Смирнова Наталия Александровна

Доктор химических наук, профессор, заведующая кафедрой физической химии, лауреат Государственной премии СССР, заслуженный работник высшей школы РФ, член-корреспондент Российской академии наук.

Наталия Александровна Смирнова родилась 4 января 1933 года в Ленинграде в семье военного инженера. Во время войны была в эвакуации, возвратилась в Ленинград в 1945 году. В 1950 году окончила среднюю школу с золотой медалью и поступила на химический факультет ЛГУ, где уже училась ее старшая сестра Елена. Сестры продолжили профессиональную линию матери, выпускницы Московского университета, которая отдала химии много лет. В 1955 году Н. А. Смирнова окончила химический факультет ЛГУ по специальности «Физическая химия» и стала аспиранткой этого факультета. С 1959 по 1976 год она работала вначале младшим, а затем старшим научным сотрудником Научно-исследовательского института химии ЛГУ, совмещая научную работу с преподаванием. В 1961 году защитила кандидатскую диссертацию, в 1973 году — докторскую. Ее учителями в области термодинамики и физической химии были профессора А. В. Сторонкин и А. Г. Морачевский, академики Б. П. Никольский и М. М. Шульц. С января 1976 года Н. А. Смирнова — профессор кафедры физической химии Ленинградского (Санкт-Петербургского) госуниверситета, с марта 1997 года — заведующая этой кафедрой. В 1997 году избрана членом-корреспондентом РАН.

Научные исследования относятся к физической химии растворов, термодинамике фазовых равновесий, молекулярно-статистической теории флюидных систем, в последние годы особое внимание уделяется системам с надмолекулярной организацией. В работах Н. А. Смирновой (1) получили развитие молекулярно-статистические методы исследования растворов, сформулированы квазирешеточные модели однородных флюидов и поверхностных слоев, учитывающие наличие в молекулах различных химических групп и позволяющие описывать локальную упорядоченность и ассоциацию; (2) предложено новое уравнение состояния, основанное на дырочной квазихимической модели флюидной фазы в групповом варианте; уравнение успешно применяется для расчетов фазовых равновесий в сложных системах в широком диапазоне температур и давлений (в частности, для прогнозирования состояния нефтегазовых смесей); сформулированы варианты модели для описания свойств водно-органических растворов солей, а также растворимости газов, химически реагирующих с растворителем; (3) экспериментально установлены закономерности структурного и фазового поведения широкого круга водно-органических растворов; (4) изучены эффекты, возникающие при смешении поверхностно-активных веществ (ПАВ) и добавлении низкомолекулярных веществ; выявлены факторы, способствующие росту мицелл и повышению вязкости; впервые обнаружено изменение типа фазовых диаграмм систем полуполярное ПАВ—ионное ПАВ при изменении кислотности; проанализированы закономерности агрегации ионных жидкостей в водных растворах; (5) разработаны оригинальные методы прогнозирования фазовых диаграмм многокомпонентных мицеллярных систем; расширены возможности квазихимической модели мицеллообразования, позволяющей рассчитывать размеры, форму и состав мицелл с учетом молекулярной архитектуры ПАВ, состава раствора и внешних условий; модель впервые применена для описания и прогнозирования мицеллообразования в водных растворах индивидуальных ионных жидкостей и их смесей с классическими ПАВ; (6) методами компьютерного моделирования получена ценная, недоступная пока в физических опытах информация о молекулярной структуре мицеллярных агрегатов; (7) в рамках феноменологического термодинамического подхода сформулирован подход к изучению многокомпонентных многофазных систем, позволивший существенно упростить их описание (благодаря предложенной в кандидатской диссертации концепции «гетерогенного жидкого комплекса»), получено обобщение правил Вревского на многофазные системы, предложено уравнение политермы взаимной растворимости жидкостей. Н. А. Смирнова — автор более 280 печатных работ, в числе которых ряд монографий, обзоры, десятки статей в ведущих международных журналах. Ее работы во многом способствовали развитию молекулярно-статистического подхода в физико-химических исследованиях. Книга «Методы статистической термодинамики в физической химии» (1973) — первое руководство по статистической термодинамике, написанное химиком и для химиков (2-е изд. — 1982 год, дважды переводилась за рубежом). Многие оригинальные работы Н. А. Смирновой обобщены в ее монографии «Молекулярные теории растворов» (1987); ею написаны главы в ряде коллективных монографий. Она автор и соавтор нескольких учебных пособий. Читала лекции в университетах Германии, Франции, США, Японии и многих других стран. Лейпцигский университет присвоил ей почетное звание Оствальдовского профессора.

С 2000 года Н. А. Смирнова совместно с проф. А. Г. Морачевским руководила ведущей научной школой «Термодинамика и молекулярно-статистическая теория сложных флюидных систем». В настоящее время она — руководитель научной школы «Физическая химия сложных флюидных систем». Деятельность школы направлена на изучение широкого круга проблем в области физической химии жидких и газообразных систем разной природы. Объектами исследования являются ассоциированные низкомолекулярные растворы, водно-органические растворы электролитов, многокомпонентные системы при высоких значениях давления и температуры, включая нефтегазовые смеси, растворы классических поверхностно-активных веществ, ионных жидкостей и полимеров, полимерные гели, термотропные и лиотропные жидкие кристаллы, неоднородные флюиды в порах углеродистых материалов и полимерных нанокомпозитов, клатрат-гидраты в полостях льда и др. В последние годы центральное место в исследованиях занимают флюидные системы, в которых процессы самоорганизации приводят к образованию надмолекулярных нано- и мезо-структур. Работы направлены на установление количественных связей между молекулярным строением компонентов, их структурным поведением и макросвойствами, а также на разработку методов прогнозирования свойств.

Для решения широкого круга проблем физической химии флюидных систем Н. А. Смирнова и ее ученики активно используют наряду с экспериментом методы статистической термодинамики и компьютерного моделирования. Исследования коллектива в течение многих лет поддерживаются грантами РФФИ, ИНТАС и др. Многие работы были связаны с решением прикладных задач, таких как оптимизация технологических процессов разделения веществ путем ректификации, абсорбции и экстракции, получение композиций ПАВ с требуемым агрегативным, фазовым и реологическим поведением, предотвращение осаждения асфальтенов из сырой нефти, выявление факторов, влияющих на сорбцию метана в угольных пластах и т. д. Существовало многолетнее, продолжавшееся до начала 1990-х годов, сотрудничество коллектива с крупными проектными институтами (Государственный научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза (ГИАП), Гипрокаучук, Нефтехим, Пластполимер, Инсти-тут нефти и газа имени И. М. Губкина и др.), а начиная с 1990-х годов — сотрудничество с известными иностранными фирмами (Procter & Gamble, Schlumberger, Air Products & Chemicals и др.).

Вот уже более 40 лет Н. А. Смирнова постоянно читает курсы лекций (статистическая термодинамика, физическая химия, молекулярные теории растворов), руководит работами студентов, аспирантов и сотрудников, исследованиями по грантам и контрактам. В числе учеников Н. А. Смирновой 23 кандидата и 4 доктора наук. Значительный и признанный вклад в мировую науку внесли ученики Н. А. Смирновой — профессора СПбГУ А. И. Викторов (новое уравнение состояния, молекулярно-статистическая теория растворов ионных амфифильных веществ разной природы, полимерных набухающих наноструктурных гелей, ионообменных полимерных мембран, растворов асфальтенов и др.) и Е. П. Соколова (термодинамика жидкокристаллических систем — с особым вниманием к смешанным мезоморфным фазам, имеющим нематическую упорядоченность: молекулярно-статистические модели для расчета температур фазовых перехо-дов и параметров порядка, экспериментальные фазовые диаграммы). Ученица Н. А. Смирновой проф. Е. М. Пиотровская (1947–2007) — один из признанных лидеров в области компьютерного моделирования для решения физико-химических задач. Бывшие дипломанты и аспиранты Н. А. Смирновой успешно работают в университетах Германии и США.

Установление закономерностей поведения сложных флюидных систем, выявление связей между молекулярными характеристиками компонентов, надмолекулярными структурами, которые образуются в системе, и макроскопическим поведением системы при заданных условиях — фундаментальная задача современной физической химии. Исследования Н. А. Смирновой и возглавляемой ею научной школы способствуют решению этой задачи и помогают целенаправленному поиску систем с требуемым поведением на нано-, мезо- и макроуровнях. Работы касаются прежде всего «мягких» систем, общей чертой которых является наличие над-молекулярной упорядоченности и которые занимают промежуточное место между твердыми кристаллами и обычными жидкостями. Такие системы — важнейшие и перспективные объекты современных нанотехнологий, играющие особую роль в биологии и медицине.

Н. А. Смирнова — член Научного совета по химической термодинамике РАН и Научного совета РАН по коллоидной химии и физико-химической механике, председатель секции физической и коллоидной химии Всероссийского химического общества имени Д. И. Менделеева, член редакционных коллегий «Журнала физической химии», «Журнала прикладной химии» и журнала «Жидкие кристаллы». Исследования Н. А. Смирновой были отмечены Государственной премией СССР (1987), трижды, в 1976, 1984 и 2004 годах, ей присуждалась премия Санкт-Петербургского (Ленинградского) университета за лучшие научные работы года. В 1999 году она удостоена почетного звания «Заслуженный работник высшей школы Российской Федерации», в 2003 году награждена орденом Дружбы. В 2005 году избрана почетным профессором Санкт-Петербургского университета.

Основные публикации

• Методы статистической термодинамики в физической химии. М., 1973 (2-е изд. — 1982; пер. на польск. яз. — 1980, японск. яз. — 1989). Термодинамика разбавленных растворов неэлектролитов. Л., 1982 (в соавторстве).
• Молекулярные теории растворов. Л., 1987.
• Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство: Учеб. пособие / Под ред. Б. П. Никольского. Л., 1987 (в соавторстве).
• Термодинамика равновесия жидкость—пар / Под ред. А. Г. Морачевского. Л., 1989 (в соавторстве).
• Quasilattice Equations of State for Molecular Fluids // IUPAC volume «Equations of State for Fluids and Fluid Mixtures» / Ed. by J. V. Sengers, M. V. Ewing, R. F. Kayser, C. J. Peters. Pt. I. Elsevier, 2000 (в соавторстве).
• Фазовое поведение и формы самоорганизации растворов смесей поверхностно-активных веществ (обзор) // Успехи химии. 2005. Т. 74. № 2.
• Межмолекулярные взаимодействия. Основные понятия. СПб., 2008 (в соавторстве).