Теодор Уильям Ричардс: Жизнь и научные достижения

Введение

Американский химик и лауреат Нобелевской премии (1868–1928)

Теодор Уильям Ричардс (31 января 1868 – 2 апреля 1928) был американским физико-химиком и первым американским ученым, удостоенным Нобелевской премии по химии, за "точную работу по определению атомных весов большого числа химических элементов".

Биография

Теодор Ричардс родился в Германтауне, штат Пенсильвания, в семье Уильяма Троста Ричардса, художника, писавшего пейзажи земли и моря, и Анны Маттлак Ричардс, поэтессы. Большую часть своего довузовского образования Ричардс получил от матери. Однажды летом, во время пребывания в Ньюпорте, штат Род-Айленд, Ричардс познакомился с профессором Джозией Парсонсом Куком из Гарварда, который показал мальчику кольца Сатурна в небольшой телескоп. Спустя годы Кук и Ричардс работали вместе в лаборатории Кука. Начиная с 1878 года, семья Ричардсов провела два года в Европе, преимущественно в Англии, где научные интересы Теодора Ричардса усилились. После возвращения семьи в Соединенные Штаты он поступил в колледж Хаверфорд в Пенсильвании в 1883 году в возрасте 14 лет и получил степень бакалавра наук в 1885 году. Затем он поступил в Гарвардский университет и получил степень бакалавра искусств в 1886 году, как дальнейшая подготовка к аспирантуре. Ричардс продолжил обучение в Гарварде, выбрав в качестве темы диссертации определение атомного веса кислорода относительно водорода. Его научным руководителем был Джозиа Парсонс Кук. После года последипломной работы в Германии, где он учился у Виктора Мейера в Геттингенском университете и других ученых, Ричардс вернулся в Гарвард в качестве ассистента по химии, затем инструктора, доцента и, наконец, полного профессора в 1901 году. В 1903 году он стал заведующим кафедрой химии в Гарварде, а в 1912 году был назначен профессором химии имени Эрвинга и директором новой Мемориальной лаборатории Уолкотта Гиббса. В 1896 году Ричардс женился на Мириам Стюарт Тейер. У супругов была дочь Грейс Тейер (в замужестве с Джеймсом Брайантом Конантом) и два сына, Гринго Тейер и Уильям Теодор. Оба сына совершили самоубийство. Ричардс сохранял интерес как к искусству, так и к музыке. Среди его увлечений были рисование, гольф и парусный спорт. Он умер в Кембридже, штат Массачусетс, 2 апреля 1928 года в возрасте 60 лет. По словам одного из его потомков, Ричардс страдал от "хронических респираторных проблем и продолжительной депрессии". Он был квакером.

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.

Научные исследования

Около половины научных исследований Ричардса были посвящены атомным массам, начиная с 1886 года, когда он начал обучение в аспирантуре. Вернувшись в Гарвард в 1889 году, он выбрал это направление в качестве основного и продолжал исследования до самой смерти. Согласно Форбсу, к 1932 году Ричардс и его ученики изучили атомные массы 55 элементов. Среди потенциальных источников ошибок, которые Ричардс выявил при таких определениях, была склонность некоторых солей включать в себя газы или посторонние растворенные вещества при осаждении. В качестве примера тщательности, с которой Ричардс проводил свои работы, Эмсли сообщает, что он выполнил 15 000 перекристаллизаций бромата тулия, чтобы получить чистый тулий для измерения атомной массы. Ричардс первым показал с помощью химического анализа, что элемент может иметь различные атомные массы. Его попросили проанализировать образцы природного свинца и свинца, образовавшегося в результате радиоактивного распада. Его измерения показали, что два образца имели разные атомные массы, что подтверждало концепцию изотопов. Хотя химические определения атомных масс, выполненные Ричардсом, были очень значимыми для своего времени, они в значительной степени устарели. Современные ученые используют электронные приборы, такие как масс-спектрометры, для определения как масс, так и распространенности изотопов элемента. На основе этих данных можно рассчитать среднюю атомную массу и сравнить ее со значениями, полученными Ричардсом. Современные методы быстрее и чувствительнее, чем те, которые были доступны Ричардсу, но не обязательно дешевле. Другие научные работы Теодора Ричардса включали исследования сжимаемости атомов, теплот растворения и нейтрализации, а также электрохимию амальгамов. Его исследование электрохимических потенциалов при низких температурах стало одним из факторов, приведших к теореме о теплоте Нернста и третьему закону термодинамики, хотя между Нернстом и Ричардсом и велись острые дискуссии. Ричардсу также приписывают изобретение адиабатического калориметра и нефелометра, который был разработан для его работы по определению атомной массы стронция.

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.