Все переплетено: как Ирвинг Ленгмюр заложил основы химической термодинамики

Ирвинг Ленгмюр — выдающийся американский ученый XX века, внесший вклад в развитие физической химии и физики плазмы. Он посвятил всю жизнь «чистой» науке. Так, Ленгмюр улучшил вольфрамовую нить, провел одни из первых фундаментальных исследований по ионизированным газам и изучил валентность атома.

Первые шаги Ирвинга Ленгмюра в химии

Ирвинг Ленгмюр родился в 1881 году в Бруклине и стал третьим из четырех детей страхового агента Чарльза Ленгмюра и Сэйди Камингс. С раннего детства он гордился своей родословной: он был прямым потомком пуритан, которые высадились с корабля «Мэйфлауэр» на земли Северной Америки еще в 1620 году.

Родители поощряли интерес мальчика к природе. Способствовал раскрытию таланта и старший брат Артур Ленгмюр. К тому времени он уже занимал должность химика в одной из компаний Нью-Йорка и вечерами помогал Ирвингу делать первые опыты. Они оборудовали небольшой экспериментальный уголок прямо в спальне.

В связи с работой отца Ирвинг часто путешествовал. Из-за этого он повидал немало школ: мальчик учился в Париже, Нью-Йорке и Филадельфии. Юный Ленгмюр ненавидел школьную дисциплину до 14 лет. Вернувшись в Бруклин, Ирвинг окончил Институт Пратта и поступил в Колумбийский университет.

Он уже знал, с чем свяжет свою жизнь, и записался в Горный институт. Юноша хотел не просто изучать физику или химию — он желал получить наиболее обширные знания, которые только могла дать Америка в те годы. В 1903 году Ирвинг Ленгмюр получил диплом инженера-металлурга.

Дальнейшая карьера в США ставилась под вопрос. В начале XX века вся наука сосредотачивалась в Германии — именно туда Ирвинг перебрался сразу после выпуска. Он стал студентом Геттингенского университета, где занимался исследованиями под руководством нобелевского лауреата по химии Вальтера Нернста.

Будущий ученый изучал распад водяного пара и диоксида углерода при соприкосновении с нагретой платиновой проволокой. Ее температура была максимальной — Ирвинг смог разогреть ее до трех тысяч градусов по Цельсию. Его исследования легли в основу докторской работы. В 1906 году Ленгмюру была присуждена степень.

Еще ярче: как Ленгмюр улучшил электрическую лампочку и создал ртутный высоковакуумный насос

Ирвинг Ленгмюр не хотел повторять судьбу брата. И дело было далеко не в заработной плате — Ирвинг хотел заниматься не промышленной химией, а двигать науку вперед. Он вернулся в США и следующие три года преподавал в Стивенсовском технологическом институте в Хобокене. Ближе к мечте он стал летом 1909 года, когда ушел в лабораторию компании General Electric.

В те годы ее генеральным директором был Уиллис Уитни. Он придерживался «творческого» подхода к работе: ученые могли проводить любые исследования в местных лабораториях и заниматься той самой «чистой» наукой, о которой мечтал Ирвинг. С подачи Уиллиса Уитни он продолжил изучать диссоциацию газов, тем самым продолжая университетские наработки.

Вскоре он определил, что лампы накаливания, которые выпускала General Electric, работают не в «полную силу». Все потому, что долгие годы компания предпочитала оставлять колбы лампочек пустыми. Тогда Ирвинг Ленгмюр решил наполнить лампы азотом. Теперь они светили только ярче.

На этом Ирвинг Ленгмюр останавливаться не стал. Уже в 1916 году он изобрел вакуумный насос, который был в 100 раз мощнее всех предыдущих. Устройство помогало изготавливать электронные лампы. Изобретательский успех привел Ирвинга к изучению вольфрамовых нитей. Методом экспериментов он улучшил ее качества, покрыв поверхность оксидом тория. Для этого хватало слоя толщиной всего в одну молекулу!

Теория адсорбции, подводные лодки и парадокс физики: другие открытия Ленгмюра

General Electric щедро поощряла исследования Ирвинга. Он продолжал изучать поверхностное натяжение и химическое поведение поверхностей жидких и твердых тел. Ленгмюр выяснил, что атомы и молекулы занимали определенные участки в один слой, будто фигуры на шахматной доске. Из этого наблюдения он вывел теорию адсорбции, или уравнение Ленгмюра.

В годы Первой мировой войны химик временно «переквалифицировался» под запросы эпохи. Он изучал поверхностные явления на масляные пленки, которые образовывались на воде. Так Ирвинг Ленгмюр смог помочь Военно-морским силам США определять местоположение подлодок противника.

В 1920-е годы ученый описал химическую валентность атома. Однако очень скоро Ленгмюр снова вернулся к газам. Он ввел термин «плазма» для ионизированного газа, в котором положительные ионы и свободные электроны сосуществовали вместе.

Через пять лет Ирвинг описал физический парадокс, позже получивший его имя. С помощью специального зонда он выяснил, что температура электронов около устройства оказалась выше, чем в остальной плазме. Все потому, что электроны равновесно удалялись друг от друга.

Верен науке: последние годы жизни Ирвинга Ленгмюра

Сразу после номинации ученый получил должность директора лаборатории General Electric. В годы Второй мировой войны химик создавал устройства дымовой завесы, а также улучшал строение самолетов.

Ирвинг Ленгмюр не был преподавателем, но часто с удовольствием посещал научные конференции или университетские мероприятия, где рассказывал о химии. В 1945 году он даже посетил СССР и прочел свою статью для Академии наук.

В 1950-е годы химик много путешествовал и ходил в горы. После ухода в отставку Ирвинг Ленгмюр продолжал заниматься наукой вплоть до самой смерти в 1957 году.