John Charles Polanyi

Polanyi muutti perheensä kanssa Iso-Britanniaan juuri natsien valtaannousun kynnyksellä Saksasta. Polanyin isä lähetti poikansa Kanadaan turvaan Saksan Luftwaffen Lontoon pommituksilta ja Kanadassa Polanyi oli oppilaana Toronton yliopiston koulussa. Polanyi palasi Iso-Britanniaan, jossa suoritti koulunkäyntinsä loppuun. Hän aloitti opintonsa Manchesterin yliopistossa ja suoritti maisterin tutkinnon v. 1950 ja väitteli tohtoriksi molekyylien sidosenergioiden mittaamisesta kolme vuotta myöhemmin. Polanyi puntaroi tulevaisuuttaan runoilija, mutta hänen isänsä, Michael Polanyi, ollessa yliopiston professorina kemian laitoksella, Polanyi päätyi valitsemaan kemian. Sittemmin Polanyi oli tutkijana vuodet 1952-4 Kanadan kansallisessa tutkimuslaitoksessa (National Research Council, NRC) ja työskenteli Edgar Steacien kanssa. Polanyin myöhempään tutkimussuuntaukseen vaikutti Steacien tutkimusalana ollut alkeisreaktioiden tutkimus käyttäen UV-valoa ja fotosensitaatiota^[a]. Vuodet 1954-6 Polanyi oli tutkijana Princetonin yliopistossa. Vuonna 1956 Polanyi palasi Toronton yliopistoon, jossa hän oli aluksi luennoitsija ja apulaisprofessori vuodesta 1957 lähtien. Hänet nimitettiin professorin virkaan v. 1962.

Polanyi on mm. National Academy of Sciencesin ja Royal Societyn jäsen. Polanyille myönnettiin mm. kemian Wolfin palkinto v. 1982 (yhdessä George Pimentel'n kanssa) ja Faraday-luennoitsija-palkinto (Michael Faradayn mukaan) v. 2010. Polanyin arvostuksesta Kanadassa on todettavissa se, että hän on ollut aiheena painetussa postimerkkissä ja hänelle myönnettiin v. 1974 Order of Canada-ansio.

Polanyin tutkimus NRC:ssä keskittyi pääosaltaan siirtymätilateoriaan. Hän totesi teorian olevan riittämätön arvioimaan siirtymätilassa vallitsevia energioita. Paljolti näistä syistä Polanyi päätyi Gerhard Herzbergin laboratorioon tekemään spektroskoopista tutkimusta, mm. jodimolekyylin virittämisestä rotaatio- ja vibraatioenergioilla. Myöhemmin Princetonin yliopistossa hän yhdessä Hugh Taylorin kanssa tutki vetyatomin ja otsonin välisen reaktion vibraatioenergisesti virittyneitä tuotteita. Palattuaan Toronton yliopistoon Polanyi keskittyi tutkimaan alhaisissa reaktiolämpötiloissa eksotermisen H + Cl₂-reaktion vibraatioenergialla (ks. Molekulaarinen jakaumafunktio) virittyneitä HCl-molekyylejä ja F + H₂-reaktiota.^[1][2] Tällöin hän (yhdessä Kenneth Cashionin kanssa) havaitsi reaktiosta HCl-molekyylien kemilumenesenssia spektrin infrapuna-alueella (IR). Tämän havainnon seurauksena käytetään IR-kemilumenesenssia reaktion tuotteiden, jotka emittoivat IR-säteilyä, analyysissä. Tutkimalla seikkaperäisesti tuotteiden emissioita, Polanyi pystyi yhdistämään ne reaktiossa tapahtuvaan kemiallisen sidoksen muutokseen. Reaktiodynamiikan tutkimukseen Polanyi tarvitsi reaktion molekyylien sidoksien muutoksiin laskennallisia menetelmiä kuten Monte Carlo-liikeratalaskenta.

Näinä aikoina otettiin myös ensimmäisiä tutkimusaskeleita laserin toimintaperiaatteessa, jonka seurauksena Polanyi oivalsi nopeasti tutkimuksensa merkityksen voimakkaan laserin kehittämisessä. Erityisesti fluoriatomin ja vetymolekyylin välisessä reaktiossa tuote HF ei muodostu elektronisella viritystilalla, vaan 3/4 reaktiossa vapautuneesta energiasta siirtyy vibraatio- ja rotaatiotilojen virittämiseen. Ne vibraatiotiloja vastaavat molekyylin värähtelyt, jotka ovat aktiivisia infrapuna-alueella, voivat luovuttaa ylimääräenergiaansa infrapuna-alueen kemilumenesenssina. Polanyi havaitsi, että reaktiossa F + H₂ = HF + H tuotteen HF kolmella alimmalla vibraatiotilalla oli käänteismiehitys, ts. energiassa ylemmät vibraatiotilat olivat enemmän miehittyneet kuin Boltzmannin jakaumalaki mahdollistaisi. Käytännössä näiden ylempien vibraatiotilojen miehityksen purkautuminen on havaittavissa infrapuna-alueen laseremissiona.^[3] Tästä on sovelletus kemiallisena laserina ja se tuottaa jatkuvaa säteilyä (2,7 - 2,9):n mikrometrin aallonpituudella. Säteilyenergia voi olla megawatteja.

Myöhemmin Polanyi alkoi käyttää tunnelointimikroskooppia kemiallisen dynamiikan tutkimuksessa molekyylikohtaisesti eri metallien pinnolla.

John Polanyi isä, Michael Polanyi (11.3. 1891 - 22.2. 1976), oli Kaiser Wilhelm-yhdistyksen kemian professori ja sittemmin Manchesterin yliopiston yhdyskuntatieteen professori. Michael Polanyin pääasialliset tutkimuskohteet olivat kemiallinen kinetiikka, röntgensädediffraktio ja kaasujen adsorptio.