Теодор Уильям Ричардс: Америкалық химик және Нобель сыйлығының иегері

Кіріспе

Американдық химик және Нобель сыйлығының лауреаты (1868–1928)

Теодор Уильям Ричардс (31 қаңтар 1868 – 2 сәуір 1928) – американдық физикалық химик және химия саласында Нобель сыйлығын алған алғашқы американдық ғалым. Ол «көптеген химиялық элементтердің атомдық массасын дәл анықтағаны үшін» осы сыйлыққа ие болды.

Өмірбаян

Теодор Ричардс Пенсильвания штатының Германтаун қаласында жер және теңіз пейзаждарын суреттейтін суретші Уильям Трост Ричардс пен ақын Анна Маттлак Ричардстың отбасында дүниеге келген. Ричардс колледжге дейінгі білімінің көп бөлігін анасынан алған. Бір жазғы демалыс кезінде Ньюпортта (Род-Айленд штаты) Ричардс Гарвард университетінің профессоры Джозиа Парсонс Кукпен танысты, ол кішкентай телескоп арқылы жас балаға Сатурн сақиналарын көрсетті. Жылдар өткен соң Кук пен Ричардс Куктың зертханасында бірге жұмыс істеді. 1878 жылдан бастап Ричардс отбасы екі жыл Еуропада, көбінесе Англияда өткізді, осы кезде Теодор Ричардстың ғылыми қызығушылығы арта түсті. Отбасы АҚШ-қа оралғаннан кейін, ол 1883 жылы 14 жасында Пенсильваниядағы Хаверфорд колледжіне түсіп, 1885 жылы ғылым бакалавры дәрежесін алды. Содан кейін Гарвард университетіне оқуға түсіп, 1886 жылы бакалавр дәрежесін алды, бұл жоғары білім алуға одан әрі дайындық болды. Ричардс Гарвардта оқуын жалғастырып, диссертация тақырыбы ретінде сутегіге қатысты оттегінің атомдық салмағын анықтауды таңдады. Оның докторлық жетекшісі Джозиа Парсонс Кук болды. Германияда докторлық диссертациядан кейінгі бір жылдық жұмыстан кейін, ол Геттинген университетінде Виктор Мейер және басқалардың басшылығымен оқыды, содан кейін Ричардс Гарвардқа химия пәнінен ассистент, сосын оқытушы, доцент және, ақыры 1901 жылы профессор ретінде оралды. 1903 жылы Гарвардта химия кафедрасының меңгерушісі болды, ал 1912 жылы химия профессоры және жаңа Волкотт Гиббс еске алу зертханасының директоры болып тағайындалды. 1896 жылы Ричардс Мириам Стюарт Тайерге үйленді. Олардың Грейс Тайер (Жеймс Брайант Конантқа үйленген), Гринго Тайер және Уильям Теодор деген үш баласы болды. Екі ұлы да өз-өзіне қол жұмсады. Ричардс өнер мен музыкаға да қызығушылық танытты. Ол сурет салу, гольф ойнау және желкендесумен шұғылданды. 1928 жылдың 2 сәуірінде Массачусетс штатының Кембридж қаласында 60 жасында қайтыс болды. Оның ұрпақтарының бірі Ричардстың "созылмалы тыныс алу проблемаларынан және ұзаққа созылған депрессиядан" зардап шеккенін айтады. Ол квакер дінінің өкілі болған.

Theodore Richards was born in Germantown, Pennsylvania, to William Trost Richards, a land and seascape painter, and Anna Matlack Richards, a poet. Richards received most of his pre college education from his mother. During one summer's stay at Newport, Rhode Island, Richards met Professor Josiah Parsons Cooke of Harvard, who showed the young boy Saturn's rings through a small telescope. Years later Cooke and Richards would work together in Cooke's laboratory. Beginning in 1878, the Richards family spent two years in Europe, largely in England, where Theodore Richards' scientific interests grew stronger. After the family's return to the United States, he entered Haverford College, Pennsylvania in 1883 at the age of 14, earning a Bachelor of Science degree in 1885. He then enrolled at Harvard University and received a Bachelor of Arts degree in 1886, as further preparation for graduate studies. Richards continued on at Harvard, taking as his dissertation topic the determination of the atomic weight of oxygen relative to hydrogen. His doctoral advisor was Josiah Parsons Cooke. Following a year of post doctoral work in Germany, where he studied under Victor Meyer at the University of Göttingen and others, Richards returned to Harvard as an assistant in chemistry, then instructor, assistant professor, and finally full professor in 1901. In 1903 he became chairman of the department of chemistry at Harvard, and in 1912 he was appointed Erving Professor of Chemistry and director of the new Wolcott Gibbs Memorial Laboratory. In 1896, Richards married Miriam Stuart Thayer. The couple had one daughter, Grace Thayer (who married James Bryant Conant), and two sons, Greenough Thayer and William Theodore. Both sons died by suicide. Richards maintained interests in both art and music. Among his recreations were sketching, golf, and sailing. He died at Cambridge, Massachusetts, on April 2, 1928, at the age of 60. According to one of his descendants, Richards suffered from "chronic respiratory problems and a prolonged depression." He was a Quaker.

Ғылыми зерттеулер

Ричардстың ғылыми зерттеулерінің шамамен жартысы 1886 жылы аспирантурада оқу кезінде бастап, атомдық салмаққа қатысты болды. 1889 жылы Гарвардқа оралғаннан кейін, бұл оның өліміне дейін жалғасқан алғашқы зерттеу бағыты болды. Форбстың мәлімдемесіне сәйкес, 1932 жылға қарай Ричардс және оның шәкірттері 55 элементтің атомдық салмағын зерттеген. Ричардс мұндай анықтамалардағы қателіктердің мүмкін себептерін анылады, соның ішінде кейбір тұздардың жауын-шашын кезінде газдарды немесе шетелдік ерітінділерді сіңіріп алу бейімділігі де бар еді. Ричардстың жұмысындағы мұқияттығының бір мысалы ретінде Эмсли атомдық салмақты өлшеу үшін таза тулий элементін алу мақсатымен тулий броматының 15 000 рекристалдануын жүргізгенін хабарлайды. Ричардс химиялық талдау арқылы алғаш рет элементтің әртүрлі атомдық салмағы болуы мүмкін екенін көрсетті. Оған табиғи қорғасын мен радиоактивті ыдырау нәтижесінде алынған қорғасын үлгілерін талдау тапсырылды. Оның өлшеулері екі үлгінің де әртүрлі атомдық салмаққа ие екенін көрсетті, бұл изотоптар концепциясын қолдады. Ричардстың атомдық салмақты химиялық анықтаулары сол кезде өте маңызды болғанымен, қазіргі уақытта көбінесе жаңа әдістерге алмастырылды. Қазіргі ғалымдар элементтің изотоптарының массасын және мөлшерін анықтау үшін массалық спектрометрлер сияқты электрондық құралдарды қолданады. Осы мәліметтерден орташа атомдық массаны есептеп, Ричардстың өлшеген мәндерімен салыстыруға болады. Қазіргі заманғы әдістер Ричардстың қолданған әдістеріне қарағанда жылдамырақ және сезімтал, бірақ міндетті түрде арзан емес. Теодор Ричардстың басқа ғылыми еңбектері атомдардың сығылу қабілетін, ерітілу және бейтараптану жылуларын, сондай-ақ амальгамалардың электрохимиясын зерттеуді қамтиды. Оның төмен температурадағы электрохимиялық потенциалдарды зерттеуі, басқалардың еңбегімен бірге, Нернсттың жылу теоремасы мен термодинамиканың үшінші заңына әкелді, бірақ бұл Нернст пен Ричардс арасындағы қызу пікірталассыз болды. Ричардс сонымен қатар адиабатикалық калориметрді, сондай-ақ стронцийдің атомдық салмағын зерттеу үшін жасалған нефелометрді ойлап тапқан.

About half of Richards's scientific research concerned atomic weights, starting in 1886 with his graduate studies. On returning to Harvard in 1889, this was his first line of research, continuing up to his death. According to Forbes, by 1932 the atomic weights of 55 elements had been studied by Richards and his students. Among the potential sources of error Richards uncovered in such determinations was the tendency of certain salts to occlude gases or foreign solutes on precipitation. As an example of the care Richards used in his work, Emsley reports that he carried out 15,000 recrystallizations of thulium bromate in order to obtain the pure element thulium for an atomic weight measurement. Richards was the first to show, by chemical analysis, that an element could have different atomic weights. He was asked to analyze samples of naturally occurring lead and lead produced by radioactive decay. His measurements showed that the two samples had different atomic weights, supporting the concepts of isotopes. Although Richards's chemical determinations of atomic weights were highly significant for their time, they have largely been superseded. Modern scientists use electronic instrumentation, such as mass spectrometers, to determine both the masses and the abundances of an element's isotopes. From this information, an average atomic mass can be calculated, and compared to the values measured by Richards. The modern methods are faster and more sensitive than those on which Richards had to rely, but not necessarily less expensive. Other scientific work of Theodore Richards included investigations of the compressibilities of atoms, heats of solution and neutralization, and the electrochemistry of amalgams. His investigation of electrochemical potentials at low temperatures was among the work that led, in the hands of others, to the Nernst heat theorem and the Third law of thermodynamics, although not without heated debate between Nernst and Richards. Richards also is credited with the invention of the adiabatic calorimeter as well as the nephelometer, which was devised for his work on the atomic weight of strontium.