Уильям Крукстың ғылыми еңбектері мен жаңалықтары

Кіріспе

Британдық химик және физик (1832–1919)

Сэр Уильям Крукс (/k//r//ʊ//k//s/; 17 маусым 1832 – 4 сәуір 1919) – британдық химик және физик, ол қазіргі Лондон Император колледжінің бөлігі болып табылатын Корольдік химия колледжінде оқыған және спектроскопия саласында жұмыс істеген. Ол вакуумдық түтіктердің пионері болды, 1875 жылы Крукс түтігін ойлап тапты. Бұл химия мен физика ғылымдарының дамуына негіз болған маңызды жаңалық еді. Ол 1861 жылы спектроскопияны пайдалана отырып, таллий элементін ашқан. Сонымен қатар, 1865 жылы жердегі гелийдің спектрін алғаш рет сипаттады. Крукс Крукс радиометрін ойлап тапқан, бірақ ол өзі анықтаған құбылыстың нақты себебін анықтай алмады. Крукс 100% ультракүлгін сәулелерді тоқтатып тұратын күн көзілдірігінің линзасын да ойлап тапты. Бір кезде ол спиритизмге қызығушылық танытып, Психикалық зерттеулер қоғамының президенті болды.

Өмірбаян

Крукс өмірінің алпыс жеті жыл бойы үзіліссіз ғылыми қызметпен өтті. Ол еңбекқорлығымен және зиялы қабілеттерімен ерекшеленді. Оның химия және физикадағы тәжірибелері дизайнының жаңалықтарымен белгілі болды. Джозеф Крукстің әкесі Уильям (1734 – 814) де тігінші болған, ал атасы Джон Крукс (т. 1660) үш рет Дархам округіне қарасты Хартлпул қаласының мэрі болған. Джозеф Крукстің бірінші әйелінен бес баласы болды; сол некеден туған екі ұлы, Джозеф және Альфред, тігіншілік ісін өздеріне алды, бұл Уильямға өз жолын таңдауға мүмкіндік берді. 1855 жылы ол Честер епархиялық оқу колледжінде химиядан лекция оқуға тағайындалды. 1856 жылдың сәуір айында Крукс Дарлингтондағы Уильям Хамфридің қызы Элленге үйленді. Оның алғашқы маңызды жаңалығы – от спектроскопиясының көмегімен ашқан таллий элементі. Крукс бұрын белгісіз, спектрінде жарқын жасыл сәуле шығару сызығы бар элементті тапты. Ол элементті грекше θαλλός, яғни «жасыл бұтақ» деген мағына беретін таллий деп атады. Крукс жасаған жаңалығы 1861 жылдың 30 наурызында жарияланды. Таллийді француз ғалымы Клод Огюст Лами де өздігінен ашқан, ол өзінің жеңесі Шарль Фредерик Кулман арқылы көптеген материалдарға қол жеткізген. Крукс пен Лами 1862 жылы элементті бөліп алды. Крукс катод сәулелерін зерттеу үшін Крукс түтігін жасады. Ол спектроскопия туралы көптеген мақалалар жариялады және түрлі салаларда зерттеулер жүргізді. Төмен қысымдағы газдардағы электр өткізгіштігін зерттеу барысында ол қысым төмендегенде теріс электродтың (катодтың) сәулелер шығаратынын анықтады. Осы мысалдар көрсеткендей, ол физикалық құбылыстарды зерттеу үшін вакуумдық түтіктерді жасау және қолдану саласындағы алғашқы ғалымдардың бірі болды. Оның нәтижесінде ол қазіргі плазма деп аталатын құбылысты зерттеген алғашқы ғалымдардың бірі болды және 1879 жылы оны материяның төртінші күйі деп анықтады. Сондай-ақ ол ядролық радиоактивтілікті зерттеуге арналған алғашқы құралдардың бірі – спинтарископты ойлап тапты. Крукс катод сәулелерінің қасиеттерін зерттей отырып, олардың түзу сызықтарда қозғалатынын, кейбір заттарға тиген кезде люминесценция тудыратынын және олардың соқтығысуы үлкен жылуды шығара алатынын көрсетті. Ол материяның төртінші күйін тапқанына сенді және оны «сәулелі материя» деп атады, бірақ «сәулелі материяның» табиғаты туралы оның теориялық көзқарастары кейіннен ескірді. Ол сәулелердің қалыпты молекулалық мөлшердегі бөлшектер ағынынан тұрады деп ойлады. Сэр Дж. Дж. Томсонға катод сәулелерінің субатомдық табиғатын (теріс электрон ағынынан тұратын) түсіндіру қалды. Дегенмен, Крукс осы саладағы тәжірибелік жұмысы химия мен физиканың бүкіл құрылымын өзгертетін жаңалықтардың негізі болды. Крукс таллийді зерттеу барысында вакуумдық тепе-теңдікке назар бөлді. Көп ұзамай ол Крукс радиометріндегі қозғалысты қоздыратын құбылысты ашты, онда бір жағы қара, екінші жағы жылтыратылған желпектер сәулелі энергияға ұшырағанда айналады. Алайда Крукс осы «радиациядан туындаған тартылу мен тебілуге» нақты түсіндірме берген жоқ. 1880 жылдан кейін Крукс Ноттинг Хиллдің сәнді ауданындағы 7 Кенсингтон Парк Гарденде тұрды. Оның үйінде бірнеше ұрпақты қамтитын үлкен отбасы және көптеген қызметшілер болды. Оның кейінгі барлық жұмыстары сол кездегі «Британиядағы ең жақсы жеке зертхана» деп аталған жерде жүргізілді. Ол үйдің бір қабатын алып, химия, физика және механикалық құрылыс, сондай-ақ кітапхана үшін өзара байланысты үш зертхана бөлмесінен тұрды. Крукс үйді сатып алып, зертхананы Ұлттық гуано компаниясынан және түрлі патенттерден түскен табысының есебінен салған. 1880 жылы Крукс толық уақытты ғылыми көмекші (алғаш Чарльз Гимингем, ал 1883 жылдан кейін Джеймс Гардинер) жұмысқа алды. Оған қызы Элис те көмектесті, ол «сирек кездесетін элементтерді бөлуде шебер» және «спектрлерді түсіндіруде де білгір» болды.

Crookes's life was one of unbroken scientific activity that extended over sixty seven years. He was considered remarkable for his industriousness and for his intellectual qualities. His experiments in chemistry and physics were known for the originality of their design, Joseph Crookes's father, William (1734 –814), was also a tailor, and his grandfather, John Crookes (b. 1660), had been Mayor of Hartlepool, County Durham on three occasions. Joseph Crookes had had five children with his first wife; two sons from that marriage, Joseph and Alfred, took over the tailoring business, leaving William free to choose his own path. In 1855 he was appointed lecturer in chemistry at the Chester Diocesan Training College. In April 1856 Crookes married Ellen, daughter of William Humphrey of Darlington. His first important discovery was that of the element thallium, made with the help of flame spectroscopy. Crookes discovered a previously unknown element with a bright green emission line in its spectrum. He named the element thallium, from Greek θαλλός, [[thallus, meaning "a green shoot or twig". Crookes's findings were published on 30 March 1861. Thallium was also independently discovered by Frenchman Claude Auguste Lamy, who had the advantage of access to large amounts of materials via his brother in law, Charles Frédéric Kuhlmann. Both Crookes and Lamy isolated the element in 1862. Crookes developed the Crookes tube, investigating cathode rays. He published numerous papers on spectroscopy and conducted research on a variety of minor subjects. In his investigations of the conduction of electricity in low pressure gases, he discovered that as the pressure was lowered, the negative electrode (cathode) appeared to emit rays (the so called "cathode rays", now known to be a stream of free electrons, and used in cathode ray display devices). As these examples indicate, he was a pioneer in the construction and use of vacuum tubes for the study of physical phenomena. He was, as a consequence, one of the first scientists to investigate what is now called a plasma and identified it as the fourth state of matter in 1879. He also devised one of the first instruments for studying nuclear radioactivity, the spinthariscope. Crookes investigated the properties of cathode rays, showing that they travel in straight lines, cause fluorescence when they fall on some substances, and that their impact can produce great heat. He believed that he had discovered a fourth state of matter, which he called "radiant matter", but his theoretical views on the nature of "radiant matter" were to be superseded. He believed the rays to consist of streams of particles of ordinary molecular magnitude. It remained for Sir J. J. Thomson to expound on the subatomic nature of cathode rays (consisting of streams of negative electrons). Nevertheless, Crookes's experimental work in this field was the foundation of discoveries which eventually changed the whole of chemistry and physics. Crookes's attention had been attracted to the vacuum balance in the course of his research into thallium. He soon discovered the phenomenon which drives the movement in a Crookes radiometer, in which a set of vanes, each blackened on one side and polished on the other, rotate when exposed to radiant energy. Crookes did not, however, provide the true explanation of this apparent "attraction and repulsion resulting from radiation". After 1880, Crookes lived at 7 Kensington Park Gardens in the fashionable area of Notting Hill. His household included a large multigenerational family and a number of servants. There all his later work was done, in what was then "the finest private laboratory in Britain". It comprised an entire floor of the house and included three interconnected laboratory rooms, for chemistry, physics, and mechanical construction, and a library. Crookes was able to purchase the house and build the laboratory because of his income from the National Guano Company and from various patents. By 1880 Crookes employed a paid full time scientific assistant (first Charles Gimingham and after 1883 James Gardiner). He was also helped by his daughter Alice, who was "adept at fractionating rare earth elements" and "no mean interpreter of spectra".