Уильям Дрэпер Харкинс (28 декабря 1873 — 7 марта 1951) — американский учёный в области физической химии , изучавший химию поверхности, а также один из первых, кто начал изучать строение ядра и атома, разделение изотопов . Прославился не только за вклад в фундаментальную и прикладную науку, но и за ряд промышленных нововведений.

Биография

Харкинс родился 28 декабря 1873 года в Тутсвилле, штат Пенсильвания. Его родителями были Нельсон Гудрич Харкинс и Сара Элиза (Дрэпер) Харкинс.

В 1892 году Харкинс изучал греческий язык в филиале Южно-Калифорнийского университета в Эскондидо, Сан-Диего, штат Калифорния, но через год был вынужден сменить специальность и выбрал общее искусство.

Затем Харкинс решил продолжить обучение и в 1896 году поступил в Стэнфордский университет , где получил степень бакалавра прикладной химии в 1900 году. Во время учёбы он начал работать в университете лаборантом, а впоследствии стал преподавателем химии.

Позднее Харкинс получил должность главы химического факультета в в Мизуле , и оставался на этой должности в течение 20 лет, однако значительное количество времени работал в других университетах: Чикагском в 1901 и 1904 гг. и Стэнфордском в 1905-1906 гг., в котором впоследствии получил степень Ph.D .

В 1909 году Харкинс занимался исследованиями, связанными с химией поверхности, в Германии. Также в 1909-1910 гг. учёный занимал должность научного сотрудника в Массачусетском технологическом институте , где занимался исследованиями по растворимости.

В возрасте 39 лет он уехал из Миссулы, когда получил назначение в Чикагский университет , где он продолжил исследовательскую работу в течение оставшихся 39 лет его жизни.

Научная деятельность

Вклад Харкинса в фундаментальную науку покрывал широкий спектр разделов физической химии.

Химия поверхности

В 1909 году учёный поехал в Германию, где Фриц Габер предложил ему тему, связанную с исследованием химии поверхности. Харкинс, У. Г. Харди и Ирвинг Ленгмюр независимо друг от друга предложили теорию ориентации молекул на поверхности. В 1913—1914 гг Харкинс читал первые лекции по этой тематике в Чикаго . Последующие 40 лет учёный занимался исследованием ориентации молекул на поверхности, опубликовал 115 статей.

На последнем году жизни Харкинс закончил книгу «Physical Chemistry of Surface Films», которую опубликовали позднее, в 1952.

После завершения экспериментальной работы в Германии Харкинс вернулся в Америку с целью изучать химию растворов и растворимость вместе с обладателями медалей Гиббса А. А. Нойсом и Г. Н. Льюисом.

Химия растворов и растворимость

Главным правилом растворимости он называл известную фразу «подобное растворяется в подобном» («similia similibus solvuntur» или «like dissolves like»). В книге он уделяет большое внимание поверхностно-активным веществам , объясняя принципы их действия на примере бутановой кислоты , отмечая, что один конец молекулы ведет себя как масло, а другой — как вода, и рассказывает о том, как молекулы органической кислоты располагаются на границе раздела вода-масло.

Также в поздних работах Харкинс описывает свои исследования коллоидных систем , таких как эмульсии и мицеллярные растворы . Он также изучал адсорбцию , поверхности твердых тел и их взаимодействие с жидкостями.

Строение атома и разделение изотопов

В 1913 году Харкинс приступил к изучению известных теорий об электронном строении молекул и атомов. В 1915 году Харкинс и его коллега Е. Д. Уилсон высказали предположение, что взаимные превращения водорода и гелия являются источником энергии солнца и других звезд. Также Харкинс был первым, кто связал распространенность химических элементов с их атомным весом и распространенность химический элементов и изотопов с их стабильностью.

После теоретических обоснований Э. Резерфордом ядерного строения атома и до экспериментальных доказательств существования свободных нейтронов Дж. Чедвиком в 1932 году считалось, что ядра состоят из протонов и электронов . Харкинс отметил, что сходные распространенности и, следовательно, стабильности, чаще наблюдаются для атомов элементов, содержащих четное число протонов и электронов . Также для ученого было очевидно, что многие легкие химические элементы (например, ¹² C, ¹⁶ O, ²⁰ Ne) можно представить состоящими из α-частиц (тогда считалось, что α-частица состоит из четырёх протонов и двух электронов — p ₄ e ₂ ). По аналогии, он считал, что такие химические элементы, как ¹⁹ F и ²³ Na могут быть построены из α-частиц и гипотетической частицы p ₃ e ₂ . Харкинс упоминал, но не подчеркивал возможность свободного существования этих и других частиц. Также Харкинс утверждал, что уже известные частицы p ₃ e ₂ и p ₂ e ₁ являются изотопами водорода — тритием и дейтерием . По результатам этой работы Харкинс создал «новую периодическую таблицу», куда для каждого атома было добавлено так называемое «изотопное число», которое впоследствии стали называть числом нейтронов .

Вскоре после того, как Э. Лоуренс изобрел циклотрон , Харкинс вместе со своими студентами построил его в университете Чикаго в 1935—1936 гг. Впоследствии этот прибор активно использовался, в основном, Энрико Ферми , изучавшим диффузию нейтронов , а после этого для нужд Манхэттенского проекта в Чикаго во время войны.

До Харкинса частичное разделение изотопов на примере неона осуществил лишь Ф. У. Астон, используя метод диффузии . Харкинс со своими учениками разделил изотопы хлора , осуществляя диффузию хлороводорода через керамические трубки. Впоследствии учёный провел работу по разделению изотопов ртути .

Прикладные отрасли

Харкинс внес значительный вклад не только в развитие фундаментальной науки, но и в прикладные отрасли.

• 1916—1928 — член комиссии по вентиляции Чикаго
• 1920—1922 — химик-консультант в шахтовом комитете США
• 1924—1927 — инженер-консультант в военно-воздушных силах США
• С 1927 — химик-консультант в службе химической защиты
• С 1929 — химик-консультант в компании по производству стекла Libby-Owens-Ford
• 1930—1951 — в компании Universal Oil Products
• 1930—1941 — в компании United States Rubber Company
• 1941—1945 — член исследовательского комитета Национальной безопасности

Научно-организационная работа

Харкинс принимал активное участие в делах Американского химического общества :

• 1915—1916 — председатель Чикагской секции Американского химического общества
• 1919—1920 — председатель отделения физической и неорганической химии
• С 1921 — член Национальной академии наук США
• С 1925 — член Американского философского общества , вице-президент Американской ассоциации содействия развитию науки
• 1939—1951 — редактор отделений физической и общей химии в журнале Chemical Abstracts

Преподавательская деятельность

Харкинс впервые начал преподавать в Стэнфордском университете после его окончания, в дальнейшем развивался как преподаватель — читал лекции в нескольких университетах:

• 1912—1914 — доцент общей химии в университете Чикаго
• 1913—1914 — читал первые лекции по теории ориентации молекул на поверхности университете Чикаго
• С 1914 — профессор физической химии в университете Чикаго
• 1916—1917 — читал лекции в институте Меллона
• 1918—1919 — читал лекции в университете Иллинойса
• 1939 — ушел в отставку как преподаватель, но продолжил исследования с прежней силой, вплоть до самой смерти в 1951.

Основные труды

Четыре первые научные работы Харкинса были опубликованы в 1907—1910 и были посвящены отравлению животных мышьяком от промышленных выбросов в атмосферу и сходным проблемам.

Наиболее обширными исследованиями ученого были работы по химии поверхности (115 статей) и строению ядра и атома , разделению изотопов (около 80 статей). Харкинс был одним из трех ученых (с У.Дж. Харди и Ирвингом Лэнгмюром), которые независимо друг от друга предложили теорию ориентации молекул на поверхности.

В 1952 году была опубликована его книга «Physical Chemistry of Surface Films».

Общественная деятельность

Во время проживания в Миссуле Харкинс принимал большое участие в общественной жизни города и штата:

• 1902—1910 — исследовательская работа для Ассоциации фермеров Анаконды
• 1904 — исследовательская работа для медной компании Монтаны в Калифорнии
• 1906—1912 — глава городского отдела здравоохранения
• 1910—1912 — исследовательская работа для министерства юстиции США
• 1911 — исследования для Института Карнеги в Вашингтоне.

Награды

28 мая 1928 — получил золотую медаль Уилларда Гиббса от Американского химического общества за работы по химии поверхности, строению ядер и изотопам .

Семья

9 июня 1904 года Харкинс женился на Анне Луизе Хэтэуэй, которая была главой департамента в университете Монтаны и аспиранткой университета Чикаго .

У них с женой было двое детей: Генри Нельсон Харкинс и Эллис Мэриан Харкинс.

Генри родился в Миссуле в 1905, получил степени бакалавра и магистра в физической химии , степени Ph.D. (1928) и M.D. (1931) в области медицинских наук. Его магистерская работа была связана с изучением поверхностного натяжения сыворотки крови и была выполнена под руководством отца в 1926.

Мэриан Харкинс достигла успеха в качестве концертной певицы.

Интересные факты

• В годы детства Харкинса Пенсильвания была сердцем развивающейся нефтедобывающей промышленности в США. В возрасте 7 лет он вложил своё «состояние» в 12$ в нефтяную скважину, которую его отец пробурил в Брэдфорде, штат Пенсильвания , его вклад приумножился в несколько раз. К счастью для науки, его прибыль была недостаточно велика, чтобы привлечь его в нефтяной бизнес.
• В молодости Харкинс увлекался скалолазанием, был активным участником горных походов.

Примечания

Литература

• Храмов Ю. А. Харкинс, Уильям Дрэпер // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера . — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука , 1983. — С. 288. — 400 с. — 200 000 экз.
• Mulliken R.S. William Draper Harkins // National Academy of Science, Washington D.C.,1975, p.47-81.