一个高尚的追求

发现一个新元素被几个杰出的科学生涯的高潮,但是威廉拉姆齐(1852 - 1916)获得了独特的地位在这个杰出的公司通过添加整个集团的周期表。尽管他在大气气体的工作为他赢得了英国的第一个诺贝尔化学奖,拉姆齐的后来推测被同时代的许多人。不过,他死在世纪以来这些想法中,有一些已经部分正确。

拉姆齐是一个苏格兰人,出生于格拉斯哥有很强的科学关系的家庭。他父亲的亲戚制造染料,和他母亲的还包括一些医疗从业者。化学两个祖父发表作品,一个叔叔是一个杰出的地质学家。威廉在1866年进入格拉斯哥大学和科学是他的主要兴趣。

因为大学的实验室设施有限,拉姆齐获得实践技能的工作在城市公共分析师的十八个月,罗伯特Tatlock。他继续参加讲座,但是没毕业就去德国参观海德堡然后罗伯特·本生的实验室研究和鲁道夫·维尔茨-费蒂希在图宾根,论文在nitrotoluic酸在1872年为他赢得了一个博士学位。

拉姆齐回到格拉斯哥后,最初在安德森的学院作为一个实验室助理,然后大学从1874年开始担任助理导师——他发表进一步研究有机物质。然而,他的注意力已经转向物理化学,当他被任命为布里斯托尔大学的化学教授在1880年今天的布里斯托大学的前身。玛格丽特·布坎南在第二年,他结婚了,他们有一个儿子和一个女儿在他的任期内。

拉姆齐在1887年学院的校长,是和已经开始计划完全大学地位的发展。但在那一年,他接受了伦敦大学学院普通化学的椅子上,直到1912年退休。1902年,他被封为爵士,1904年他获得了诺贝尔奖。此后,尽管繁忙的政府和行业作为一个顾问,运动更好的科学教育,他继续做研究,直到他去世前不久。

神秘的气体

尽管拉姆齐最大的成功是在伦敦,他们在布里斯托尔的诞生打下了基础。他的工作——它与悉尼年轻——包括合作进行精确测量的许多液态和气态物质的物理性质。一些有意义的结论分子协会和离解摆脱这些实验,但操作技能(尤其是在玻璃吹制),一路上拉姆齐获得更多著名的发现至关重要。

这些始于1894年,从瑞利勋爵沟通后。瑞利已的物理学教授在剑桥大学的卡文迪什实验室从1879年到1884年,但后来独立研究员和私人实验室预约在皇家机构。有发现大气氮密度(0.5%)比氮的化合物,他怀疑迄今未知气体的存在。后,他得知亨利·卡文迪什(剑桥实验室是命名)多年前取得了类似的结果。

卡文迪什已经注意到,当已知的大气气体化学从空气样品,小泡沫。他不能识别它,忘记了一个世纪。瑞利和拉姆齐同意一起追求这种气体,和拉姆齐孤立它通过大气氮在炽热的镁形成氮化镁。他发现气体残留的惊人冷漠的身体——甚至氟不会结合。

初步报告后在1894年的英国协会会议上,瑞利和拉姆齐宣布发现一种新元素,英国皇家学会在1895年1月。他们的名字-氩来源于希腊语“闲置”。尽管威廉•克鲁克斯光谱分析证实,新的天然气有独特的线条模式,一些批评人士有争议的基础地位。拉姆齐忽略他们,很快就追求另一个神秘的气体。

化学家,知道你的地方!

1895年2月英国矿物学家亨利·迈尔斯提醒拉姆齐钇铀矿的一个不寻常的属性(二氧化铀的主要矿物组成)。威廉接触-化学家与美国地质调查局已经注意到加热与硫酸钇铀矿产生一种惰性气体,他认为氮。学习这个,他正致力于拉姆齐仔细地完成了实验,获得了样品的钇铀矿伦敦矿产商三先令六便士,很快他接触过样本的气体。

两天的化学分析消除所有已知气体除氩的考虑,但新气体的光谱不是氩。在一周内,克鲁克斯证实这是氦,一个元素确定光谱方法在阳光下1868年,但先前未被发现的地球上。发现的陆地氦宣布1895年3月到伦敦的化学学会。那时拉姆齐认为进一步的惰性气体,占领一个新组的元素周期表,正等待发现。

他的想法是强烈反对由詹姆斯•杜瓦,伦敦皇家学会的化学教授。匿名攻击拉姆齐的工作也出现在化学新闻——也许写的杜瓦的朋友亨利·阿姆斯特朗。瑞利很快就放弃了这个化学家的争吵和返回到更绅士的物理世界——他后来评论——“二流男人似乎知道自己的位置”。然而,拉姆齐与。

氩作为元素的接受的一个障碍是其明显的原子量。其蒸气密度(相对于氢)为19.9,这表明一个分子量为39.8。但两个特定加热的比率——在恒定的压力,和恒定体积,暗示单原子气体。这给了氩原子重量高于邻国,钾,因此有些不协调在元素周期表中的位置。

另外两对相邻元素,碲和碘和钴和镍,同样错误的在桌子上。许多化学家认为,他们发表的原子重量是错误的,但拉姆齐的批评者拒绝这种解释argon-potassium异常。相反,他们认为新的气体氮的同素异形体,N的公式₃。二十年后,弗雷德里克草皮的同位素的概念的引入可以解释原子质量异常,和亨利·莫斯利的决心的原子序数合理化元素周期表。但与此同时,责任仍在拉姆齐来证明他的主张。

向领袖致敬

确认氩气和氦气,孤立的地位进一步大气气体-拉姆齐需要大型液化设施和略微蒸馏空气。但英国领先的专家在这个领域是他对手杜瓦,杜瓦容器的发明者仍被称为“杜瓦瓶”。相反,拉姆齐转向威廉·芬(杜瓦也在争议)。

芬是一个经典牛津毕业生培训作为一个律师之前成为一个科学家。1895年他液化气体和授权专利一个创新的过程,Brinn氧气公司(后来成为英国工业巨头氧气,现在中行)。芬提供建议,一些液态空气,但拉姆塞和他的助手莫里斯特拉弗斯建造自己的蒸馏装置——的简易回收设备。

特拉弗斯是很多同事之一,技术人员和研究学生和拉姆齐。他们将他亲切地称为“首席”,他返回他们的忠诚。当宣布氩的发现他感谢几个助手的贡献,特别称赞了珀西·威廉姆斯的技能操作和小心。十年后,在他的诺贝尔演讲,拉姆齐慷慨地承认的帮助“特拉弗斯博士,然后我的助手,现在我的继任者在布里斯托尔的椅子。

拉姆齐和特拉弗斯面临的挑战大于他们意识到。尽管氩相对丰富,形成近1%的大气,其他惰性气体中微量-氖20 ppm,氪1 ppm和氙0.1 ppm。不过,到1898年代中期,他们已经足够孤立这些气体映射它们的光谱,证实他们的化学活动。

不幸的是,拉姆塞也一度声称另一个元素的发现,“meta-argon”,原子量略低于氩光谱和不同的直线。别人无法证实这一结果,拉姆齐很快发现异常是由于一氧化碳的痕迹氩样本。在宣布他的讽刺评论道:“在这种情况下我们应该后悔的出版一个错误?在我看来,偶尔的错误应该是可以原谅的。没有人能可靠;此外,在这些猜想一个一直大量的好朋友及时纠正错误。

排泄物感到好奇

尽管这个挫折(和特拉弗斯的离开一个独立的职业),拉姆齐继续他的追求。虽然他一直研究惰性气体,几个调查人员——尤其是欧内斯特·卢瑟福和皮埃尔和玛丽·居里发现一些放射性元素释放大量气体,卢瑟福称为“散发”。因为它似乎属于惰性气体的家庭,它自然吸引了拉姆齐的注意。

这个放射性气体不同形式——“钍射气”、“镭射气”和“锕射气”——最终被确认为同一元素的同位素。镭射气-后简单地称为“氡”是寿命最长,半衰期为3.8天。1903年与拉姆塞卢瑟福的前合作者弗雷德里克草皮的去研究它。

他们发现氡的密封容器,如果左边站一段时间,最终生成氦原子的特征谱线。这个重要的结果支持卢瑟福的建议带正电的阿尔法粒子发出的氡(和其他放射性元素)实际上是氦原子的原子核。但在草皮的转移到格拉斯哥大学在1904年,拉姆齐的后期作品放射性证明卓有成效。

拉姆齐希望轰击其它元素氡的阿尔法粒子可能会改变他们的化学特性。他的热情使他宣布一些虚假的“发现”——例如,在1907年,他声称电解铜盐溶解在水中之前接触氡转换铜锂。其他实验不能复制这些结果,和物理学家卢瑟福(包括)驳回了他们在理论方面是不可能的。

然而,并不是所有的拉姆齐的以后的工作是失败的。1910年,罗伯特•Whytlaw-Gray协助他精确测量氡的密度足以证明其原子量不同于它的父元素,镭,通过一个氦原子的重量。考虑到小他的样本的大小,和氡的短半衰期,这是一个了不起的成就。它还支持卢瑟福的定罪,阿尔法粒子氦原子核。

推到极致

拉姆齐在1912年退休,但他的爱动手实验工作,这是他成功的关键,也是致命的。没有采取预防措施在处理放射性物质;镭甚至投入化妆品和药品,拉姆齐的笔记本从那个时期仍然是放射性的。他患了癌症的下巴和两个操作后,他于1916年7月23日死亡。

回顾一个世纪之后,他的职业生涯似乎是一个混合的耀眼的成功和令人尴尬的错误。然而他的愿望,虽然过于乐观,没有不合理。只有十几年后拉姆齐失败的“转化”,卢瑟福是将氮原子转化为氧原子发射一束阿尔法粒子。强大的粒子加速器的发展最终会做出这样转换一次例行程序,但与此同时其他除了拉姆齐让他们的想象力超出他们的能力。

研究人员把技术的极限风险总是这样失望。拉姆齐的成功,然而,更重要的比他的错误。即使他几乎不能想象,50年他退休后另一位英国化学家,尼尔·巴特利特,最终说服了所谓的“惰性”气体形成的化合物。不过,这是另一个故事…

Mike Sutton科学是一位历史学家位于纽卡斯尔的英国