Френсіс Астон

Фотографія Френсіс Астон (photo Frensis Aston)

Aston Frensis

  • День народження: 01.09.1877 року
  • Вік: 68 років
  • Місце народження: Харборн, Великобританія
  • Дата смерті: 20.11.1945 року
  • Громадянство: Великобританія

Біографія

Англійський хімік Френсіс Вільям Астон народився в Харборне, поблизу Бірмінгема, в сім’ї Уїльяма Астона, фермера і торговця залізними виробами, і Фанні Шарлотти (Холліс) Астон, дочки заможного бірмінгемського зброяра. Френсіс був третім за рахунком дитиною серед семи дітей Астонов. Дитинство його пройшло на фермі батьків. У А. рано проявився інтерес до науки: в імпровізованій лабораторії він ставив власні наукові експерименти. З 1889 по 1891 р. він навчався в харборнской парафіяльній школі, а з 1891 по 1893 р. – в Малвернском коледжі, де був першим учнем у класі.

У 1893 р. А. поступив в Масонський коледж в Бірмінгемі (тепер це Бірмінгемський університет), де вивчав хімію у У. О. Тілдена і П. Ф. Франкленд, а фізику – у Дж.Р. Пойнтинга. У 1898 р. він отримав стипендію Фостера, що дозволило йому повернутися в Масонський коледж, щоб працювати там разом з Франклендом над вивченням оптичних властивостей продуктів заміщення винної кислоти. Результати своїх досліджень він опублікував у 1901 р. Але стипендія не давала достатніх коштів. Тому А., вивчивши хімію бродіння, з 1900 по 1903 р. працював хіміком на пивоварному заводі. В цей же час він побудував лабораторію в будинку свого батька і сконструював необхідну апаратуру для вимірювання електричних розрядів у вакуумних трубках. За цю роботу А. був нагороджений стипендією тільки що створеного Бірмінгемського університету, де з 1903 по 1908 р. він знову працював з Пойнтингом. Тут А. досліджував явище, відоме як «темний простір Крукса» (названа іменем англійського хіміка Вільяма Крукса), тобто простір, який з’являється між катодом і негативним світінням, що виникає, коли через трубку, що містить газ під низьким тиском, пропускається електричний струм. Він виявив, що розміри цього темного простору пропорційні тиску і електричного струму та що там, поруч з катодом, існує ще одне, первинне, темний простір (воно називається тепер «простором Астона»).

Після здійснення у 1909 р. кругосвітньої подорожі А. стає асистентом Дж.Дж. Томсона в Кавендишській лабораторії Кембриджського університету і Королівському інституті в Лондоні. А. отримав освіту хіміка, однак знання катодних променів та променів, які несуть позитивні заряди, що дозволило йому проводити експерименти в області, що лежить на межі фізики і хімії. Незабаром Томсон поставив перед А. завдання удосконалити апарат, званий сферичної зливною трубою, який вимірює співвідношення між зарядом і масою для пучка позитивно заряджених частинок. У той же час Томсон цікавився ідеями Фредеріка Содді в області вивчення ізотопії і намагався розділяти ізотопи неону. З цією метою він винайшов апарат для фракційної перегонки неону і трохи більш важкого компонента, який Томсон назвав метанеоном. Для того щоб виміряти вагу продуктів перегонки, А. сконструював кварцові мікроваги, чутливі до однієї мільярдної частки грама.

А. досяг позитивних, хоча і не остаточних результатів. Але цю роботу перервала перша світова війна, і вченому довелося змінити напрям досліджень. Під час війни А. працював у Королівському літакобудівному центрі в Фарнборо, де вивчав вплив атмосферних умов на обшивку літаків. Однак він зумів знайти і час, і можливості, щоб для вирішення проблеми неону спроектувати новий апарат, який він сконструював в 1919 р. і назвав мас-спектрографом. Цей апарат збільшував швидкість позитивно заряджених іонів, що проходять через електричне поле, використовуючи сильне магнітне поле для фокусування цих іонів на фотографічну пластинку. Оскільки важкі атоми відхиляються в меншій мірі, ніж легкі, частинки різної маси поділяються і утворюють мас-спектр. Малюнок, який з’являвся при ударі частинок про фотографічну пластинку, дозволив А. висунути припущення щодо їх маси і величини. Таким чином, він виявив, що майже всі елементи мають кілька ізотопів.

В ході подальших досліджень А. сформулював правило цілих чисел, згідно з яким маси атомів завжди виражаються цілими числами. Спостереження, однак, показали, що деякі атомні маси не можуть бути точно виражені цілими числами. А. вважав, що наявність дрібних атомних мас пояснюється присутністю ізотопів. Так, учений виявив, що існує 10 ізотопів неону з атомною масою 20 на кожен ізотоп неону з атомною масою 22, в результаті чого атомна маса звичайного неону виявляється рівною 20,2. На хімічні властивості неону ця суміш ізотопів не впливає. Вони залежать тільки від порядкового номера неону, тобто від його місця в періодичній таблиці. Зроблене А. відкриття було спочатку сприйнято як експериментальне підтвердження гіпотези, висунутої в 1815 р. англійським хіміком Уїльямом Праутом, згідно з якою всі атоми утворюються із загальних складових. Однак більш пізні дослідження показали, що ця точка зору веде до занадто спрощеним розуміння структури матерії.

У 1922 р. вченому була присуджена Нобелівська премія з хімії «за зроблене ним за допомогою ним же винайденого мас-спектрографа відкриття ізотопів великого числа нерадіоактивних елементів і за формулювання правила цілих чисел». Від Шведської королівської академії наук А.с представляв X. Р. Седербаум. Він сказав: «Завдяки зробленому А. відкриттю загадка, понад сто років займала розуми хіміків, нарешті розгадана і тисячоріччями волновавшее людство припущення підтвердилося».

Вірний своєму девізу «Ще, ще і ще раз перевір», А. розробив більш великі і більш потужні мас-спектрографы (в 1927 і 1935 рр..), з допомогою яких він зміг вимірювати дуже малі відхилення від правила цілих чисел. Вчений пояснив ці відхилення втратою атомної маси внаслідок її перетворення в енергію зв’язку між частинками всередині ядра. Чим тісніше зв’язані заряди ядер, тим більшою мірою величина відхилення їх мас залежить від суми їх індивідуальних мас. Вимірявши ці відхилення, А. проставив їх проти порядкового номера багатьох елементів. Результати його досліджень сприяли розумінню поширеності і стабільності елементів, а пізніше і процесу звільнення атомної енергії з ядра атома.

А. захоплено займався лижами, плаванням, альпінізмом, їздою на велосипеді, тенісом і гольфом, дуже любив морські подорожі. Крім того, він був майстерним фотографом і прекрасним музикантом-аматором. А. ніколи не був одружений. Помер вчений 20 листопада 1945 р. в Кембриджі. Згідно з заповітом його великий маєток було передано Трініті-коледжу (Кембридж).

А. входив до складу ради Тринитиколледжа (де викладав до самої смерті), а також був членом Лондонського королівського товариства, іноземним членом Італійської національної академії наук і Академії наук СРСР. Він був удостоєний багатьох нагород, в т. ч. премії Джона Скотта, яку присуджує р. Філадельфія (1923), медалі Хьюза (1920) і Королівською медаллю (1938) Лондонського королівського товариства, а також медалі Даделла і премії Фізичного інституту (1941). З 1936 по 1945 р. А. був головою Комісії по атомних ваг Міжнародного союзу теоретичної і прикладної хімії.