Вклад Н.Н. Семенова в область химической кинетики

5 мая 1940 года Н.Н. Семенов, Ю.Б. Харитон и В.Г. Клазер подали заявку о выдаче им авторского свидетельства на изобретение «Адиабатический конвертер для химических процессов». Заявка была зарегистрирована 20 мая 1940 года в новой редакции: «Конвертер для химических процессов». В дальнейшем заявка получила новое название: «Способ синтеза различных соединений из газов».

Из НИФХИ им. Л.Я. Карпова пришло заключение академика А.Н. Фрумкина, где, в частности, говорилось: «Идея использовать адиабатический конвертер для проведения химических процессов в условиях очень высоких температур и давлений является весьма интересной и, насколько я знаю, совершенно оригинальной. При настоящем состоянии вопроса было бы, конечно, невозможно делать предсказания о том, в каких пределах такая методика может быть использована для технических целей, но идея, несомненно, является заманчивой и должна быть дальше развита». Рассмотрение этой заявки растянулось на целый год, в течение которого в разных инстанциях принимались прямо противоположные решения. И все-таки в выдаче авторского свидетельства изобретателям было отказано.

В феврале 1941 года в Ленинградском Экспертном бюро по новизне изобретений НКХП была зарегистрирована заявка Н.Н. Семенова, Ю.Б. Харитона, В.Г. Клазера и Н.М. Рейнова на «Способ получения окислов азота и азотной кислоты непосредственно из воздуха». Вскоре авторы получили отказ в выдаче авторского свидетельства, «поскольку отмечаемая в заявке связь между температурой системы и давлением при адиабатическом сжатии газов давно установлена». Поэтому новое предложение может заключаться только в аппаратурном оформлении процесса». В связи с этим экспертиза попросила сообщить устройство аппарата для осуществления указанного процесса в промышленном масштабе (в описанных в заявке условиях). 16 июня 1941 года всякая переписка по этой заявке была прекращена. Вскоре война внесла свои коррективы – перед учеными, как и перед всей страной, встали другие задачи.

Одним из важнейших этапов развития химической кинетики, завершенным в 1941 г., явилось открытие Н.Н. Семеновым и его школой разетвленно-цепных реакций, выявление основных закономерностей этих процессов. Математическая формулировка теории этих процессов нашла применение не только в химии, но и в ядерной физике. Эти достижения были ознаменованы присуждением академику Н.Н. Семенову Сталинской премии 1 степени в 1941 г. и Нобелевской премии в 1956 г.

24 декабря 1940 г. решением  Ученого совета Института химической  физики (ИХФ) группа работ академика  Семенова Н.Н. и доктора Зельдовича  Я.Б. по цепным реакциям и теории  горения была выдвинута на  соискание Сталинской премии  по химическим наукам. 

Рецензент одной из книг Н. Семенова «Химическая кинетика и цепные реакции» (Ленинград, ОНТИ, Химтеорет, 1934) вошедшей в эту группу, Ю.С. Тейлор (Принстон, США), отмечал: «…поражаешься той широте, с какой проблема охвачена в мастерском изложении ленинградского профессора Семенова в настоящей его книге. Семенов подходит к проблеме со стороны окислительных процессов. В другие области проблемы цепных реакций автор внес присущую ему свежесть взглядов и, таким образом, дает читателю исчерпывающее однородное изложение всего предмета… Данная книга принесет пользу всякому, изучающему кинетику химических реакций. Книга представляет собой крупный вклад советской науки в современную физическую химию. Она незаменима для всякого, кто хотел бы приступить к работе в данной области».

Оценивая роль Я.Б. Зельдовича в теории распространения пламени, Н.Н. Семенов отмечал: «Эта очень трудная и важная задача была разрешена за последние 3-4 года доктором физ. мат. наук Зельдовичем. Его работы превращают горение из стоящей особняком области знания в одну из глав химической кинетики. В противоположность другим нашим сотрудникам, продолжавших развитие центрального направления теории цепных реакций, Зельдович вложил в свои работы совершенно новые и оригинальные идеи не связанные с ходом моих идей. Именно поэтому его работы и дали возможность существенно расширить область химической кинетики и цепных реакций, и именно поэтому мы объединяем свои работы и совместно выступаем на соискание премии имени Сталина».

Согласно протоколу № 2 заседания секции химических наук Комитета по Сталинским премиям от 29 декабря 1940 г., по группе работ акад. Семенова Н.Н. и проф. Зельдовича Я.Б., посвященных развитию цепной теории и теории горения, было принято решение «Рекомендовать представить к премии по научным работам, как выдающуюся теоретическую работу в области кинетики химических реакций и процессов горения, получившую всеобщее признание в СССР и заграницей». В справке к баллотировочному листу научных работ и изобретений, отобранных секциями Комитета по Сталинским премиям для присуждения премии имени Сталина под № 17 значится цикл работ академика Н.Н. Семенова и профессора Я.Б. Зельдовича, посвященных развитию теории цепных реакций и теории горения, где «впервые на основе современных законов химической кинетики авторами разработана теория цепных реакций и процессов горения. Разработаны методы определения ряда промежуточных продуктов весьма малой продолжительности существования. Выводы из работы имеют большое значение для рационализации процессов сжигания моторных топлив, усовершенствования двигателей внутреннего сгорания, а также для углубленного понимания явлений взрывов. Работа имеет выдающееся теоретическое значение и получила всеобщее признание в СССР и за границей».

Новоиспеченные номинанты были молоды – директору Института химической физики (ИХФ) АН СССР академику Семенову 44 года, зав. лабораторией горения газов ИХФ, профессору, доктору физико-математических наук Зельдовичу - только 26 лет [10].

14 января 1941 года председательствующий  на вечернем пленарном заседании  Комитета по Сталинским премиям  академик Бах очень четко обрисовал  ситуацию по химической секции: «У нас больше кандидатов, чем премий. Среди выставленных кандидатов, не по своей вине, числюсь и я. Кроме того, выставлены академик Курнаков, академик Фрумкин и академик Семенов. Говорить о значении работ академиков Курнакова, Фрумкина и Семенова много не приходится, потому, что мы эти кандидатуры обсуждали в прошлый раз. По существу, они являются основоположниками физической химии и далеко продвинули вперед эту науку. Нет никакого сомнения в том, что они являются крупными авторитетами в этой области. Таким образом, по нашей секции на 1-ю премию выставлены четыре кандидата: Бах, Фрумкин, Курнаков и Семенов».

В результате, решением Комитета по Сталинским премиям в области науки и изобретательства при Совете Министров СССР от 13 марта 1940 года, за работы «Теория цепных реакций» и «Тепловая теория горения и взрывов» Н.Н. Семенов был удостоен Сталинской премии 1-й степени за 1940 год.

Два года спустя, в 1943 году, Я.Б. Зельдович стал лауреатом Сталинской премии 2-й степени по химии.

Н.Н. Семенов как создатель теорий цепных разветвленных реакций, горения и взрывов, не мог остаться в стороне от практических работ по использованию атомной энергии в мирных целях. В конце 1945 г. он обратился в правительство с предложением об активном привлечении его лично и руководимого им института к созданию атомного оружия, при этом он формулирует целый ряд задач, которые институт должен был решить теоретически и экспериментально. Постановлением Совета Министров СССР от 9 апреля 1946 г. Институту химической физики было поручено проведение расчетов, связанных с конструированием атомных бомб, измерение необходимых констант и подготовка полигона и оборудования для оценки поражающего действия ядерного оружия. Под руководством Семенова институт выполнил все задания и внес весомый вклад в создание нашего ядерного оружия. Ряд руководителей советского атомного проекта были представителями школы Н.Н.Семенова и его учениками (Ю.Б. Харитон, К.И. Щелкин, Я.Б. Зельдович, М.А. Садовский и др.). В 1949 году за эту работу Н.Н. Семенов в составе группы ученых был удостоен звания лауреата Сталинской премии.

За исследования механизма химических реакций открытых им еще в 1928 году, в 1956 году Н.Н. Семёнов был удостоен Нобелевской премии по химии (вместе с Сирилом Н. Хиншелвудом). Кстати, именно Хиншелвуд четырежды был номинатором Н.Н. Семенова на Нобелевскую премию (1946, 1947, 1948, 1950). Отзыв С.Н. Хиншелвуда, данный им в 1935 г. на одну из работ Н.Н. Семенова по химической кинетике, был приложен к пакету документов при выдвижении в 1940 году работ Н.Н. Семенова и Б.Я. Зельдовича на соискание Сталинской премии.

Ряд работ Семёнова посвящен исследованию каталитических процессов: он открыл ионно-гетерогенный тип катализа, совместно с В. В. Воеводским и Ф. Ф. Волькенштейном построил теорию гетерогенного катализа (1955). В этой связи интересны две заявки, поданные сотрудниками ИХФ АН СССР 29 декабря 1950 г. на выдачу авторских свидетельств. Первая заявка под названием «Влияние покрытия тетраборатом калия насадки и поверхности реактора в процессах окисления газообразных парафиновых углеводородов в ценные кислородосодержащие продукты» подана Н.Н. Семеновым, А.Б. Налбандяном, Н.А. Клейменовым, Л.В. Кармиловой и Г.В. Гринкевич. Описывая предмет изобретения, авторы отметили: «Открыто, что в процессах окисления газообразных парафиновых углеводородов, покрытие реактора и насадки тетраборатом калия повышает выход ценных кислородосодержащих продуктов почти в два раза по сравнению с выходом, получаемых в отсутствии обработки». Рассмотрев заявку и все относящиеся к ней материалы, Управление по изобретениям и открытиям Гостехники СССР предложило заявителям представить дополнительный материал, отражающий перспективы промышленного внедрения их метода и заключния соответствующих заинтересованных организаций. С теми же рекомендациями была возвращена и заявка на «Материал реактора для процесса окисления газообразных парафиновых углеводородов в ценные кислородосодержащие продукты», поданная Н.Н. Семеновым, А.Б. Налбандяновм, А.М. Маркевичем, Н.С. Ениколоповым, Н.А. Клейменовым, Л.В. Кармиловой, Г.В. Гринкевич, С.Я. Бейдер и Н.И. Винниковой. При принятии к рассмотрению обе заявки были переименованы и в дальнейшем проходили под одним названием «Катализатор для процесса окисления газообразных парафиновых углеводородов»[10].

30 января 1962 года в Комитет  по делам изобретений и открытий  при СМ СССР поступила заявка Семенова Н.Н., Романова Л.М., Еникополова Н.С. и Раковой Г.В. о выдаче им авторского свидетельства на «Способ получения полиформальдегида путем полимеризации триоксана». Эксперты не нашли в предложенном заявке способе элементов существенной новизны, поэтому Отдел химии ВНИИГПЭ не нашел основания для выдачи авторского свидетельства. Однако, изобретатели не согласившись с таким решением, представили дополнительные объяснения своего изобретения. В результате отдел химии ВНИИГПЭ признал возможным отменить предыдущее решение и выдать по данной заявке не подлежащее опубликованию авторское свидетельство на «Способ получения высокомолекулярного полиформальдегида». 13 января 1965 г. директор ИХФ АН СССР Н.Н. Семенов отправил начальнику отдела патентования и патентной экспертизы Госкомитета по делам изобретений и открытий СССР Л.А. Иноземцеву письмо с просьбой снять с патентования за границей данное изобретение ввиду того, что сущность изобретения раскрыта в ряде появившихся американских патентах. В результате запрещающий гриф был заменен на гриф «Разрешается к опубликованию в открытой печати», а 29 сентября 1965 года описание изобретения было опубликовано в Бюллетене № 16.

Н. Н. Семенов  - автор научного открытия «Явление энергетического разветвления цепей в химических реакциях», занесенного в 1962 году в Государственный реестр открытий СССР под № 172.

В 1963 году Н.Н. Семенов совместно с А. Е. Шиловым установил роль энергетических процессов в развитии цепных реакций при высоких температурах.

В конце 60-х начале 70-х годов Институт химической физики, возглавляемый академиком Н.Н. Семеновым, вел совместные экспериментальные работы с Центральным научно-исследовательским институтом технологи машиностроения (ЦНИИТМАШ), Ленинградским заводом турбинных лопаток (ЛЗТЛ) и Уралмашзаводом. Одним из результатов работы стали 4 совместные заявки на изобретения.

Так, 23 июля 1969 года были зарегистрированы две коллективные заявки: «Устройство для сжигания газовоздушной смеси» и «Способ сжигания газовоздушной смеси в грелках печи безокислительного нагрева металлов». 6 марта 1970 года по первой заявке (авторы – Н.Н. Семенов, Л.А. Гусак, В.К. Боболев и др., всего 11 человек), было принято решение о выдаче авторского свидетельства, не подлежащее опубликованию в открытой печати. Изобретение было зарегистрировано под № 295467 в Государственном реестре изобретений в ноябре 1970 года. На второе изобретение (авторов 7 человек, в т.ч. Н.Н. Семенов) также было выдано не подлежащее опубликованию в открытой печати авторское свидетельство № 287691.

Удачной была и заявка на «Проходную газовую печь безокислительного нагрева» группы сотрудников ИХФ АН СССР, ЦНИИТМАШ и ЛЗТЛ, зарегистрированная 4 марта 1971 года. Среди многочисленных авторов (17 человек) был и директор ИХФ академик Н.Н. Семенов. Отдел цветной металлургии ВНИИГПЭ посчитал возможным выдать авторское свидетельство на данное изобретение. По просьбе и.о. директора ЦНИИТМАШ Н.Н. Зорева, в связи с предполагаемым патентованием данного изобретения в США, ФРГ, Англии, Франции, Италии, Швеции и Японии его открытая публикация была приостановлена до 14 декабря 1977 года.

29 мая 1975 года была зарегистрирована  коллективная заявка сотрудников  ИХФ АН СССР, ЦНИИТМАШ и Уралмашзавода о выдаче авторского свидетельства на созданное в связи с выполнением служебного задания изобретения «Способ нагрева металла под термическую обработку в газовой камерной печи», поданную 17 авторами, в т.ч. и Н.Н. Семеновым. При первом рассмотрении всех материалов заявки Отдел металлургии ВНИИГПЭ не нашел оснований для выдачи авторского свидетельства по данной заявке. От имени всех авторов доказывать свою правоту стали сотрудники ЦНИИТМАШ М.С. Хазанов и В.И. Мороз. Рассмотрев возражения заявителя и материалы заявки с учетом известного решения той же задачи и заключения организации-заявителя о промышленной полезности предложения, Отдел металлургии ВНИИГПЭ посчитал возможным признать данное техническое решение изобретением и выдать авторское свидетельство на «Способ нагрева металла под термообработку» [5, с.114].