Введение
Ирвинг Лэнгмуир (Irving Langmuir; 31 января 1881 – 16 августа 1957) – американский химик, физик и инженер. Он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1932 году за работы в области химии поверхностей. Наиболее известной публикацией Лэнгмуара является статья 1919 года «Расположение электронов в атомах и молекулах», в которой, опираясь на кубическую теорию атома Гилберта Н. Льюиса и теорию химической связи Уолтера Косселя, он изложил свою «концентрическую теорию атомной структуры». Лэнгмуир оказался вовлечён в спор о приоритете с Льюисом относительно этой работы; навыки Лэнгмура в представлении информации во многом способствовали популяризации теории, хотя заслуга в создании самой теории в основном принадлежит Льюису. Работая в General Electric с 1909 по 1950 год, Лэнгмуир добился значительных успехов в нескольких областях физики и химии, изобретя газонаполненную лампу накаливания и технику водородной сварки. Лаборатория Лэнгмура по исследованию атмосферы, расположенная недалеко от Сокорро (штат Нью-Мексико), была названа в его честь, как и журнал Американского химического общества, посвященный науке о поверхностях, – «Langmuir». Когда эта проблема была решена, ему открылись детали, которые ранее оставались незамеченными, и его интерес к сложности природы возрос. В детстве на Лэнгмуира оказал влияние его старший брат Артур Лэнгмуир, химик-исследователь, который поощрял любопытство Ирвинга к природе и принципам работы вещей. Артур помог Ирвингу обустроить первую химическую лабораторию в углу его спальни и с удовольствием отвечал на многочисленные вопросы, которые задавал Ирвинг. Увлечениями Лэнгмуира были альпинизм, катание на лыжах, пилотирование собственного самолета и классическая музыка. Помимо профессионального интереса к политике в области атомной энергии, он проявлял обеспокоенность по поводу охраны дикой природы.
Irving Langmuir ('/l//æ//ŋ//m//j//ʊər/; January 31, 1881 – August 16, 1957) was an American chemist, physicist, and engineer. He was awarded the Nobel Prize in Chemistry in 1932 for his work in surface chemistry. Langmuir's most famous publication is the 1919 article "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules" in which, building on Gilbert N. Lewis's cubical atom theory and Walther Kossel's chemical bonding theory, he outlined his "concentric theory of atomic structure". Langmuir became embroiled in a priority dispute with Lewis over this work; Langmuir's presentation skills were largely responsible for the popularization of the theory, although the credit for the theory itself belongs mostly to Lewis. While at General Electric from 1909 to 1950, Langmuir advanced several fields of physics and chemistry, inventing the gas filled incandescent lamp and the hydrogen welding technique. The Langmuir Laboratory for Atmospheric Research near Socorro, New Mexico, was named in his honor, as was the American Chemical Society journal for surface science called Langmuir. When this problem was corrected, details that had previously eluded him were revealed, and his interest in the complications of nature was heightened. During his childhood, Langmuir was influenced by his older brother, Arthur Langmuir. Arthur was a research chemist who encouraged Irving to be curious about nature and how things work. Arthur helped Irving set up his first chemistry lab in the corner of his bedroom, and he was content to answer the myriad questions that Irving would pose. Langmuir's hobbies included mountaineering, skiing, piloting his own plane, and classical music. In addition to his professional interest in the politics of atomic energy, he was concerned about wilderness conservation.
Образование
Лангмуир учился в нескольких школах и институтах в Америке и Париже (1892–1895), прежде чем окончить среднюю школу в Академии Честнат Хилл (1898) – элитной частной школе, расположенной в престижном районе Честнат Хилл в Филадельфии. В 1903 году он получил степень бакалавра наук в области металлургической инженерии (Met. E.) в Школе горного дела Колумбийского университета. В 1906 году он защитил докторскую диссертацию в Геттингене, основанную на исследованиях, проведенных с использованием "лампы Нернста" – электрической лампы, изобретенной Нернстом. Его диссертация называлась "О частичной рекомбинации диссоциированных газов в процессе охлаждения" (Ueber partielle Wiedervereinigung dissociierter Gase im Verlauf einer Abkiihlung). Позже он занимался последипломным обучением по химии. Затем Лангмуир преподавал в Технологическом институте Стивенса в Хобокене, штат Нью-Джерси, до 1909 года, когда начал работать в исследовательской лаборатории General Electric (Шенехтади, Нью-Йорк).
Исследования
Его первые научные достижения были связаны с изучением ламп накаливания (продолжением его докторской диссертации). Его первым крупным усовершенствованием стала модификация диффузионного насоса, что в конечном итоге привело к изобретению высоковакуумных диодов и усилителей. Год спустя он и его коллега Леви Тонкс обнаружили, что срок службы вольфрамовой нити можно значительно увеличить, заполняя лампу инертным газом, таким как аргон; критическим фактором (упущенным другими исследователями) оказалась необходимость предельной чистоты на всех этапах процесса. Он также обнаружил, что скручивание нити в плотную спираль повышает её эффективность. Эти разработки имели важное значение в истории лампы накаливания. Его работа в области поверхностной химии началась с этого момента, когда он обнаружил, что молекулярный водород, вводимый в лампу с вольфрамовой нитью, диссоциирует на атомарный водород и образует слой толщиной в один атом на поверхности лампы. Его ассистентом в исследованиях вакуумных ламп был его кузен Уильям Комингс Уайт. Продолжая изучать нити в вакууме и различных газовых средах, он начал исследовать эмиссию заряженных частиц из горячих нитей (термоэлектронную эмиссию). Он был одним из первых ученых, работавших с плазмой, и первым назвал эти ионизированные газы именно так, поскольку они напоминали ему плазму крови. Лангмуир и Тонкс обнаружили волны электронной плотности в плазме, которые теперь известны как волны Лангмуира. Он ввел понятие электронной температуры и в 1924 году изобрел диагностический метод измерения температуры и плотности с помощью электростатического зонда, который теперь называется зондом Лангмуира и широко используется в физике плазмы. Измеряется ток с отклоненного зонда как функция приложенного напряжения для определения локальной температуры и плотности плазмы. Он также открыл атомарный водород, который использовал для изобретения процесса сварки атомарным водородом – первой плазменной сварки. Плазменная сварка впоследствии была развита в газовольфрамовую дуговую сварку (TIG). В 1917 году он опубликовал статью о химии масляных пленок, которая впоследствии легла в основу присуждения ему Нобелевской премии по химии в 1932 году. Лангмуир предположил, что масла, состоящие из алифатической цепи с гидрофильной концевой группой (например, спирта или кислоты), ориентируются в виде пленки толщиной в одну молекулу на поверхности воды, при этом гидрофильная группа обращена вниз в воду, а гидрофобные цепи сгруппированы на поверхности. Толщину пленки можно было легко определить по известному объему и площади масла, что позволяло исследовать молекулярную конфигурацию до появления спектроскопических методов.
Поздние годы
После Первой мировой войны Лангмуир внес вклад в атомную теорию и понимание атомной структуры, определив современную концепцию валентных оболочек и изотопов. Лангмуир был президентом Института радиоинженеров в 1923 году. Основываясь на своей работе в General Electric, Джон Б. Тейлор разработал детектор, ионизирующий пучки щелочных металлов, который сейчас известен как детектор Лангмура — Тейлора. В 1927 году он был одним из участников пятой конференции по физике, организованной Сольвеем, проходившей в Международном институте физики Сольвея в Бельгии. Он объединился с Кэтрин Б. Блоджетт для изучения тонких пленок и поверхностной адсорбции. Они ввели понятие монослоя (слоя материала толщиной в одну молекулу) и двухмерную физику, описывающую такие поверхности. В 1932 году он получил Нобелевскую премию по химии «за открытия и исследования в области поверхностной химии». В 1938 году научные интересы Лангмуира начали смещаться в сторону атмосферной науки и метеорологии. Одним из его первых проектов, хотя и косвенно связанных, было опровержение утверждения энтомолога Чарльза Х. Т. Таунсенда о том, что оленья муха летает со скоростью более 800 миль в час. Лангмуир оценил скорость мухи в 25 миль в час. Наблюдая за полосами дрейфующих водорослей в Саргассовом море, он обнаружил ветровую поверхностную циркуляцию в море, которая теперь называется циркуляцией Лангмуира. Во время Второй мировой войны Лангмуир и научный сотрудник Винсент Дж. Шефер работали над улучшением военно-морского гидролокатора для обнаружения подводных лодок, а затем над разработкой защитных дымовых завес и методов удаления обледенения с крыльев самолетов. Это исследование привело его к теоретическому обоснованию и последующей демонстрации в лаборатории и в атмосфере того, что введение ядер льда – сухого льда и йодида серебра – в достаточно влажное облако низкой температуры (переохлажденную воду) может вызвать осадки (облачный посев). Однако на практике, особенно в Австралии и Китайской Народной Республике, эффективность этой техники до сих пор вызывает споры. В 1953 году Лангмуир ввел термин «патологическая наука», описывая исследования, проводимые в соответствии с научным методом, но искаженные бессознательными предубеждениями или субъективными факторами. Это отличается от псевдонауки, которая не претендует на следование научному методу. В своей первоначальной речи он привел экстрасенсорное восприятие и летающие тарелки в качестве примеров патологической науки; с тех пор этот термин стали применять к поливодному и холодному синтезу. Его дом в Скенектади был объявлен Национальным историческим памятником в 1976 году.
Личная жизнь
В 1912 году Лэнгмуир женился на Марион Мерсеро (1883–1971), с которой усыновил двоих детей: Кеннета и Барбару. После непродолжительной болезни он скончался от сердечного приступа в Вудс-Холле, штат Массачусетс, 16 августа 1957 года. Его некролог был опубликован на первой странице газеты "Нью-Йорк Таймс". Что касается его религиозных взглядов, Лэнгмуир был агностиком.
В художественной литературе
По словам автора Курта Воннегута, Лангмуир послужил прототипом для его вымышленного ученого доктора Феликса Хойниккера в романе "Кошачья колыбель", а также для изобретения персонажем "Ice-Nine" – новой фазы льда (имеющей лишь формальное сходство с Ice IX). Лангмуир работал с братом Воннегута, Бернардом Воннегутом, в General Electric над технологией засева облаков кристаллами льда для усиления или ослабления дождя и штормов.