Ве́ймарн Пётр Петро́вич фон [18(5).7.1879, Петергоф – 2.6.1935, Шанхай], российский физикохимик. Член Русского физико-химического общества (1908), профессор Горного института Императрицы Екатерины II (1911, ныне Санкт-Петербургский горный университет), первый ректор Горного института в Екатеринбурге (1915–1920, ныне Уральский государственный горный университет), Почётный гражданин Екатеринбурга (1917), ректор Владивостокского политехнического института (1920–1922, ныне реорганизован и входит в состав Дальневосточного федерального университета), профессор-исследователь Императорского индустриального института (1922–1931) в Осаке (Япония); сотрудник частной лаборатории в Кобе (1931–1935); в апреле 1935 г. стал директором Научно-технического центра в Шанхае (Китай).

Биография

С отличием окончил Горный институт Императрицы Екатерины II (1908). В 1902 г. выполнил первую научную работу, которую опубликовал в «Журнале Русского физико-химического общества», Отчёт о состоянии и деятельности Горного института императрицы Екатерины II за время с 1 июля 1914 г. по 1 июля 1915 г. (142-й год со дня основания) / под ред. П. П. фон Веймарна. Петроград, 1916. Титульный лист.Отчёт о состоянии и деятельности Горного института императрицы Екатерины II за время с 1 июля 1914 г. по 1 июля 1915 г. (142-й год со дня основания) / под ред. П. П. фон Веймарна. Петроград, 1916. Титульный лист.под руководством профессора Н. С. Курнакова. В студенческие годы получил именную стипендию профессора И. А. Иванова (1905), премию Русского физико-химического общества имени академика Н. Н. Бекетова за работу «Коллоидное состояние как общее свойство материи» (1907), премию профессора Горного института К. И. Лисенко (1908). В 1908 г. защитил магистерскую диссертацию (на адъюнкта), в 1911 г. – докторскую диссертацию (на профессора кафедры физической химии). В короткий срок прошёл путь от нештатного ассистента по кафедре физической химии (1908), адъюнкт-профессора (1908), экстраординарного профессора (1911), заведующего лабораторией физической химии Горного института до ординарного профессора и инспектора по студенческим делам (1911). В этот период Веймарн получил премию имени тайного советника М. Н. Ахматова за работу «К учению о состоянии материи» (1911) и дважды – премию от Императорского Московского университета (1912). В 1915 г. согласился на предложение Министерства народного просвещения возглавить строительство Горного института в Екатеринбурге и в этом же году был назначен ректором. В 1919 г. был вынужден эвакуироваться с группой сотрудников во Владивосток по причине наступления большевиков на Екатеринбург. Осенью 1919 г. стал проректором и исполняющим обязанности декана горного отделения Владивостокского политехнического института. В 1920 г. его назначили ректором института.

В 1922 г. эмигрировал с семьёй в Японию. Жил в г. Кобе, в 1922–1931 гг. работал профессором-исследователем Императорского научно-исследовательского промышленного института в Осаке. Эту работу он совмещал с преподаванием коллоидной химии в Императорском Токийском, Императорском Киотском университетах и в Университете Тохоку. Веймарн внёс большой вклад в развитие коллоидной, капиллярной химии и индустрии в стране эмиграции, о чём писали в своих публикациях известные японские профессора Касима и Тамару Кэндзи. До 1934 г. Веймарн продолжал активно публиковаться не только в японских, но и в американских и немецких научных журналах (несколько сотен статей). В 1932 г. получил премию от Коллоидного общества Германии.

Из-за проблем со здоровьем в 1931–1935 гг. работал только сотрудником частной лаборатории по месту жительства в Кобе. В 1935 г. приглашён на должность директора Высшего технического центра в Шанхае, где решился на необходимую хирургическую операцию. Умер на операционном столе 2 июня 1935 г. Похоронен на Европейском кладбище в Кобе.

Научная деятельность

Веймарн – один из основоположников современного нанотехнологического подхода, создатель науки о нанотехнологиях, который сформулировал базисные принципы золь-гель технологии наноматериалов и капиллярной химии. Веймарн стал первым, кто обосновал положение о том, что коллоидное, или, как он его называл, дисперсоидное, состояние вещества не обусловлено какими-то особенностями состава, а является общим свойством материи (1906–1907). На основании исследования более 200 коллоидных систем установил и математически описал главные условия перехода вещества в коллоидное (ультрадисперсное) состояние, что имело важнейшее практическое значение, т. к. технология приготовления подобных материалов в то время не была разработана. В частности, закон Веймарна (1906) гласит, что золи можно выделить из очень разбавленных или очень концентрированных растворов, но не из растворов средней концентрации. При этом показатель относительного пересыщения S определяется формулой: $S=(Q–L)/L$, где Q – количество растворённого вещества, L – растворимость данного вещества. В это же время, ещё будучи студентом Горного института, он создал прибор для определения растворимости твёрдых веществ в жидкостях.

В 1908–1909 гг. систематически изучал влияние концентрации реагирующих растворов на вид и строение осадков. Основные объекты исследования в этом цикле работ – коллоидные растворы и суспензии различной дисперсности: сульфата бария, галогенидов серебра, гидроксида алюминия в воде, хлорида натрия в этиловом спирте. Для изучения структуры осадков использовал самое прецизионное на то время оборудование – ультрамикроскоп Зигмонди с разрешением до нескольких нанометров. Его работы оказали решающий вклад в доказательство коллоидного состояния вещества.

В 1908–1912 гг. Веймарн экспериментально показал ошибочность противопоставления коллоидов и кристаллоидов. Он пришел к трём важнейшим выводам:

1. Кристаллическое состояние – единственное внутреннее состояние материи.

2. Границы между двумя видами материи – кристаллоидами и коллоидами – не существует.

3. Коллоидное состояние вещества можно рассматривать как общее свойство материи; при определённых условиях любое вещество, независимо от его обычного агрегатного состояния, может быть переведено в ультрадисперсное коллоидное состояние, с размером частиц 1–100 нм.

В 1910–1913 гг. Веймарн завершил систематику (классификацию) дисперсных систем, оперируя такими понятиями, как «дисперсоид» (размер частиц дисперсной фазы не более 0,1 мкм) и «дисперсид» (размер частиц не более 5 нм). Веймарн считал термин «коллоид» неточным и предлагал назвать коллоидную химию дисперсоидологией – наукой о свойствах поверхностей и процессах, на них совершающихся. В современном понимании это физика и химия поверхности – научный фундамент, который лежит в основе нанотехнологий.

В 1905–1906 гг. начал систематически изучать строение и свойства нанообъектов, а суть научной парадигмы нанотехнологии сформулировал уже к 1915 г. Это на 45–50 лет раньше, чем своё видение нанотехнологии как новой области физики обнародовал американский физик Р. Фейнман, который до 2012 г. считался основоположником нанотехнологического подхода. Суть заявлений Фейнмана (1959) сводилась к констатации без предварительных систематических исследований, что «научившись регулировать и контролировать структуры на атомном уровне, мы получим материалы с совершенно неожиданными свойствами» (Фейнман Р. Ф. Внизу полным-полно места: приглашение в новыймир физики // Российский химический журнал. 2002. Т. 46, № 5. С. 6).

В 1910 г. в «Записках Горного института Веймарн» совместно со своими учеником, кандидатом естественных наук И. Б. Каганом, опубликовал статью о простом общем методе получения любого твёрдого тела в состоянии твёрдых коллоидных растворов любой степени дисперсности, начиная от молекулярной (Веймарн. 1910). Приведённые в статье данные показывают, что более 110 лет назад Веймарн умел получать частицы твёрдой фазы в коллоидной системе с размером, сопоставимым по порядку величины с размером молекулы, что и для нанотехнологий 21 в. является пределом достижимого, желанным и нетривиальным результатом.

В 1911 г., исследуя электропроводность высокодисперсных металлов, предложил идеи и принципы работы электрического ультрамикроскопа с точностью измерения размеров частиц для непрозрачных объектов (металлов) на уровне нескольких нанометров.

В 1912 г. предложил новую систематику агрегатных состояний вещества и проанализировал основные законы дисперсоидологии. Показал, что при физико-химическом или механическом измельчении вещества последнее стремится превратиться в модификации и состояния, обладающие меньшим запасом поверхностной энергии; эти модификации и состояния обладают меньшим поверхностным натяжением и в подавляющем большинстве случаев меньшей плотностью. В это же время Веймарн завершил создание кристаллизационного (конденсационного) метода получения дисперсных систем и определил основные факторы их устойчивости с позиции теории растворов твёрдых веществ в жидкостях. Постулировал, что между миром молекул и микроскопически видимых частиц существует особая форма вещества с комплексом присущих ей новых физико-химических свойств – ультрадисперсное, или коллоидное, состояние, образующееся при степени его дисперсности в области 10^–5–10^–9 м, в котором плёнки имеют толщину, а волокна и частицы – размер в поперечнике в диапазоне 1–100 нм. Этот постулат, основанный на экспериментальных данных Веймарна, представляет собой суть научной парадигмы нанотехнологии; смысл этой парадигмы актуален и в наши дни. Поэтому Веймарн более ста лет назад своими работами предвосхитил эпоху нанотехнологий тогда, когда сам термин «нанотехнология» ещё не существовал.

В 1912–1915 гг., анализируя тепловое состояние твёрдых веществ и запас их энергии, Веймарн предложил энергетическую интерпретацию Периодического закона. По расчётам Веймарна, в каждом ряду химических элементов происходит периодическая смена накопления потенциальной и кинетической внутриатомной энергии вещества, а частота колебаний атомов является функцией от номера ряда и пропорциональна отношению температуры плавления к атомной массе элемента (T_S/A). Значение полученного соотношения состоит не только в оригинальной трактовке Периодического закона, но и в независимом выводе формулы для частоты колебаний атомов, аналогичной формуле Планка, но без привлечения понятий о фотонах и квантах излучения.

В серии работ этого периода Веймарн вступил в полемику с известными учёными, в том числе со своим первым наставником – академиком Курнаковым, по поводу существования среди твёрдых химических соединений т. н. «неопределённых» соединений, состав которых не подчиняется закону постоянства состава. Веймарн занял чёткую позицию по этому вопросу и аргументировал выполнение закона постоянства состава для любых химических соединений, включая адсорбционные. Это позиция нашла отклик в работах члена-корреспондента РАН В. Б. Алесковского (1912–2006), благодаря которым была разработана нанотехнология твёрдых веществ методом молекулярного наслаивания (химической сборки). Представления Веймарна и Алесковского о существовании только определённых соединений постоянного состава тем не менее до сих пор не являются общепризнанными.

Многие статьи Веймарна были опубликованы в немецких научных журналах. В 1907–1934 гг. Веймарн активно сотрудничал с журналом Zeitschrift für Chemie und Industrie der Kolloid. Нобелевский лауреат по химии 1909 г. В. Оствальд считал исследования Веймарна гениальными.

Работая приват-доцентом в Петербургском университете (1911–1915), Веймарн первым в России начал читать курсы лекций по коллоидной химии и дисперсоидологии. Позднее дисперсоидология вошла как раздел изучения физической химии в учебные программы Горного института, изданные под редакцией Веймарна (1916).

Веймарн, развиваясь поначалу в рамках школы Курнакова и И. Ф. Шредера – физикохимиков Горного института, сумел создать и свою научную школу в области дисперсоидологии, которую признали отечественные (П. А. Ребиндер, П. Вальден и др.) и зарубежные (Оствальд) учёные. Особенность научной школы Веймарна состояла в том, что она отличалась тесными контактами с европейскими исследователями (Оствальд и др.), а с 1922 г. и с японскими специалистами. Наиболее видные представители школы Веймарна – его ученики: А. М. Янек, И. Б. Каган, И. Д. Авалов, Н. И. Морозов и др.

В Японии Веймарн зарекомендовал себя не только как специалист высочайшей квалификации в области коллоидной химии, но и, по мнению профессора Тамару Кэндзи, как основатель исследований по капиллярной химии. Это связано с тем, что в Японии Веймарн успешно занимался разработкой способов окрашивания древесины и других материалов, используя коллоидные растворы, и практически важными исследованиями целлюлозы, шёлка и иных волокнистых материалов, содержащих коллоиды.