|
нить имеет тенденцию испускать электроны в количестве, зависящем только от ее
температуры и не зависящем от количества газа в лампе. Следовательно, идея
идеального вакуума для идеальной лампы неверна. Так, в конце концов, Ленгмюр
пошел наперекор всем установившимся представлениям. Он наполнил лампу азотом.
Исходя из результатов того же исследования действия газов на раскаленную
нить, Ленгмюр смог предсказать, что триоды де Фореста будут работать с
неслыханной чувствительностью, если удастся создать в них вакуум, который, как
когдато полагали инженеры, был необходим для обычных осветительных ламп.
Наиболее важный результат исследования Ленгмюром нити накаливания
появился на свет случайно. Испытывая способность вольфрамовых нитей испускать
электроны, он случайно взял нить, изготовленную для какойто особой цели. В
испытательном аппарате ученого эта нить начала испускать электроны в дотоле
невиданном количестве. Оказалось, что эта вольфрамовая нить была пропитана
окисью тория. Когда Ирвинг продолжил наблюдение, он обнаружил, что нить
действует лучше всего, если она покрыта слоем тория не толще, чем в одну
молекулу.
«Я начал работать в лаборатории «Дженерал электрик» в 1909 году над
явлением высокого вакуума в лампах с вольфрамовой нитью и стал вводить в баллон
лампы различные газы, чтобы увидеть, что произойдет, просто ради удовлетворения
своего любопытства. Я наполнил баллон азотом, водородом и кислородом и разогрел
нить накаливания до 3000° по Цельсию.
Произошло нечто весьма удивительное. Прежде всего, кислород образовал
пленку на поверхности нити. Пленка эта была такой прочной, что могла бы
выдержать даже нагревание до 1500° по Цельсию в течение нескольких лет, и ее
нельзя было восстановить водородом. Я наткнулся еще на несколько подобных
явлений. Я обнаружил, что молекулярный слой окиси тория на вольфраме может
увеличить эмиссию электронов из вольфрамовой нити в вакууме в 100 тысяч раз».
Капля маслянистого вещества, помещенная на поверхности жидкости, может
вести себя двояко: сохраниться как компактный шарик или разлиться по
поверхности в чрезвычайно тонкую пленку. Ленгмюр впервые высказал идею о том,
что такая пленка будет распространяться по поверхности жидкости, пока не
достигнет толщины в одну молекулу. Сила сцепления молекул не позволит пленке
растекаться дальше этого предела.
«Прибором ему служил таз с водой, – пишет М. Уилсон. – На поверхности
воды плавал легкий стержень. Когда образовывалась маслянистая пленка, Ленгмюр
перемещал стержень боком, сжимая пленку. Динамометр – прибор для измерения силы
– показывал ему, какая сила требовалась, чтобы сжать пленку. Даже самое
ничтожное усилие можно было измерить. При передвижении стерженька Ленгмюр
обнаружил, что до определенного предела площадь маслянистой пленки уменьшается
почти без приложения силы. Однако при сокращении площади наступал момент, когда
пленка оказывала существенное сопротивление. Динамометр регистрировал резкое
возрастание силы.
Первые опыты Ленгмюр ставил с органическими кислотами – длинными
углеводородными молекулами, представлявшими собой цепи от 14 до 34 атомов
углерода в каждой. Больше всего Ленгмюра поразило то, что критическое усилие
было одним и тем же для всех кислот – длина молекул не играла роли!»
Ленгмюр рассуждал следующим образом:
«Для наглядности представьте молекулу, являющуюся длинным углеводородом с
атомами углерода в ней и с группой на конце, имеющей сродство к воде. Концевые
группы стремятся погрузиться в воду. Если же у вас есть чистый углеводород без
этих групп… он образует маленькие шарики на поверхности воды.
Я думаю о молекулах на воде как о реальных предметах. Видите ли, в тот
момент, когда вы пытаетесь представить их себе, как представляет химикорганик,
вы думаете о них как о чемто, имеющем форму, длину, объем. Не следует
рассматривать эти углеводородные цепи как твердые негнущиеся цепочки. Их надо
представлять себе, как куски обычной железной якорной цепи… Молекула… может
принимать различные формы, в которых атомы углерода всегда расположены в одну
линию. Поэтому, когда вы сжимаете пленку… цепи приобретают вертикальное
положение.
Тогда молекулы займут минимальную площадь; и когда молекулы сжаты вместе
и растянуты до максимальной длины, измерение этой площади дает возможность
высчитать их поперечное сечение.
Что же происходит затем? Ну, прежде всего, когда вы увеличиваете длину
цепи, покрывая воду пленкой, составленной из молекул, имеющих более длинную
углеводородную цепь, это не изменяет площади пленки, но изменяет ее толщину.
Объем, поделенный на площадь, равен толщине, так что можно высчитать толщину».
Однако толщина пленки в этом случае равна длине одной молекулы. «Общая
площадь, поделенная на количество молекул, равна площади, занимаемой каждой
молекулой», – заявил Ленгмюр.
Подобные измерения, начатые в 1917 году, позволили Ленгмюру точно
определить размеры многих молекул и дали новые сведения о группировке молекул в
сложных молекулах белка.
Так, при помощи небольшого металлического таза с водой и несложных
измерительных приборов ученый сумел получить сведения, которые позже удалось
получить повторно только с помощью сложнейших рентгеновских аппаратов и
вычислений!
На долгие годы методы Ленгмюра стали образцом для современных
исследований: в биологии – для изучения сложных вирусов, в химии – для изучения
гигантских молекул.
В 1932 году Ирвинг Ленгмюр был удостоен Нобелевской премии по химии «за
|
|