Теодор Вильям Ричардс

Биография

Родился в семье квакеров, четвертым из шести детей в семье художника-мариниста и пейзажиста Уильяма Т.Ричардса и поэтессы Анны Мэтлак. Мать обучала его дома. Летние месяцы Ричардсы проводили в своем доме в Ньюпорте, на Род-Айленде, где их соседом был профессор химии Гарвардского университета Дж.П.Кук-младший. Кук пробудил интерес к науке.

Поступив сразу на второй курс Хаверфорд-колледжа в возрасте 14 лет, Ричардс превосходил других учеников в знании химии и астрономии. В 1885 он лучше всех из класса закончил колледж и получил степень бакалавра наук по химии. Поступив той же осенью в Гарвардский университет, чтобы заниматься у Кука, он в 1886 блестяще окончил его по курсу химии.

В качестве аспиранта Кука Ричардс в 1888 занялся изучением связи между атомными массами.

Еще в 1815 англичанин Уильям Праут (1786–1850) высказал предположение, что атомы всех химических элементов построены из атомов водорода. Он исходил из экспериментально установленного факта, что атомная масса любого элемента приблизительно равна кратной массе атома водорода. Атомная масса – это относительная масса атомов данного элемента.

Через несколько десятилетий, когда точность измерений возросла, Йёнс Якоб Берцелиус (1779–1848) и Жан Серве Стас (1813–1891) установили, что атомные веса измеряются отнюдь не целыми числами. Например, атомная масса хлора составляла 35,5, что исключало возможность построения атомов этого элемента из атомов водорода или предполагало возможность существования не менее двух видов атомов хлора с разными атомными массами, образующими смесь – природный хлор.

Итальянский химик Станислао Канниццаро (1826–1910) предложил рациональную систему атомных масс, на основании которой четко разграничил такие фундаментальные понятия, как атом, молекула, эквивалент, тем самым, во многом внеся ясность в запутанный вопрос о различии в значениях этих понятий. Тем не менее, надежность полученных значений атомных весов к концу 19 в. оставалась сомнительной.

В первую очередь, Ричардс стал определять атомные массы кислорода и водорода. Он использовал оригинальный метод, сжигая определенное количество водорода с окисью меди, вследствие чего образовывалось некоторое количество воды. Полученные им результаты (отношение веса водорода к весу кислорода как 1:15,96) противоречили преобладавшему тогда мнению, что атомная масса любого элемента должна быть целым числом, кратным атомной массе водорода. Ричардс уточнил также атомную массу меди, исправив ее принятое ранее число 63,31 на 63,54.

Чтобы повысить точность измерения, он изобрел несколько новых приборов, включая аппаратуру, предотвращавшую загрязнение опытных образцов влагой из атмосферы, калориметр, который не был подвержен воздействию небольших температурных колебаний, вызываемых исследуемыми веществами, и нефелометр – устройство, позволяющее визуально определять концентрацию или размеры частиц в растворе. С 1888 по 1923 Ричардс точно определил атомные массы 25 элементов.

Подтвердив, что у кобальта атомная масса больше, чем у никеля, несмотря на то, что он стоит в Периодической таблице раньше, Ричардс показал, что вопреки общепринятой теории не атомные массы являются основой химического порядка. Он нашел что свинец в радиоактивных минералах имеет явно меньшую атомную массу, чем «нормальный» свинец. Это стало одним из ранних подтверждений существования изотопов – атомов одного и того же элемента, обладающих разными атомными массами.

Изучение термодинамических свойств элементов при низких температурах позволило Ричардсу в 1902 сделать наблюдения, которые предвосхитили третий закон термодинамики, открытый три года спустя Нернстом. Особый интерес представляли для Ричардса атомные объемы. Согласно сформулированной им в 1907 теории «сжимаемых» атомов, атомный объем зависит от химического состояния.

После того, как в 1888 Ричардс был получил степень доктора философии в Гарвардском университете, он получил стипендию Паркера, позволившую продолжить свое образование в Германии, в Гёттингенском, Мюнхенском и Дрезденском университетах. Он обучался там у Виктора Мейера (1848–1897), Пауля Эрхардта Яннаша (1841–1921), Александра Герхарда Крюсса (1859–1895) и Вальтера Матиаса Гемпеля (1851–1916). На следующий год, по возвращении в Гарвард, Ричардс стал преподавателем количественного анализа, в 1891 – куратором, а в 1894 – ассистент-профессором Гарвардского университета.

Спустя год, после смерти Кука, Ричардс был вновь направлен для повышения квалификации на год за границу, где работал с В.Оствальдом (Нобелевская премия, 1909) в Лейпцигском и с В.Нернстом (Нобелевская премия, 1920) в Гёттингенском университетах, а также позднее (в 1904) в Берлинском университете.

В 1901 – профессор Гарвардского университета, с 1903 по 1911 возглавлял химический факультет, а с 1912 до самой смерти был профессором химии.

Ричардс получил Нобелевскую премию, присужденную ему в 1915 (за 1914), «за точное определение атомных масс большого числа химических элементов». Из-за войны он не смог приехать получить премию. С Нобелевской лекцией в Стокгольме выступил он позже, 6 декабря 1919. На исследование атомных масс, сказал он, «меня прежде всего вдохновила философская страсть к познанию фундаментальной природы материи и ее связи с энергией. Позднее я стал все более и более ясно осознавать, что лучшее понимание «поведения» материи... должно дать человечеству большую власть над жизненными обстоятельствами».

Работа Ричардса явилась фундаментальным вкладом в химическую теорию.

Свободное время он посвящал литературе, музыке и искусству, рисованию, гольфу и плаванию под парусом. Его преданность научным исследованиям и преподавательской деятельности помогли превратить Гарвардский университет в ведущий центр подготовки специалистов с высшим химическим образованием.

Работы: The relative values of the atomic weights of hydrogen and oxygen // Proc. Am. Acad. Arts Sci. 1887. V. 23. (with J.Cooke, Jr.); A revision of the atomic weights of sodium and chlorine // J.Am. Chem. Soc. 1905. V. 27. (with R. C. Wells); The atomic weight of lead of radioactive origin // J. Am. Chem. Soc. 1914. V. 36.