Сведберг (Svedberg), Теодор

Шведский химик Теодор Сведберг родился в имении Флеранг, неподалеку от г. Гавле. Он был единственным ребенком Элиаса Сведберга, инженера и управляющего местным чугунолитейным заводом, и Аугусты (Алстермарк) Сведберг. Отец мальчика часто совершал с ним длительные загородные прогулки, воспитывая у него интерес к природе. Он также позволял юному Сведбергу ставить опыты в маленькой лаборатории чугунолитейного завода.

Учась в Каролинской школе в Эребру, Сведберг особенно увлекся физикой, химией и биологией. Несмотря на то что его больше всего интересовала ботаника, он решил стать химиком, поскольку считал, что это позволит ему глубже «заглянуть» в биологические процессы. В январе 1904 г. он поступил в Упсальский университет, а в сентябре 1905 г. получил степень бакалавра. В том же году была опубликована его первая статья. Сведберг продолжал заниматься в Упсальском университете, и в 1907 г. ему была присуждена докторская степень за диссертацию о коллоидных системах.

Коллоидные системы представляют собой смесь, в которой мельчайшие частицы одного вещества диспергированы (рассеяны) в другом веществе. Коллоидные частицы крупнее, чем частицы обычных (истинных) растворов, но не настолько, чтобы их можно было рассматривать под микроскопом или чтобы они выпадали в осадок под действием силы тяжести. Их размеры варьируются от 5 нанометров (5 миллиардных долей метра) до приблизительно 200 нанометров. Примерами коллоидных систем являются «индийские чернила» (частицы угля в воде), дым (твердые частицы в воздухе) и молочный жир (крошечные шарики жира в водяном растворе). В докторской диссертации Сведберг описал новый способ применения колебательных электрических разрядов между металлическими электродами, расположенными в жидкости, с целью получения относительно чистых коллоидных растворов металлов. Для ранее принятого способа с применением постоянного тока была характерна высокая степень загрязненности.

В 1912 г. Сведберг стал первым в Упсальском университете преподавателем физической химии и оставался на этой работе в течение 36 лет. Несмотря на то что Сведберг разработал и другие методы получения коллоидных растворов, он приобрел наибольшую известность благодаря своим исследованиям физических свойств коллоидных систем. Проведенное им тщательное изучение диффузии и броуновского движения коллоидных частиц (беспорядочного движения мельчайших частиц, взвешенных в жидкости) стало еще одним свидетельством в пользу осуществленного в 1908 г. Жаном Перреном экспериментального подтверждения теоретической работы Альберта Эйнштейна и Мариана Смолуховского, установивших наличие молекул в растворе. Перрен доказал, что размеры крупных коллоидных частиц могут устанавливаться путем измерения скорости их выпадения в осадок. Большинство коллоидных частиц, однако, осаждается в своей среде так медленно, что этот способ представлялся непрактичным.

Для определения размеров частиц в коллоидных растворах Сведберг применил сконструированный Рихардом Зигмонди ультрамикроскоп. Ему удалось доказать, что коллоидные растворы подчиняются классическим физическим и химическим законам для разбавленных растворов. Тем не менее в большинстве случаев этот способ не давал возможности установить размеры мельчайших частиц и распределение размеров частиц.

Сведберг полагал, что осаждение коллоидных частиц ускорилось бы в условиях более сильного гравитационного поля, создаваемого скоростной центрифугой. Во время своего пребывания в Висконсинском университете в 1923 г., где он был в течение 8 месяцев приглашенным профессором, Сведберг приступил к созданию оптической центрифуги, в которой осаждение частиц фиксировалось бы посредством фотографирования. Поскольку частицы двигались, не только осаждаясь, но и под действием конвенционных токов, Сведберг с помощью этого метода не мог установить размеры частиц. Он знал, что высокая удельная теплопроводность водорода могла бы помочь устранить температурные различия, а следовательно, и конвекционные токи. Сконструировав клинообразную кювету и поместив вращающуюся кювету в атмосферу водорода, Сведберг в 1924 г., уже вернувшись в Швецию, вместе со своим коллегой Германом Ринде добился осаждения без конвекции.

Спустя год Сведберг обнаружил, что биологические макромолекулы (белки) можно также заставить выпадать в осадок из раствора. Он доказал, что все молекулы данного белка монодисперсны (т.е. имеют одинаковый размер) в отличие от частиц металлических коллоидных систем, которые являются полидисперсными, поскольку размеры их бывают совершенно различными. Более того, по скорости осаждения белка можно также сделать вывод о размере молекулы. Это заключение стало первым указанием на то, что молекулы белков имеют четко выраженную массу и форму. В результате сделанных Сведбергом открытий центрифуга стала главным инструментом биохимических исследований. Теперь скорость выпадения в осадок измеряется в единицах, названных именем Сведберга. В 1926 г. Сведбергу была присуждена Нобелевская премия по химии «за работы в области дисперсных систем». В своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук X.Г. Седербаум сказал: «Движение частиц, взвешенных в жидкости... наглядно свидетельствует о реальном существовании молекул, а следовательно, и атомов – факт тем более знаменательный, что еще совсем недавно влиятельная школа ученых объявила эти материальные частицы плодом воображения». В своей Нобелевской лекции, которую он прочел в следующем году. Сведберг, сделав обзор технических и теоретических проблем, связанных с его работой, описал большое потенциальное значение, какое, по его мнению, будет иметь ультрацентрифуга для прогресса во многих областях, включая медицину, физику, химию и промышленность.

В новой лаборатории физической химии, специально построенной для Сведберга шведским правительством, он провел еще 15 лет, совершенствуя конструкцию своей центрифуги. В январе 1926 г. ученый испытал новую модель ультрацентрифуги с масляными роторами, в которой добился 40 100 оборотов в минуту. А 5 лет спустя создал новую модель, где число оборотов в минуту достигло 56 000. Длинная серия усовершенствований в конструкции ротора привела к тому, что в 1936 г. центрифуга могла совершать 120 000 оборотов в минуту. При такой скорости на осаждающуюся систему действовала сила в 525 000 g.

Следующим этапом исследования белков стало изучение гемоглобина и гемоцианина. Подверглись анализу также седиментационные характеристики 100 белков, участвующих в дыхательных процессах многих животных. Было доказано, что у всех белков молекулы имеют круглую форму, монодисперсны и обладают большой молекулярной массой. Расширив с помощью ультрацентрифуги сферу исследования за счет других биологических макромолекул, Сведберг обнаружил, что такие углеводы, как целлюлоза и крахмал, образуют длинные, тонкие, полидисперсные молекулы.

На протяжении всей жизни Сведберг интересовался также явлением радиоактивности. Его совместная работа с Даниэлем Стремгольмом доказала, что некоторые радиоактивные элементы, ранее считавшиеся различными, химически неотличимы друг от друга и занимают одно и то же место в периодической таблице. Это открытие предвосхитило исследование изотопов Фредериком Содди. В конце 20-х гг. Сведберг занимался изучением действия альфа-частиц, испускаемых радиоактивными веществами, на растворы белков. После открытия в 1932 г. Джеймсом Чедвиком нейтрона – частицы, не имеющей электрического заряда, Сведберг сконструировал небольшой генератор нейтронов для изучения воздействия облучения нейтронами и получения радиоактивных изотопов в качестве химических и биологических индикаторов.

В 1949 г., по достижении пенсионного возраста, Сведберг вышел в отставку. Однако специальным постановлением ему было разрешено сохранить за собой пост директора незадолго до этого созданного при Упсальском университете Института ядерной химии Густава Вернера, где благодаря главным образом его усилиям был установлен синхроциклотрон.

Сведберг был человеком живого ума и разнообразных интересов. Прекрасный фотограф-любитель, он серьезно изучал процесс фотографирования. В 20-е гг., применяя различную длину волны при фотографировании "Codex Argenteus", готской Библии 500 г. н.э., он обнаружил, что ультрафиолетовые лучи делают видимым тот плохо различимый состав, которым она написана. Сведберг глубоко интересовался ботаникой и был обладателем одной из лучших в Швеции ботанических коллекций. Женат он был четыре раза: на Андреа Андреен (1909), Джейн Фроди (1916), Ингрид Бломквист (1938) и Маргит Халлен (1948). У него было шесть сыновей и шесть дочерей.

Сведберг внес большой вклад в укрепление связи между академической наукой и практическим применением научных достижений. Так, во время второй мировой войны он добился развертывания в Швеции производства синтетического каучука. Сторонник понимания науки как явления интернационального, он приглашал на работу в Упсальский университет иностранных ученых. Работая на стыке наук, Сведберг внес весомый вклад в объединение физики, химии и биологии. Умер ученый 25 февраля 1971 г. в Эребру (Швеция).

Сведберг был удостоен многих наград. В их числе медаль Берцелиуса Шведской королевской академии наук (1944), медаль Франклина Франклинского института (1949) и медаль Адольфа Густава Упсальского университета (1964). Он был почетным доктором университетов Гронингена, Висконсина, Упсалы, Гарварда, Оксфорда, Делавэра и Парижа, а также членом более 30 профессиональных обществ, включая Шведскую королевскую академию наук. Лондонское королевское общество, американскую Национальную академию наук и Академию наук СССР.