在炼金术之后:诺贝尔化学奖获得者100年图说:全彩视图本

第47章 1949年度 威廉·吉奥克

　　因对超低温状态下物质性质研究的杰出贡献而荣获1949年诺贝尔化学奖

　　威廉·弗·吉奥克（美国，1895～1982年），1895年5月12日生于加拿大尼亚的加拉。1916年进入美国加利福尼亚大学伯克利分校化学系学习，1920年获理学学士学位，1922年获化学博士学位，后一直留任加州大学直至1962年退休。

　　吉奥克长期从事化学热力学的研究，尤其致力于对热力学第三定律和超低温状态下有关变化的平衡条件和反应特性的研究，最重要的贡献是创造了接近于绝对温标零度（-273.15℃）的理想环境，从而为研究物质在超低温状态下的性质、反应和制备各种新材料提供了极为有利的条件，因而他被誉为是制造“极冷反应”的发明家。

　　卡莫林最先利用节流膨胀的焦耳-汤姆孙效应，制成空气液化机（空气中氮的临界温度为126.2K，氧的临界温度为154.8K），并于1895年创办了大型液化空气工厂。1898年，卡莫林和昂内斯以液态空气预冷氢，并利用焦耳-汤姆孙效应使氢气液化（氢的临界温度为33.3K）。1908年，昂内斯用液氢作预冷使最难液化的氦液化（氦的临界温度为5.3K）。

　　1926年，吉奥克和德拜独立地提出“顺磁绝热去磁法”。顺磁盐中磁性离子周围是非磁性离子和结晶水，磁距间的作用很小，在绝热去磁的起始温度（0～1K）下各磁矩的取向呈无规律分布。加外磁场后，顺磁盐被磁化，各磁矩呈有序排列，从而熵减小。在绝热条件下撤去外磁场，磁矩恢复混乱排列，磁矩的熵增加，但绝热过程总熵不变，故晶格振动的熵减小，表现为温度下降。绝热去磁时先将顺磁盐用液氦预冷，加外磁场使之磁化，磁化热被液氦吸收，然后在绝热条件下去磁，可产生明显的致冷效果。吉奥克认为，磁场可使顺磁物质的熵值降低，顺磁物质绝热退磁可以获得超低温。基于这一理论，吉奥克于1933年首次获得0.25K的超低温，使超低温技术获得空前发展（前人用液氦真空蒸发，仅达到1K）。吉奥克利用此法发现了氧的同位素17O和18O（质谱分析结果认为氧的同位素只有18O）。在此基础之上，前苏联物理学家卡皮察于1934年制成了不需液氢只用液氮预冷的氦液化机。因为，液氦在1个大气压的沸点为4.2K，用减压蒸发法可得0.5K以下的低温。也就是说吉奥克的发明为后继者提供了一个可靠的理论平台。直到20世纪60年代以前，该方法一直是获得mK级低温的唯一方法。但该方法也有其缺点，即不能连续工作，致冷能力较低。由于吉奥克在化学热力学领域，特别是在极低温下物质性质方面的研究成就而荣获1949年化学领域的最高荣誉。

　　1982年3月28日，吉奥克病逝于加利福尼亚伯克利。