Irving Langmuir

Irving Langmuir /ˈlæŋmjʊr/^[2] (1881. január 31 – 1957. augusztus 16.) amerikai kémikus és fizikus. Legtöbbet idézett publikációja a híres 1919-es tanulmánya "Az elektronok elrendezése az atomokban és a molekulákban", amely a Lewis-féle "köbös atom" elmélet és Walther Kossel kémiai kötés elméletének továbbfejlesztése, a koncentrikus atomszerkezet felvázolása. Később vitába keveredett Lewis-zal az elmélet eredetét illetően, jórészt Langmuir előadói képességének köszönhetően a saját verziója terjedt el, bár az ötlet jó része Lewis-től származik. 1932 és 1950 között a General Electric kutatójaként a fizika és a kémia területén számos eredményt ért el. Felfedezte, hogy ha az izzólámpát semleges gázzal töltjük fel, az élettartama a kétszeresére nő. Feltalálta a védőgázas hegesztési technikát. Felületkémiai kutatásaiért 1932-ben kémiai Nobel díjat kapott. Az Új-Mexikói Langmuir Légkörkutató Laboratóriumot tiszteletképpen róla nevezték el és az Amerikai Kémiai Társaság Kolloid és Felületi Tudományos folyóiratát is Langmuirnak nevezik.[1]

Az ionizált gázokkal folytatott kutatások során, maga a "plazma" kifejezés is tőle származik.

Életrajz

Korai évek

Irving Langmuir a New York Állam beli Brooklyn-ban született 1881. január 31-én Charles Langmuir harmadik gyermekeként. Gyermekkorában szülei arra tanították, hogy jól figyelje meg a természetet és részletes feljegyzéseket készítsen az eredményekről. Tizenegy éves korában derült ki, hogy rossz a látása.[5] Az új szemüvege segítségével felfedezte, hogy sok részlet rejtve maradt előtte. Ennek hatására tovább fokozódott érdeklődése a bonyolult természeti jelenségek iránt.[6]

Gyermekéveiben nagy hatással volt rá bátyja, Arthur Langmuir. Arthur vegyész kutató volt, arra biztatta Irving-et, hogy legyen kíváncsi a természetre és a dolgok működésére. Bátyja segítségével állította fel első kémiai laborját a hálószobája sarkában és válaszolta meg Irving kérdéseinek özönét.
Hobbija volt a hegymászás, a síelés, saját repülőgépnek vezetése és a klasszikus zene. Szakmai érdeklődést mutatott a politika, az atomenergia és a vadon védelme iránt.

Iskolái

Langmuir kezdetben amerikai és párizsi (1892-1895) oktatási intézményekbe járt. Érettségijét 1898-ban Philadelphiában a Chestnut Hill Académián (elit magániskola) tette le. Bachelor of Science fokozatát 1903-ban metallurgiából a Columbiai Egyetem Bányamérnöki Intézetében szerezte (SEAS, az USA legelső kohászati iskolája, 1864-ben alapították és 1997-ben elnevezték Z. Y. Fu üzletemberről, aki 26 millió US dollárral támogatta az iskolát). Ph.D doktoriját a Nobel díjas Walter Nernst mentorálásával védte meg Göttingenben 1906-ban, kutatásokat folytatva a Nernst által felfedezett elektromos infrasugárzón. A doktori témája "Részleges rekombináció oldott gázok hűtésnél" volt. Későbbiekben posztgraduális kémiai kutatásokat folytatott. Langmuir tanított a Hobokeni Stevens Technológiai Intézetben, New Jersey-ben 1909-ig, amikor elkezdett dolgozni a General Electric kutatólaboratóriumában (Schenectady, New York).

Kutatásai

 

Első tudományos eredményei a villanyégők tanulmányozásából származtak (a Ph.D munka folytatása). Első nagyobb fejlesztése a diffúziós pumpa tökéletesítése volt, amely elvezetett a vákuum egyenirányító csövek és erősítők feltalálásához. Egy évvel később Lewi Tonks kollégéjával felfedezték, hogy a volfrám szál élettartama jelentősen megnövelhető, ha a búrát inert gázzal töltjük fel, mint pl. az argon. A kritikus tényező, amelyet a többi kutató figyelmen kívül hagyott, a folyamat minden szakaszában betartott extrém tisztaság. Rájöttek arra is, hogy növelhető a hatékonyság az izzószál vékony spirális feltekercselésével, ezzel egy fontos mérföldkőhöz érkeztek az izzólámpák történetében. Ezen a ponton indult el a felületkémia irányába. Felfedezte, hogy a molekuláris hidrogént a volfrám izzó disszociálja atomi hidrogénné, amely egy atom vastagságú réteget alkot a lámpa felszínén.^[7]

A vákuum-csöves kísérleteknél unokatestvére, a későbbi eletromérnök William Comings White.^[8] asszisztált.

Folytatta kutatásait vákuumba és különféle gáz környezetbe helyezett izzószálakkal, kutatta töltött részecskék vándorlását töltött izzószálak felületéről (termikus emisszió). Az egyike volt az első kutatóknak, akik plazmával dolgoztak, maga a "plazma" elnevezés is tőle származik, mert a plazmák viselkedése a vérplazmára emlékeztette. Langmuir és Tonks felfedezte, hogy a plazmákban elektron sűrűség hullámok alakulnak ki, amelyeket ma Langmuir hullámoknak vagy plazmaoszcillációnak hívunk.

Bevezette az elektron hőmérséklet fogalmát, 1924-ben feltalálta a mérési módszert, amelynek segítségével mérhető mind az elektron hőmérséklet a sűrűség és a potenciál. A műszert Langmuir szondának hívjuk és széles körben elterjedt a használata a plazmafizikusok körében. Az elektromosan töltött szonda (szondák) csúcsán átfolyó áram erőssége és szondára adott feszültség függvényében kiszámítható a szondát körülvevő plazma hőmérséklete és sűrűsége. Felfedezte az atomi hidrogénnel működő hegesztési eljárást, mint az első plazma hegesztési módszert. A plazma hegesztés azóta védőgázas volfrám ívhegesztésként fejlődött tovább.

1917-ben megjelent írása az olajfilmek kémiájáról^[10], amely alapját képezte az 1932-ben elnyert kémiai Nobel-díjnak. Langmuir felfedezte, hogy a olaj tartalmaz alifás vegyületeket, amely molekulák végén hidrofill csoport (alkohol vagy sav) található. Ezek egy molekula vastag réteget képeznek a víz felszínén - hidrofil fejjel a víz irányában - amíg a hidrofób részek összeállnak felül. A film vastagsága könnyen meghatározható az olaj térfogata és a felület nagysága alapján. Ezzel lehetővé tette a molekuláris konfiguráció vizsgálatát a spektroszkópiai módszerek feltalálása előtt.^[11]

 

Kései évek

Az I. világháborút követően Langmuir hozzájárult az atomelmélet létrehozásához, az atomi szerkezet megértéséhez a vegyérték elektronok és az izotópok modern fogalmának meghatározásához.

Langmuir 1923-ban elnöke lett az Institute of Radio Engineers szervezetnek, amely az IEEE egyik elődje. ^[12]

Munkássága alapján John B. Taylor a General Electric-nél kidolgozott egy ionizáló sugarak mérésére szolgáló alkáli fém detektort^[13], amelyet manapság Langmuir-Taylor detektornak hívnak.

Később együtt dolgozott Katharine B. Blodgett-tel a vékony filmrétegek és a felületi adszorpció tanulmányozásakor. Kidolgozták az egy molekula vékonyságú rétegek két dimenziós fizikáját, amelyek a felületet jellemzik. 1932-ben ezért a kutatásért Kémiai Nobel-díjat kapott "a felületi kémia területén végzett kutatásaiért és elért eredményeiért". 1938-tól a tudományos érdeklődése a légkör és a meteorológia felé fordult. Egyik első vállalkozása, bár tudományosan érintőlegesen kapcsolódik, Charles H. T. Townsend rovartudós egyik állításának cáfolata, amely szerint a szarvas bagócslegyének repülési sebessége meghaladja a 800 mérföld per órát. Langmuir a légy tényleges sebességét 25 mérföld per órára becsülte.

A Sargasso-tengeren sodródó hínárok mintázatát vizsgálva felfedezte a szél által létrehozott felszíni körkörös tengeráramlást, main nevén Langmuir áramlást.

 

A második világháború idején, Langmuir a tengeralattjáró felderítő haditengerészeti szonár tökéletesítésén dolgozott, később a haditengerészeti álcázó füst védőréteg kifejlesztésében vett részt és eljárást dolgozott ki a repülőgépszárnyak jégmentesítésére. Ez a kutatás oda vezetett, hogy felfedezte a szárazjég és jód ionok felhasználását mesterséges esőfelhők létrehozására alacsony hőmérsékletű nedves levegő esetén. Gyakran alkalmazzák Ausztráliában és Kínában, bár mára az eljárás elavultnak tekinthető.

1953-ban Langmuir bevezette a "kóros tudomány" ("pathological science") fogalmát, amely tudományos módszerekkel dolgozik, de tudatalatti vagy szubjektív hatásokkal fertőzött. Ellentétben a pszeudo- vagy áltudományokkal, amelyek nem követnek tudományos módszereket. Eredetileg a hatodik érzékre és az UFO kutatásokra gondolt, mára kibővült a lista a "polywater"-rel (a víz kristályos szerkezete) és a hidegfúzióval.

Háza Schenectady-ben, New York államban található, múzeumként működik és 1976 óta állami védelem alatt áll.

Magánélete

1912-ben nősült, felesége Marion Mersereau (1883-1971). Két gyermeket fogadtak örökbe: Kenneth és Barbara néven.

Rövid betegség után Woods Hole-ban, Massachusetts államban halt meg szívinfarktusban 1957. augusztus 16-án. Halálhírét címlapon közölte le a The New York Times.^[14]

Langmuir vallási nézetei szerint agnosztikus volt.^[15]

Irodalom

Kurt Vonnegut írót Langmuir inspirálta a képzeletbeli tudós, Dr. Felix Hoenikker megszemélyesítésében a Cat's Cradle.^[16] című novellájában. A 9-es jég, amely végül elpusztítja a világot, valójában szuper hűtött polimorf víz. Langmuir Vonnegut testvérével Bernard Vonnegut-tal^[17] dolgozott együtt.

Díjai

• Fellow of the American Academy of Arts and Sciences (1918)^[18]
• Perkin Medal (1928)
• Nobel Prize in Chemistry (1932)
• Franklin Medal (1934)
• Faraday Medal (1944)
• John J. Carty Award of the National Academy of Sciences (1950)^[19]
• Mount Langmuir [1] [2] (elevation 8022 ft / 2445m ) in Alaska is named after him (Chugach National Forest, Copper River, AK)
• Langmuir College, a residential college at Stony Brook University in H-Quad, named for him in 1970 [3] [4]
• grandson, Roger R Summerhayes, directed/wrote/produced/edited a 57-minute documentary in 1999 called Langmuir's World [5]

Szabadalmai

• Langmuir, U.S. Patent 1,180,159, "Incandescent Electric Lamp"
• Langmuir, U.S. Patent 1,244,217, "Electron-discharge apparatus and method of operating the same"
• Langmuir, U.S. Patent 1,251,388, "Method of and apparatus for controlling x-ray tubes"

Lásd még

• 18-Electron rule
• Irving Langmuir House
• Langmuir isotherm
• Langmuir Trough
• Langmuir equation, an equation that relates the coverage or adsorption of molecules on a solid surface to gas pressure or concentration of a medium above the solid surface at a fixed temperature
• Langmuir wave, a rapid oscillation of the electron density in conducting media such as plasmas or metals
• Langmuir states, three-dimensional quantum states of Helium when both electrons move in phase on Bohr circular orbits and mutually repel
• Langmuir–Blodgett film
• Child-Langmuir Law
• Langmuir-Taylor detector

Referenciák