Гильберт Ньютон Льюис (; 23 октября 1875 года, Уэймут, Массачусетс, США — 23 марта 1946 года, Беркли, Калифорния) — американский .
Автор основных научных работ в области химической термодинамики, фотохимии, химии изотопов, ядерной физики. Предложил новую формулировку третьего начала термодинамики. В 1912—1916 годах предложил и развил электронную теорию химической связи, впервые объяснил ионную и гомеополярную (ковалентную) связи, разработал методы расчёта свободных энергий химических реакций. В 1926 году ввёл термин фотон для обозначения мельчайшей единицы излучения.
Детство и учёба Гилберт Ньютон Льюис родился 25 октября 1875 года недалеко от Бостона (штат Массачусетс, США). В первые годы жизни родители Льюиса занимались его домашним обучением. В девятилетнем возрасте он переехал с родителями в город Линкольн (штат Небраска), где уже в тринадцать лет поступил в подготовительную школу Университета Небраски в Линкольне. По её окончании стал студентом университета, где учился до начала третьего курса. В 1893 году, перевёлся в Гарвардский колледж, а после его окончания (1896) провёл год, обучаясь в Академии Филлипса в Эндовере. Затем Льюис вернулся в Гарвард, чтобы получить учёную степень. Став магистром искусств (1898) и доктором философии (1899), написал диссертацию на тему «Некоторые электрохимические и термохимические отношения амальгам цинка и кадмия»With T. W. Richards. Some Electrochemical and Thermochemical Relations of Zinc and Cadmium Amalgams. Proc. Amer. Acad., 34:87; Z. phys. Chem., 28 (1899): i., которая была опубликована в соавторстве с Теодором Уильямом Ричардсом.
Дальнейшая карьера В 1904 году, пробыв год в Гарвардском университете на должности преподавателя, Льюис уехал на стажировку за границу. Сначала он посетил Лейпциг, где провёл семестр вместе с В. Ф. Оствальдом, затем прибыл в Гёттинген к В. Г. Нернсту.
Затем вернулся в Гарвард, проработав здесь 3 года в качестве инструктора, после чего принял посты руководителя мер и весов на Филиппинских островах и химика в бюро науки в Маниле.
Зачастую учёный предпочитал всем своим занятиям погоню за чистой наукой, и потому, даже будучи чрезвычайно занятым человеком, он находил достаточное количество средств и времени на изучение разложения оксида серебраThe Autocatalytic Decomposition of Silver Oxide. Bull. Gov. Lab. Manila, P. I., 30; Proc. Amer. Acad., 40:719; Z. phys. Chem., 52:310.. Более того, на его счету имеется также доклад на тему «Гидратация в растворах»Hydration in Solution. Bull. Gov. Lab. Manila, P. I., 30; Z. phys. Chem., 52:224..
В 1905 году Льюис вернулся в США, чтобы присоединиться к известной группе физических химиков, организованной в Массачусетском технологическом университете Артура Нойеса, которая активно стимулировала физико-химические исследования в Соединённых Штатах. 7 лет, которые Льюис провёл в МТИ, были отмечены очень интенсивной научной активностью (как экспериментальной, так и теоретической), которая далее сопровождала всю его карьерную деятельность. Результаты работы за данный период опубликованы более чем в 30 журналах. Некоторые из результатов были особенно важны и даже на сегодняшний день достаточно распространены среди физико-химиков. Среди достижений — открытие ряда точно определённых электродных потенциалов элементов, которое, как говорил сам Льюис, принесло ему наибольшее удовлетворение.
Именно в вышеупомянутый период Льюис написал свои эпохальные статьи, «Очерки новой системы химической термодинамики» (1907)Outlines of a New System of Thermodynamic Chemistry. Proc. Amer. Acad., 43:259; Z. phys. Chem., 61:129. и «Свободная энергия химических веществ»The Free Energy of Chemical Substances. J. Amer. Chem. Soc, 35:1. With F. G. Keyes. The Potential of the Lithium Electrode. J. Amer. Chem. Soc, 35:340.. Они явились тем началом, которое дало продолжение в лице объёмной серии статей по экспериментальному определению свободных энергий. Уже в 1923 году вышла его большая работа, написанная при участии Мерли Рендела: «Термодинамика и свободная энергия химических соединений»With M. Randall. Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances. New York, McGraw-Hill..
Однако Льюис не принадлежал к числу людей, предпочитавших сосредоточивать свои силы на одном или двух направлениях. В вышеупомянутый период в результате встречи с Альбертом Эйнштейном учёный стал одним из основоположников и соавторов теории относительности, не пользовавшейся популярностью в то время. Льюис публиковал свои работы по данной теме совместно с Эдгаром Брайт Уилсоном, и позднее, с Эдвардом Чейсом Толманом.
К 1912 году Льюис прошёл через низшие профессорские чины и приобрёл достаточную репутацию для того, чтобы стать деканом Колледжа химии и председателем отделения химии в Университете Калифорнии, учреждении, которое благодаря лидерским способностям своего президента, Бенджамина Иде Уилера, вышло на свою нынешнюю позицию среди выдающихся американских университетов.
Льюис был избран членом Национальной академии наук США в 1913 году, через год после прибытия в Университет Калифорнии. Там он работал в качестве председателя секции химии. В 1934 году научный деятель подал в отставку из академии в знак чрезмерного доминирования одних людей по отношению к другим.
По ведению дел на химическом факультете (деловой единице) и в колледже химии (учебной единице) Льюис показал себя одним из ценных лидеров, способных влиять на членов организации естественным путём причин и убеждений, а не ссылаясь на искусственно созданные авторитет и позицию.
Работа Льюиса в Калифорнии была прервана в связи с началом Первой мировой войны. В декабре 1917 года он был переведён в газовую службу, позже в военно-химическую. В январе 1918 года учёный принял решение отправиться во Францию. Льюис начал работу в Париже на должности директора лаборатории Военно-химической службы, однако уже после вынужденного отправления на фронт в качестве наблюдателя во время крупного немецкого наступления в марте учёный написал проникновенный доклад начальнику. После получения доклада Льюиса генерал Амос Альфред Фриз назначил учёного начальником всей Военно-химической службы.
Находясь в этой должности, Льюис организовал американскую исследовательскую газовую оборонную школу. Она была установлена рядом со штаб-квартирой в Шомоне, в Хенлонском направлении. Эта школа тренировала около 200 офицеров газовой защиты в неделю для американской армии. Как следствие, потери от химических газовых атак, которые в начале 1918 года составляли большую часть всех жертв, вскоре упали до минимального процента от общих потерь. В 1922 году ему была присвоена медаль за выдающиеся заслуги, сопровождающаяся фразой: «Благодаря своей необычайной энергичности, выдающимся способностям и высоким техническим достижениям он оказывает чрезвычайно ценную услугу по обеспечению новыми данными об использовании и эффектах ядовитых газов и предоставлению докладов. На основе этих сообщений была в значительной степени построена противогазовая политика американских сил. Позднее, как начальник оборонного отдела химической военной службы, Льюис получил высокую оценку в защите наших офицеров и солдат против вражеских отравляющих газов и способствовал успеху американских военных сил в обеспечении более качественного и более эффективного использования газов, особенно горчичного, против врагов и, тем самым, оказал огромную услугу нашему правительству».
Льюис вернулся в Вашингтон незадолго до окончания войны, где был повышен в звании до подполковника и стал начальником учебного отдела химической военной службы. Его также наградили крестом Ордена Почётного легиона. Позднее Льюис вернулся в Университет Калифорнии, начав работать с ассистентом М. Ренделом над большим трактатом по термодинамике, упомянутом выше. Он был опубликован в 1923 году. Трактат состоял из результатов работы, начатой в 1899 году, и был представлен в серии из шестидесяти работПо материалам, изложенным в «A Biographical Memoir by Joel H. Hildebrand».
Научные достижения Научные достижения Льюиса очень велики. Его называют одним из самых выдающихся американских физических химиков (и химиков). Учёный также интересовался широким спектром научных проблем.
Первой работой Льюиса, относящейся к термодинамике, была совместная работа с Т. В. Ричардсом. Она называлась «Некоторые электрохимические и термодинамические взаимоотношения амальгам цинка и кадмия» и отражала результаты докторской диссертации. Профессор последовал за самой важной работой, в которой он исследовал константы в уравнении свободной энергии. Наиболее важным теоретическим трудом в тот период был «Очерк новой системы термодинамической химии».
В 1906 году Льюис установил равновесное значение потенциала кислородного электрода и доказал, что прямые измерения потенциала не дают равновесного значения. Это явилось началом длинной серии экспериментальных и теоретических исследований, призванных привести различные физико-химические методы в согласие. Затем он начал определение электродных потенциалов ряда элементов, включая литий, натрий, калий, рубидий, хлор, бром, йод, кислород, ртуть, серебро, таллий, свинец и железо. Все эти измерения были сделаны с точностью, которая во многом превосходила предыдущие данные других исследователей. Льюис также изобретал методы измерения потенциалов электродов из щелочных металлов.
В 1912 Льюис совместно с Барроу обратимо синтезировал мочевину. Это было первое типичное органическое соединение, синтезированное из неорганических материалов и элементов. Также в этом году учёный заложил основы точного расчёта водных растворов с вычислением активностей ионов сильных электролитов.
В 1916 Льюис высказал идею, что ковалентная химическая связь образуется за счёт обобществления пары электронов, то есть электронная плотность распределяется между двумя атомами, в противовес принятой тогда теории, что один из связанных атомов несёт положительный, другой отрицательный заряды. Эта теория сейчас называется электронной теорией химической связи. Впоследствии эта идея Льюиса была развита нобелевским лауреатом Ирвингом Ленгмюром и послужила отправной точкой для исследований Лайнуса Полинга. Льюис сформулировал идею, что завершённый внешний электронный слой содержит восемь электронов (хотя никогда не использовал собственно термина «октет»), а также предложил обозначать электроны точками у символа элемента. Его книга «Валентность и структура атомов и молекул» (1923) стала классической.
В 1917 году совместно с Гиббсом, он начал исследование в рамках третьего закона термодинамики, вернувшись к проблеме, которую он затронул в своей докторской диссертации.
В 1919, изучая магнитные свойства растворов кислорода в жидком азоте, он впервые обнаружил молекулы четырёхатомного кислорода O4.
Льюис всегда увлекался цветом. В 1920 году он посвятил ему лекцию по исследованиям факультета, которая ежегодно преподавалась одним из членов правления университета. В последние годы своей жизни он вернулся к изучению цвета и флуоресценции во взаимосвязи со структурой, опубликовав совместно со своими сотрудниками серию из 18 статей. В этой работе, как и раньше, он демонстрировал своё широкое знание органической химии, которое было не в полной мере оценено теми, кто прежде всего думал о нём как о физхимике.
В 1921 году Льюис вместе с Ренделом заложили основы для расчёта концентрированных растворов, освободив химиков от необходимости ограничиваться работой с разбавленными растворами. В том же году, в статье «Коэффициенты активности сильных электролитов», опять-таки в соавторстве с Ренделом, он рассмотрел всевозможные методы измерения коллигативных свойств растворов. Эта статья также провозглашала принцип ионной силы, которая после этого была разработана теоретически Дебаем и Хюккелем.