Ирвинг Ленгмюр ( / ˈ l æ ŋ m j ʊər / ; [2] 31 января 1881 — 16 августа 1957) был американским химиком , физиком и инженером . Он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1932 году за свою работу в области химии поверхности .
Самая известная публикация Ленгмюра — статья 1919 года «Расположение электронов в атомах и молекулах», в которой, опираясь на теорию кубического атома Гилберта Н. Льюиса и теорию химической связи Вальтера Косселя , он изложил свою «концентрическую теорию атомной структуры». [3] Ленгмюр оказался втянут в спор о приоритете с Льюисом по поводу этой работы; навыки презентации Ленгмюра в значительной степени способствовали популяризации теории, хотя заслуга за саму теорию в основном принадлежит Льюису. [4] Работая в General Electric с 1909 по 1950 год, Ленгмюр продвинулся в нескольких областях физики и химии , изобретя газонаполненную лампу накаливания и метод водородной сварки . Лаборатория атмосферных исследований Ленгмюра около Сокорро, штат Нью-Мексико , была названа в его честь, как и журнал Американского химического общества по науке о поверхности под названием Langmuir . [1]
Ирвинг Ленгмюр родился в Бруклине , Нью-Йорк, 31 января 1881 года. Он был третьим из четырех детей Чарльза Ленгмюра и Сэди, урожденной Комингс. В детстве родители Ленгмюра поощряли его внимательно наблюдать за природой и вести подробные записи своих различных наблюдений. Когда Ирвингу было одиннадцать, выяснилось, что у него плохое зрение. [5] Когда эта проблема была исправлена, открылись детали, которые раньше ускользали от него, и его интерес к сложностям природы усилился. [6]
В детстве на Лэнгмюра оказал влияние его старший брат Артур Лэнгмюр. Артур был химиком-исследователем, который поощрял Ирвинга интересоваться природой и тем, как все работает. Артур помог Ирвингу обустроить его первую химическую лабораторию в углу его спальни, и он был рад ответить на бесчисленное множество вопросов, которые задавал Ирвинг. Хобби Лэнгмюра включали альпинизм , катание на лыжах , пилотирование собственного самолета и классическую музыку . Помимо профессионального интереса к политике атомной энергетики, он был обеспокоен сохранением дикой природы.
Ленгмюр посещал несколько школ и институтов в Америке и Париже (1892–1895), прежде чем окончил среднюю школу Chestnut Hill Academy (1898), элитную частную школу, расположенную в богатом районе Chestnut Hill в Филадельфии. Он окончил со степенью бакалавра наук в области металлургического машиностроения ( Met.E. ) в Школе горного дела Колумбийского университета в 1903 году. Он получил докторскую степень в 1906 году под руководством Фридриха Долезалека [7] в Гёттингене за исследования, проведенные с использованием « Нернстовской накалки », электрической лампы, изобретенной Нернстом. Его докторская диссертация называлась «О частичной рекомбинации растворенных газов при охлаждении» ( нем . Ueber partielle Wiedervereinigung dissociierter Gase im Verlauf einer Abkühlung ). [8] Позже он работал в аспирантуре по химии. Затем Ленгмюр преподавал в Технологическом институте Стивенса в Хобокене, штат Нью-Джерси , до 1909 года, когда он начал работать в исследовательской лаборатории General Electric ( Скенектади, Нью-Йорк ).
Его первоначальный вклад в науку был связан с его исследованием лампочек (продолжение его докторской работы). Его первой крупной разработкой было усовершенствование диффузионного насоса , что в конечном итоге привело к изобретению высоковакуумного выпрямителя и усилительных ламп. Год спустя он и его коллега Льюи Тонкс обнаружили, что срок службы вольфрамовой нити можно значительно продлить, заполнив колбу инертным газом , например аргоном , причем критическим фактором (упускаемым из виду другими исследователями) была необходимость в исключительной чистоте на всех этапах процесса. Он также обнаружил, что скручивание нити в плотную спираль повышает ее эффективность. Это были важные разработки в истории лампы накаливания . Его работа в области поверхностной химии началась в этот момент, когда он обнаружил, что молекулярный водород, введенный в вольфрамовую нить накаливания, диссоциировал на атомарный водород и образовывал слой толщиной в один атом на поверхности колбы. [9]
Его помощником в исследовании электронных ламп был его двоюродный брат Уильям Комингс Уайт . [10]
Продолжая изучать нити в вакууме и различных газовых средах, он начал изучать испускание заряженных частиц из горячих нитей ( термоэлектронную эмиссию ). Он был одним из первых ученых, работавших с плазмой , и он был первым, кто назвал эти ионизированные газы этим именем, потому что они напоминали ему плазму крови . [11] [12] [13] Ленгмюр и Тонкс открыли волны электронной плотности в плазме, которые теперь известны как волны Ленгмюра . [14]
Он ввел понятие электронной температуры и в 1924 году изобрел диагностический метод измерения как температуры, так и плотности с помощью электростатического зонда, который теперь называется зондом Ленгмюра и широко используется в физике плазмы. Ток смещенного наконечника зонда измеряется как функция напряжения смещения для определения локальной температуры и плотности плазмы. Он также открыл атомарный водород , который он использовал, изобретя процесс сварки атомарным водородом ; первая плазменная сварка, когда-либо сделанная. С тех пор плазменная сварка была преобразована в газовую дуговую сварку вольфрамовым электродом .
В 1917 году он опубликовал статью о химии масляных пленок [15] , которая позже стала основой для присуждения Нобелевской премии по химии 1932 года. Ленгмюр предположил, что масла, состоящие из алифатической цепи с гидрофильной концевой группой (возможно, спирта или кислоты ), были ориентированы в виде пленки толщиной в одну молекулу на поверхности воды, с гидрофильной группой внизу в воде и гидрофобными цепями , слипшимися вместе на поверхности. Толщину пленки можно было легко определить по известному объему и площади масла, что позволило исследовать молекулярную конфигурацию до того, как стали доступны спектроскопические методы. [16]
После Первой мировой войны Ленгмюр внес вклад в атомную теорию и понимание структуры атома, определив современную концепцию валентных оболочек и изотопов .
В 1923 году Ленгмюр был президентом Института радиоинженеров. [17]
На основе своей работы в General Electric Джон Б. Тейлор разработал детектор, ионизирующий пучки щелочных металлов, [18] называемый в настоящее время детектором Ленгмюра-Тейлора . В 1927 году он был одним из участников пятой Сольвеевской конференции по физике, которая проходила в Международном Сольвеевском институте физики в Бельгии.
Он присоединился к Кэтрин Б. Блоджетт для изучения тонких пленок и поверхностной адсорбции. Они ввели концепцию монослоя ( слоя материала толщиной в одну молекулу) и двумерной физики, описывающей такую поверхность. В 1932 году он получил Нобелевскую премию по химии «за открытия и исследования в области поверхностной химии ». В 1938 году научные интересы Ленгмюра начали обращаться к атмосферной науке и метеорологии . Одним из его первых начинаний, хотя и косвенно связанным, было опровержение утверждения энтомолога Чарльза Х. Т. Таунсенда о том, что олений овод летает со скоростью более 800 миль в час. Ленгмюр оценил скорость мухи в 25 миль в час.
После наблюдения за рядами дрейфующих водорослей в Саргассовом море он открыл ветровую поверхностную циркуляцию в море. Теперь она называется циркуляцией Ленгмюра .
Во время Второй мировой войны Ленгмюр и научный сотрудник Винсент Дж. Шефер работали над улучшением военно-морского сонара для обнаружения подводных лодок, а позднее — над разработкой защитных дымовых завес и методов удаления льда с крыльев самолетов. Это исследование привело его к теоретическому обоснованию, а затем к демонстрации в лаборатории и в атмосфере того, что введение ледяных ядер сухого льда и йодида серебра в достаточно влажное облако низкой температуры ( переохлажденная вода ) может вызвать осадки ( засев облаков ); хотя в частой практике, особенно в Австралии и Китайской Народной Республике, эффективность этой техники остается спорной и сегодня.
В 1953 году Ленгмюр ввел термин « патологическая наука », описывающий исследования, проводимые в соответствии с научным методом , но испорченные бессознательными предубеждениями или субъективными эффектами. Это контрастирует с псевдонаукой , которая не претендует на следование научному методу. В своей оригинальной речи он представил ЭСВ и летающие тарелки как примеры патологической науки; с тех пор этот ярлык применяется к поливоде и холодному синтезу .
В 1976 году его дом в Скенектади был признан Национальным историческим памятником .
В 1912 году Лэнгмюр женился на Мэрион Мерсеро (1883–1971), с которой усыновил двоих детей: Кеннета и Барбару. После непродолжительной болезни он умер в Вудс-Хоул, Массачусетс, от сердечного приступа 16 августа 1957 года. Его некролог был опубликован на первой странице The New York Times . [19]
По своим религиозным взглядам Ленгмюр был агностиком. [20]
По словам автора Курта Воннегута , Ленгмюр был вдохновением для его вымышленного ученого доктора Феликса Хёниккера в романе « Колыбель для кошки » [21] и изобретения персонажем льда-девять , новой фазы водяного льда (похожей только по названию на Льда IX ). Ленгмюр работал с братом Воннегута, Бернардом Воннегутом в General Electric над засеванием ледяных кристаллов для уменьшения или увеличения дождя или штормов. [22] [23] [24]
Хотя сама Мэрион не была усердной прихожанкой церкви и не имела серьезных возражений против агностических взглядов Ирвинга, ее дедушка был епископальным священнослужителем.
