. Незадолго до выхода на пенсию с должности главы колледжа в мае 1996 года Питер Грей женился во второй раз на Рэйчел Херциг.

Питер Грей удостоен звания почетного доктора наук Университета Лидса в 1997 году, он также был председателем и президентом Кембриджского философского общества.

Научная деятельность

Питер Грей был автором более 300 научных статей в журналах, обзоров и одной монографии, был редактором спецвыпусков, сборников и томов. Его литературный язык был понятным и текучим, что сделало его работы общедоступными. На протяжении свей своей деятельности он преследовал темы самовозгорания, химической нестабильности и взрывов.

Как уже было сказано, первые работы Питера в Кембридже были написаны о механизмах активации взрыва при ударе (1946-48), термическом разложении и самовозгорании алкилнитратов (молекул вида RO-NO2), алкилнитритов (например, Изоамилнитрит) (RO-NO), нитроалканов (R-NO2), явлении «холодного пламени» и обсуждение роли алкоксирадикалов в этих процессах, а также способа поддержания горения с помощью диоксида азота (1948-51). Первая статья Питера[1], опубликованная в Nature, затрагивала проблему воспламенения паров взрывчатых веществ. Далее вышла статья об инициации взрыва[2].

В период с 1951 по 1955 года эта работа была расширена и получила практическое применение при изучении распространения пламени и в пламенной спектроскопии для более широкого круга топлив, в том числе гидразина и азида водорода, а также были дополнены теоретические аспекты пламени и взрыва. Для более полного понимания этих систем, работа включала в себя и термодинамические исследования по калориметрии для низкотемпературных измерений теплоемкости, исследования внутреннего вращения и энергии диссоциации для различных спиртов и эфиров. Также в этот период начата работа, описывающая реакционную способность, структуру и термохимию азидов, запланировано большое количество экспериментов и теоретический расчет энергии кристаллической решетки. Эти исследования привели к публикации 40 статей (до переезда Питера Грея в Лидс)[3][4][5].

Научная работа в Лидсе началась с совместных работ с Уильямсом над алкилнитратами и нитритами[6].

Исследования, в которых Питер Грей был общепризнанным мировым лидером, включали в себя разработку теории теплового взрыва и непосредственных экспериментальных испытаний этой теории. Первые статьи Питера в этой области содержат в себе рассмотрение стремительного роста и выделения температуры до момента воспламенения[7], наблюдение неконтролируемого термического роста в реакции окисления гидразина[8], рассмотрение эффектов потребления реагента и выделения тепла в эндотермических системах[9]. Первые измерения температурных профилей в газах были сделаны при помощи тонкопроволочных термопар[10][11][12]. Важной задачей для Питера было получить аналитическое решение для критических условий при неконтролируемом тепловом росте в сферическом объёме, которое подчинялось бы стационарному уравнению тепловыделения.

После статьи с Коулингом[13], профессором математики из Лидса, последовала важная серия исследований транспортных свойств, в частности, термической проводимости и диффузии, проведенных совместно с Холландом, Макжеком и Клиффордом[14][15]. Результаты этих работ удалось распространить на реакционно способные частицы, такие как атомы водорода, что привело к открытию неожиданного хроматографического эффекта для поверхностных атомов[16].

Первые исследования Питера по окислению алкильных радикалов перекисью познакомили его с явлением холодного пламени и взаимным влиянием температурных и химических эффектов (термокинетический или тепловой цепной эффекты). Эта работа пройдет красной нитью через большинство исследований Питера Грея, проведенных в Лидсе. Исследования с Хаско и Лигнола привели к зарождению основ для реакций холодного пламени, на примере окисления небольших углеводородов[17][18]. За их происхождением скрывался отрицательный температурный коэффициент.

Была принята попытка найти и понять колебательное горение на примере более простых систем, на себя обратили внимание более ранние сообщения о колебательном пламени в реакции окисления монооксида углерода. Эксперименты в классических закрытых системах с Гриффитсом и Бондом помогли сделать большой шаг вперед. Они показали воспроизводимость результатов и подчеркнули важность присутствия водородсодержащих частиц[19]. Использование проточных реакторов с возможностью прямой контролируемой подачи водорода в систему наглядно подтвердило явление колебательного горения и стало ключом к его пониманию[20]. Следующим шагом, шагом назад, к ещё более простой системе с использованием проточных реакторов — окисление самого водорода[21], при этом также можно наблюдать явление колебательного горения. В конечном итоге Гриффитс смог объяснить его через автоингибирование реакции получающейся в ходе реакции водой и, так называемый, эффект оптимизатора третьего тела при переносе радикала, который работает в сочетании с самоускоряющемся разветвлением цепи. Эти же системы будут использоваться в будущем для обнаружения первых примеров хаотического горения.

После проведения экспериментов по окислению монооксида углерода, было предположено, что колебания могут возникать даже без изменения температуры, а значит возможно управление ими лишь при помощи химического отклика. Эксперимент проводили в реакторе непрерывного действия с механическим перемешиванием (ПРМ). В реакторе такого типа система демонстрирует удивительное множество возможных зависимостей стационарных концентраций от концентраций в потоке и коэффициентов скорости. Стационарные кривые могут образовывать S- и Z- образные профили, которые, соединяясь, образуют «грибы» или «острова»[22]. Более того, стационарные состояния могут переходить в неустойчивые, при этом возникают непрерывные колебания. Эта схема известна под названием модель Грея-Скотта, и в настоящее время широко применяется в качестве дополнения к ранее известной модели Брюсселятора[23].

Последняя публикация Питера была выполнена в качестве соредактора тематического издания Философских трудов Королевского общества, она возникла в результате обсуждения на одном из заседаний Королевского общества, председателем которого был Джон Филд. Оно включало в себя широкий спектр работ по энергетическим материалам, в том числе по взрывчатым веществам и ракетному топливу, начиная от экспериментальных исследований положений «горячих точек» и механизмов их инициации до завершающей стадии детонации, и от нитрования органических молекул азотным ангидридом до теоретических основ дифференциальной сканирующей калориметрии. Эта встреча была поистине международной, на ней присутствовало 140 делегатов из 17 стран, она прошла 5 ноября.

Интересные факты

1. Отец Питера изменил свой возраст, чтобы в 1915 году быть призванным на поля сражений Первой Мировой войны.

2. Питер описывал свое детство следующими словами:

«Очень доволен исключительно счастливыми и любящими родителями».

3. Когда Питеру было десять лет, он получил в качестве подарка от своей тети Эллы химический набор, и последующие три года он и его друзья стали дополнять его «сильнодействующими реагентами, в том числе сильными кислотами и щелочами», приобретенными в известной сети химических магазинов.

4. Во время учёбы в Кембридже он вступил в хор колледжа в роли «легкого тенора».

5. Питер принадлежал к группе студентов, основавших неофициальное общество, известное как «Яки и Вороны». Это название родилось случайно во время отдыха в Северном Уэльсе в 1944 году. Группа на протяжении шестидесяти лет ежегодно собиралась на ужин.

6. Все четверо детей Питера ходили в школу Лидса, а затем стали студентами Кембриджа.

7. В статье для журнала Caian Питер изложил свою философию следующим образом:

«Я хочу подчеркнуть важность создания возможностей для других людей. Необходимо формировать атмосферу, в которой каждый чувствует, что он может делать то, что он действительно хочет сделать, и найти способ воодушевить его для этого».

Примечания

  1. Gray P., Yoffe A. D. Inflammation of explosive vapours and the influence of inert diluents //Nature. — 1949. — Т. 164. — №. 4176. — С. 823—823.
  2. Gray P. Initiation of explosion in liquids. Measurement of the transient pressures during impact //Transactions of the Faraday Society. — 1950. — Т. 46. — С. 848—852.
  3. Gray P., Lee J. C. The combustion of gaseous hydrazine //Transactions of the Faraday Society. — 1954. — Т. 50. — С. 719—728.
  4. Gray P., Waddington T. C. Thermochemistry and reactivity of the azides. I. Thermochemistry of the inorganic azides //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1956. — Т. 235. — №. 1200. — С. 106—119.
  5. Gray P., Waddington T. C. Thermochemistry and reactivity of the azides. II. Lattice energies of ionic azides, electron affinity and heat of formation of the azide radical and related properties //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1956. — Т. 235. — №. 1203. — С. 481—495.
  6. Gray P., Williams A. The thermochemistry and reactivity of alkoxyl radicals //Chemical Reviews. — 1959. — Т. 59. — №. 2. — С. 239—328.
  7. Gray P., Harper M. J. Thermal explosions. Part 1.—Induction periods and temperature changes before spontaneous ignition //Transactions of the Faraday Society. — 1959. — Т. 55. — С. 581—590.
  8. Gray P., Spencer M. Thermal explosions in the oxidation of hydrazine by nitric oxide and nitrous oxide //Transactions of the Faraday Society. — 1963. — Т. 59. — С. 879—885.
  9. Gray P., Lee P. R. Thermal explosions and the effect of reactant consumption on critical conditions //Combustion and Flame. — 1965. — Т. 9. — №. 2. — С. 201—203.
  10. Fine D. H., Gray P., MacKinven R. Thermal effects accompanying spontaneous ignitions in gases. I. An investigation of the heating effects which accompany the rapid admission of inert gas to an evacuated vessel //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1970. — Т. 316. — №. 1525. — С. 223—240.
  11. Fine D. H., Gray P., MacKinven R. Thermal effects accompanying spontaneous ignitions in gases. II. The slow exothermic decomposition of diethyl peroxide //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1970. — Т. 316. — №. 1525. — С. 241—254.
  12. Fine D. H., Gray P., MacKinven R. Thermal effects accompanying spontaneous ignitions in gases. III. The explosive decomposition of diethyl peroxide //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1970. — Т. 316. — №. 1525. — С. 255—268.
  13. Cowling T. G., Gray P., Wright P. G. The physical significance of formulae for the thermal conductivity and viscosity of gaseous mixtures //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1963. — Т. 276. — №. 1364. — С. 69-82.
  14. Gray P., Holland S., Maczek A. O. S. Thermal conductivities of binary gaseous mixtures of hydrogen, deuterium, oxygen and nitrous oxide //Transactions of the Faraday Society. — 1969. — Т. 65. — С. 1032—1043.
  15. Gray P., Holland S., Maczek A. O. S. Thermal conductivities of binary mixtures of organic vapours and inert diluents //Transactions of the Faraday Society. — 1970. — Т. 66. — С. 107—126.
  16. Clifford A. A. et al. Measurement of the diffusion coefficients of reactive species in dilute gases //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1982. — Т. 380. — №. 1779. — С. 241—258.
  17. Gray P. et al. Oscillatory ignitions and cool flames accompanying the non-isothermal oxidation of acetaldehyde in a well stirred, flow reactor //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1981. — Т. 374. — №. 1758. — С. 313—339.
  18. Gray P., Griffiths J. F., Hasko S. M. Ignitions, Extinctions and Thermokinetic Oscillations Accompanying the Oxidation of Ethane in an Open System (Continuosly Stirred Tank Reactor) //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1984. — Т. 396. — №. 1811. — С. 227—255.
  19. Bond J. R. et al. Oscillations, Glow and Ignition in Carbon Monoxide Oxidation II. Oscillations in the Gas-Phase Reaction in a Closed System //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1982. — Т. 381. — №. 1781. — С. 293—314.
  20. Gray P., Griffiths J. F., Scott S. K. Oscillations, glow and ignition in carbon monoxide oxidation in an open system I. Experimental studies of the ignition diagram and the effects of added hydrogen //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1985. — Т. 397. — №. 1812. — С. 21-44.
  21. Gray P., Griffiths J. F., Scott S. K. Branched-chain reactions in open systems: theory of the oscillatory ignition limit for the hydrogen+ oxygen reaction in a continuous-flow stirred-tank reactor //Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — The Royal Society, 1984. — Т. 394. — №. 1807. — С. 243—258.
  22. Gray P., Scott S. K. Autocatalytic reactions in the isothermal, continuous stirred tank reactor: Oscillations and instabilities in the system A+ 2B→ 3B; B→ C //Chemical Engineering Science. — 1984. — Т. 39. — №. 6. — С. 1087—1097.
  23. Prigogine I., Lefever R. Symmetry breaking instabilities in dissipative systems. II //The Journal of Chemical Physics. — 1968. — Т. 48. — №. 4. — С. 1695—1700.

Ссылки

I am not robot