|
Сообщаем Вам, что в 2009 году этот сайт переехал на новый домен Chemistry48.RU
ЛЕНГМЮР (Langmuir), Ирвинг
31 января 1881 г. – 16 августа 1957 г.
Нобелевская премия по химии, 1932 г.
Американский
химик Ирвинг Ленгмюр родился в Нью-Йорке, в Бруклине. Он был третьим
ребенком в семье Чарльза и Сэйди (Каминг) Ленгмюр. Отец его, шотландец
по происхождению, работал страховым агентом, а род его матери восходил
к первым английским переселенцам-пуританам, которые высадились на землю
Северной Америки с корабля «Мейфлауэр» в 1620 г. Ленгмюр посещал школы
в Париже, Нью-Йорке и Филадельфии, а затем поступил в Институт Пратта в
Бруклине, который окончил в 1899 г.
Став
студентом Колумбийского университета, Ленгмюр записался и в Горный
институт, поскольку, как он объяснял позднее, «там давали хорошую
подготовку по химии». «Знаний по физике там давали больше, чем на
химическом отделении, по математике – больше, чем на физическом, а я
хотел изучить все три эти дисциплины». В 1903 г. он получил диплом
инженера-металлурга и уехал в Германию, где продолжил свое обучение в
Геттингенском университете под руководством физикохимика Вальтера
Нернста. Занимаясь исследовательской работой в Геттингене, Ленгмюр
сосредоточил внимание на диссоциации различных газов при
соприкосновении с раскаленной платиновой проволокой – теме, тесно
связанной с его будущими промышленными исследованиями электрического
освещения. В 1906 г. Геттингенским университетом ему была присуждена
докторская степень.
Получив два
образования – химическое и по математической физике, – Ленгмюр встал
перед выбором: начинать ли свою карьеру в высокооплачиваемой сфере
промышленной химии, как это сделал его старший брат Артур, или
посвятить свою жизнь фундаментальным научным исследованиям? Отдав
предпочтение последнему, он вернулся в Америку и в течение трех лет
работал преподавателем химии в Стивенсоновском технологическом
институте в Хобокене (штат Нью-Джерси).
Поскольку
Ленгмюр обнаружил, что у него остается слишком мало времени на
проведение собственных исследований, он летом 1909 г. ушел из
технологического института в научно-исследовательскую лабораторию
компании «Дженерал электрик» в Шенектаде (штат Нью-Йорк). Лаборатория
«Дженерал электрик», которой тогда руководил Уиллис Р. Уитни,
разрабатывала новую концепцию промышленных исследований. Дело в том,
что первоначально промышленное применение электричества приносило доход
благодаря знаниям, которые были собраны академическими учеными в XIX
столетии. Затем, в первом десятилетии XX в., руководство «Дженерал
электрик» решило, что компания должна внести свой вклад в развитие
научных знаний. Уитни, который в свое время пришел сюда по окончании
Массачусетского технологического института, поощрял желание Ленгмюра
разработать собственную программу исследований. Свобода и великолепные
возможности, которые предоставлялись в лаборатории для проведения
научных исследований, открыли перед Ленгмюром весь спектр тех спорных и
важных проблем, которые он решал на протяжении своей профессиональной
деятельности.
В основе его
первого крупного вклада в науку лежали исследования, проведенные им в
ходе подготовки докторской диссертации. Они касались характеристик
нитей по их способности гореть в различных газах. Через три года после
того, как Ленгмюр начал работать в компании «Дженерал электрик», он
оспорил общепринятое среди инженеров-электриков представление о том,
что безукоризненная лампа получается благодаря безукоризненному
вакууму. Вместо этого он доказал, что если колба электрической лампы
наполнена азотом, то лампа светит сильнее и ярче, чем любая другая.
Простота и эффективность новой электрической лампы обеспечивала
экономию огромного количества энергии (что в свою очередь позволяло
потребителям экономить приблизительно миллион долларов в день на счетах
за электричество) и принесла большую прибыль компании «Дженерал
электрик».
Интерес Ленгмюра к
явлениям, связанным с вакуумом, привел его к изобретению в 1916 г.
ртутного высоковакуумного насоса. Этот насос был в 100 раз более
мощным, чем любой из ранее существовавших, и с его помощью Ленгмюру
удалось создать низкое давление, необходимое для изготовления вакуумных
трубок, которые применяются в радиотехнике. Приблизительно в это же
время Ленгмюр подверг анализу узкую пластинку вольфрама, покрытую
оксидом тория, с целью установить ее способность испускать электроны.
Он обнаружил, что вольфрамовая нить «ведет себя лучше всего», если она
покрыта слоем оксида тория толщиной всего в одну молекулу. Это открытие
заставило Ленгмюра обратиться к изучению поверхностных явлений –
молекулярной активности, которая наблюдается в тонких покрытиях или на
поверхностях. В этом фактически двухмерном мире он изучал адсорбцию и
поверхностное напряжение, а также поведение тонких покрытий жидких и
твердых тел. Адсорбцию – способность определенных веществ удерживать на
своей поверхности молекулы других веществ – исследовали в XIX в.
шотландский химик Джеймс Дьюар и американский физик Джозайя Уиллард
Гиббс. Однако обобщенная, опирающаяся на результаты экспериментов
концепция все еще не была выработана.
Основываясь
на имеющихся достижениях в области теории строения атома, Ленгмюр
описал химическое поведение поверхностей как поведение отдельных атомов
и молекул, которые занимают определенные места, подобно фигурам на
шахматной доске. Он также установил, что в явлении адсорбции принимают
участие 6 сил: кулоновские силы, дипольные межмолекулярные силы,
валентные силы, силы притяжения Вандер-Ваальса (названные так по имени
Яна Дидерика Ван-дер-Ваальса), силы отталкивания, вызываемые
непроницаемостью заполненных электронных оболочек, и электронное
давление, которое уравновешивает силы кулоновского взаимодействия. Во
время первой мировой войны Ленгмюру пришлось прервать изучение химии
поверхностей, так как он разрабатывал механизм обнаружения подводных
лодок для военно-морских сил США.
После
войны Ленгмюр заинтересовался атомной структурой, в особенности
вопросами, лежащими на стыке химии и физики. Опираясь на модель атома,
предложенную Нильсом Бором, и химические теории Джилберта Ньютона
Льюиса, Ленгмюр внес свой вклад в развитие учения об атоме, описав
химическую валентность (способность атомов образовывать химические
связи) как зависящую от заполнения электронами электронной «оболочки»,
которая окружает атомное ядро.
В
1923 г. Ленгмюр приступил к продолжавшемуся в течение девяти лет
исследованию свойств электрических разрядов в газах. Ученый ввел термин
«плазма» для ионизированного газа, который образовывался, когда в ходе
экспериментов применялись чрезвычайно мощные переменные токи. Он также
разработал теорию электронной температуры и способ измерения как
электронной температуры, так и ионной плотности с помощью специального
электрода, называемого теперь щупом Ленгмюра. Контролируемый
термоядерный синтез основывается на теориях плазмы, которые были
впервые выдвинуты Ленгмюром.
В
1932 г. Ленгмюру была присуждена Нобелевская премия по химии «за
открытия и исследования в области химии поверхностных явлений». Его
вклад в химию поверхностных процессов имел очень большое значение для
многих технических областей: в биологии – для изучения сложных вирусов,
в химии – для исследования гигантских молекул, в оптике – для изучения
передачи света. В год получения Нобелевской премии Ленгмюр был назначен
директором лаборатории компании «Дженерал электрик».
Начиная
с 1938 г. и до выхода в отставку Ленгмюр посвятил себя изучению мира
природы, особенно атмосферы. Он исследовал форму рядов, образованных
скошенной травой, которые представляют собой типичный рисунок морских
водорослей на открытой ветрам поверхности моря, а также формирование
облаков из находящихся в воздухе жидких частиц различных размеров. Во
время второй мировой войны Ленгмюр участвовал в создании аппаратуры,
обеспечивающей дымовую завесу, которая скрывала войска и корабли от
наблюдения противника. Ученый работал также над созданием методов
предотвращения оледенения самолетов. После войны Ленгмюр вернулся к
интересовавшим его занятиям метеорологией и выступал за создание
контроля над погодой, осуществляемого путем рассеивания облаков с
помощью сухого льда (твердой углекислоты) и йодида серебра.
В
1912 г. Ленгмюр женился на Мэрион Мерсеро. Супругов объединяли такие
увлечения, как походы в горы, морские путешествия, авиация, любовь к
классической музыке. Ленгмюры воспитывали приемных сына и дочь.
Ленгмюр, которого постоянно приглашали выступать в качестве лектора и
популяризатора научных знаний, с удовольствием делился своими взглядами
на философию науки и взаимоотношение науки и общества. Одной из его
наиболее любимых тем была: «Свобода, которая характерна для демократии
и необходима для научных открытий». Ученый умер 16 августа 1957 г. в
Вудс-Холе (штат Массачусетс).
Помимо
Нобелевской премии, Ленгмюр получил много других наград, в т. ч. медаль
Хьюза Лондонского королевского общества (1918), медаль Румфорда
Американской академии наук и искусств (1920), медали Николса (1920) и
Уилларда Гиббса (1930) Американского химического общества, медаль
Франклина Франклиновского института (1934) и медаль Фарадея Лондонского
института инженеров-электриков (1944). Он был членом американской
Национальной академии наук и Лондонского королевского общества,
президентом Американского химического общества (1929) и Американской
ассоциации содействия развитию науки (1941). Ленгмюру были присвоены 15
почетных ученых степеней. Его именем названа гора на Аляске, а также
один из колледжей Нью-Йоркского государственного университета в
Стони-Брук.
Источник: Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
| |