Казими́р Фа́янс (англ. Kasimir Fajans; 1887—1975) — американский и польского-еврейского происхождения. Внёс большой вклад в развитие радиохимии, изучал роль ионной поляризации в характеристике элементов, их физических и химических свойств.
Биография
Жизнь в Европе Казимир Фаянс родился в Варшаве, Польша, 27 мая 1887 года. Он был вторым ребёнком из пяти, родившихся у евреев Германа и Ванды (Вольберг) Фаянс. Их повседневным языком был польский, а не идиш.
У родителей были родственники, которые достигли успеха в различных сферах: науке, медицине, музыке, фотографии, были членами правительства, участвовали в польских патриотических движениях.
В детстве Фаянса несколько лет учили частные учителя на дому. Позже он перешёл в колледж, где был уклон на естественные науки. Поскольку Польша в тот период входила в состав Российской империи, во всех школах требовали использовать только русский язык, на польском говорить не разрешалось.
Первое событие, связанное с научной деятельностью Фаянса, произошло, когда ему было девять лет, во время отдыха с семьёй на летнем курорте. Его отец привёз книги о недавно открытых рентгеновских лучах . Первые фотографии костей человеческой руки из этих книг произвели на Фаянса большое впечатление.
Тем временем политическая ситуация в Польше стала ухудшаться. Даже на университетском уровне все предметы должны были преподаваться на русском языке, и приём еврейских студентов был ограничен. Поэтому Фаянс решил покинуть Польшу. С одобрения отца он решил поступить в Лейпцигский университет, намереваясь изучать биологию. Но вскоре ему понравилась химия, и к биологии он потерял интерес. Вероятно, это случилось в том числе из-за того, среди его преподавателей был знаменитый Вильгельм Оствальд, который в университете занимал должность профессора химии.
Научная атмосфера на факультете в Лейпциге оказалась очень мотивирующей, и Фаянс старался посетить столько семинаров, сколько возможно. Даже несмотря на то, что он не понимал многого на этих семинарах, он ценил возможность встретиться с выдающимися учёными.
Оствальд ушёл на пенсию в 1907 году. Это, в свою очередь, привело к уходу других известных преподавателей, в том числе М. Боденштейна и Р. Лютера. В том же году Фаянс переехал в Гейдельберг, где учился у Георга Бредига. Этот учёный интересовался катализом, новой областью на границе между физической и органической химией, что соответствовало интересам Фаянса. В результате совместной работы с Бредигом Фаянс получил степень доктора философии и был удостоен премии Виктора Мейера в октябре 1909 года. Именно во время своего последнего семестра в Гейдельберге Фаянс познакомился с Саломеей Каплан, студенткой-медиком, на которой он вскоре женился.
Фаянс чувствовал нехватку знаний в области органической химии, поэтому он решил продолжить работу в данной области, чтобы использовать полученные знания в области физической химии. Он подал заявку на постдокторантуру к Эмилю Фишеру. У Фишера не было вакансий в лаборатории, поэтому Фаянс начал работу с Ричардом Иллстатером в Цюрихе. Вскоре Фаянс разочаровался в органической химии. Он обнаружил, что ему не нравится высокая степень эмпиризма, преобладавшая в то время в органической химии. Поэтому Фаянс пришёл к выводу, что его областью изучения должна быть не органическая, а физическая химия. Поэтому он решил подать заявку на должность аспиранта в лаборатории Резерфорда в Манчестере. Перед отъездом в Англию Фаянс и Саломея Каплан поженились.
Резерфорд обладал способностью использовать очень простые эксперименты для достижения важных результатов. Без сомнения, восхищение Фаянса этим выдающимся учёным и его методами работы повлияло на его собственную будущую методологию в изучении атомов, молекул, жидкостей и твёрдых тел.
Предполагалось, что Фаянс вернётся в Гейдельберг после того, как закончит работу в Манчестере. Однако его наставник по докторантуре Бредиг последовал за Фрицем Габером в Карлсруэ и в 1911 году пригласил Фаянса присоединиться к нему в качестве главного ассистента. Приглашение было принято. Но в Карлсруэ не было медицинской школы, в которой Саломея могла бы закончить своё обучение, поэтому она осталась в Манчестере, а Фаянс периодически к ней приезжал.
Вместе со своими студентами в Карлсруэ Фаянс смог добиться больших успехов в развитии радиохимии. Прочитав правило Лукаса-Лерха о радиоактивном распаде (правило о том, что все элементы, испускающие излучение, становятся более благородными), Фаянс сказал, что это не может быть правдой. В конце 1912 года Фаянс сделал утверждение, что только бета-распад ведёт к образованию более благородного элемента. Это, в свою очередь, привело к открытию знаменитого закона радиоактивных смещений.
С помощью закона смещения Фаянс обнаружил (совместно с Герингом) элемент с номером 91 в форме одного из его короткоживущих изотопов, который был назван бревиумом. К сожалению, именно Отто Гану и Лизе Мейтнер обычно приписывают заслугу открытия этого элемента (протактиния). Они совершили это открытие пять лет спустя после Фаянса, основываясь на его исследованиях.
Фаянс открыл ещё одно важное правило в радиохимии. Это была взаимосвязь между атомной массой и стабильностью радиоактивных изотопов (или членов плеяды, как первоначально называл такие группы Фаянс). Это правило начало приобретать значение только в 1940-х годах с развитием ядерной физики.
С началом Первой мировой войны в 1914 году положение в Карлсруэ изменилось к худшему. Большинству студентов пришлось уйти из университета. Фаянсу, русскому подданному, не разрешалось преподавать, только работать в лаборатории. Каждый день он должен был отмечаться в полицейском участке.
Перед окончанием войны Польша стала независимой страной, и у Фаянса была некоторая надежда получить место в Варшавском университете, однако этого не случилось. Нернст в Берлине выразил заинтересованность в том, чтобы Фаянс присоединился к нему, но вскоре появилось другое предложение, и Фаянс по приглашению Вильштеттера вместо Берлина отправился в Мюнхенский университет. Рихард Вильштеттер, пришедший на смену Адольфу фон Байеру, признавал важность физической химии, поэтому в 1917 году он предложил Фаянсу должность в университете.
По прибытии в Мюнхен Фаянс вместо радиохимии занялся исследованием факторов, определяющих химические связи и свойства атомов и молекул в твёрдом, жидком и газообразном состояниях. Можно сказать, что здесь началась карьера Фаянса в области физической химии. К работе в радиохимии он вернулся только почти 20 лет спустя после отъезда из Германии.
В 1928 году Фаянс опубликовал свои идеи о важности взаимной поляризации анионов и катионов. Это стало постоянной темой его исследований на протяжении всей его оставшейся карьеры. К популярной тогда теории об аддитивности ионных радиусов Фаянс относился с нескрываемым презрением.
Лекции Фаянса в Корнельском университете в 1930 году и их последующая публикация позволили американской аудитории подробнее ознакомиться с его работами. В то же время Фаянс получил радостную новость о том, что Фонд Рокфеллера решил финансировать новый Институт физической химии в Мюнхене с Фаянсом в качестве директора. Он был построен в 1932 году и состоял из прекрасно оборудованного трёхэтажного здания с террасой на крыше для приёма гостей и проведения послеобеденных лабораторных чаепитий.
К сожалению, Фаянсу не суждено было долго наслаждаться своим новым институтом. Возвышение Гитлера означало, что ему с семьёй рано или поздно придётся покинуть Мюнхен. Фонд Рокфеллера оптимистично полагал, что фашистский режим скоро падёт, и просил Фаянса терпеливо ждать. Однако новых учеников не появилось, и жене Фаянса пришлось помогать ему в лаборатории. Их знакомых помечали и отправляли в концентрационные лагеря. В 1934 году в немецком журнале физической химии Фаянс опубликовал одну из своих последних работ, написанных в Германии и в следующем году был вынужден покинуть эту страну.
Эдгар, старший сын Фаянса, родился в Манчестере, поэтому Фаянс мог получить английское гражданство. Он только что получил степень доктора философии во Франкфурте и смог поехать в Лондон, чтобы работать с .Ф. Д. Доннаном. Юный Стефан, родившийся в Мюнхене, был отправлен в частную школу-интернат в Кембридже. Фаянсу только оставалось найти подходящую работу. Назначение на годичную стипендию в Кембридже позволило закончить некоторые его исследования. Перед отъездом из Мюнхена ему предложили должность профессора в Мичиганском университете, и в 1936 году Фаянс вместе со своей женой и младшим сыном прибыли в Анн-Арбор.
Жизнь в Америке В отличие от Европы, в американских химических кругах относительно мало внимания уделялось теме ионной поляризации, которая была в центре внимания большей части работ Фаянса. Роль ионной поляризации в определении состояния, реакционной способности, растворимости и кристаллических структур элементов и соединений в значительной степени игнорировалась. Вместо этого для объяснения некоторых из тех же явлений широко использовались правила «соотношения радиусов», хотя у Фаянса результаты характеризации таких простых соединений, как галогениды цезия и таллия, никак не сочетались с этой теорией. Теория электронных пар-октетов, мезомерный эффект, резонанс и гибридизация были общенаучным языком и обеспечивали качественную унификацию всей химии. Однако американские исследователи часто не использовали данную терминологию в своих работах и подразумевали сомнительно высокую степень квантово-механического обоснования некоторых качественных утверждений.
Большинство первоначальных исследований Фаянса и его студентов в Мичигане были сосредоточены на радиохимии. Этому способствовал свободный доступ к циклотрону глубоко под землёй в здании физического факультета. Именно наличие циклотрона сыграло важную роль в решении Фаянса переехать в Мичиган.
В 1940 году также широко распространилось мнение, что он, как и Содди, Борн, Габер и Ган до него, получит Нобелевскую премию. Однако выдача премии была приостановлена в период с 1940 по 1942 год, и по неизвестным причинам он не получил её позже. Фаянс был кандидатом на включение в манхэттенский проект, но тот факт, что у него были ближайшие родственники в Польше, исключал это.
Электронные приборы, внедрённые в лабораторию радиохимии за 20 лет, прошедших с момента его предыдущих исследований, не были для него чем-то особенным, и его интерес к этой области вскоре угас.
Примерно через пять лет после прибытия Фаянса в Мичиган одним из его докторантов стал Теодор Берлин. Этот человек интересовался теоретической химией и физикой, и его сотрудничество с Фаянсом привело к последнему крупному вкладу Фаянса в физическую химию — квантовой теории химического связывания и структуры.
1945—1960 годы, вероятно, являются периодом наиболее плодотворной работы Фаянса в США, во многом в результате его сотрудничества с промышленным химическим сообществом. Его сотрудничество с 1944 по 1947 год с Фондом научных исследований стекла, который представлял компании стекольной промышленности, привело к написанию статьи в соавторстве с Норбертом Крейдлом по теории образования стекла. Это плодотворное сотрудничество в стекольной промышленности завершилось через четыре года после его создания по причинам антимонопольного законодательства.
Фаянс не рассматривал свою теорию квантикул как сложную количественную теорию связи и структуры. Но он был очень твёрд в убеждении, что превосходит широко используемые в то время качественные концепции теории валентных связей и в большей степени соответствует фундаментальной физической теории (включая квантовую механику).