Агнес Покельс - Agnes Pockels

Агнес Покельс
Агнес Покельс.jpg
Родился ( 1862-02-14 )14 февраля 1862 г.
Венеция , Италия
Умер 21 ноября 1935 г. (1935-11-21)(73 года)
Брауншвейг , Германия
Национальность Немецкий
Известен Пионер науки о поверхности
Награды Премия Лауры Леонард
Научная карьера
Поля Химия / Физика

Агнес Луиза Вильгельмин Покельс (14 февраля 1862 - 21 ноября 1935) была немецким химиком, чьи исследования были фундаментальными для создания современной дисциплины, известной как наука о поверхности , которая описывает свойства жидких и твердых поверхностей и границ раздела .

Покельс заинтересовалась фундаментальными исследованиями в области науки о поверхности, наблюдая за мылом и мыльной водой в собственном доме во время мытья посуды. Она разработала метод баланса поверхностной пленки для изучения поведения молекул, таких как мыло и поверхностно-активные вещества, на границах раздела воздух-жидкость . На основе этих исследований Поккельс определил «точку Поккельса», которая представляет собой минимальную площадь, которую отдельная молекула может занимать в мономолекулярных пленках .

Потому что она была самоучкой, Покельса был самоучкой . Она не была оплачиваемым профессиональным ученым и не имела институциональной принадлежности, поэтому является примером ученого-гражданина .

ранняя жизнь и образование

Поккельс родился в Венеции , Италия, в 1862 году. В то время Венеция находилась под властью Австрии, и отец Поккельса служил в австрийской армии . Когда он заболел, семья переехала в 1871 году в Брауншвейг , Нижняя Саксония, которая была частью зарождающейся Германской империи . Там Поккельс посещала муниципальную среднюю школу для девочек. Химия из-за ее интереса к науке в детстве. Женщины росли для Агнес, и им не разрешали поступать в университеты для учебы. Поккельс заявил, что «я страстно интересовался естествознанием, особенно физикой, и хотел бы учиться» (Агнес Поккельс) в Автобиографических заметках У. Оствальда (1932).

В детстве Поккельс интересовался наукой, особенно физикой. В те дни женщины в Германии не имели доступа к университетам. Покельс изучала естественные науки дома, заботясь о своих родителях. Младший брат Поккельса Фридрих Поккельс изучал физику в Геттингенском университете, получив там степень. Фридрих поделился университетскими учебниками с Агнес Покельс, чтобы она могла учиться дома. Позже он поделился академической литературой с Агнес Покелс, чтобы продвинуть ее исследования.  

Научные исследования

Первоначальные выводы

Желоб Ленгмюра-Блоджетт
Скользящий желоб Поккельса был предшественником современного желоба Ленгмюра-Блоджетт.

Благодаря своему опыту выполнения домашних дел, особенно мытья посуды, Покелс заинтересовалась влиянием мыла на воду и, в более общем плане, влиянием примесей на воду и мыльную воду. К 18 годам она начала проводить эксперименты у себя дома, чтобы понять физические свойства воды и примесей, сначала как химик-любитель . В результате своих интересов к 20 годам Покелс изобрела желоб для проведения количественных измерений поверхностных свойств мыльной воды и родственных ей веществ. В частности, он состоял из металлического лотка прямоугольной формы, примерно 70 сантиметров (см) в длину, 5 см в ширину и 2 см в глубину. Желоб был наполнен водой. Сверху на воду по ширине желоба кладут металлическую полосу шириной около 1,5 см, чтобы разделить поверхность воды на две части. По длине желоба располагалась линейка, так что положение металлической полосы и, следовательно, размер каждой из двух частей желоба можно было определить по мере перемещения полосы по длине желоба.

Покельс усовершенствовал свой аппарат, поместив небольшой диск (обычно диаметром 6 миллиметров), такой как пуговица , на поверхность воды в желобе. Затем она использовала весы (обычно аптекарские весы), чтобы определить силу ( вес ), необходимую для подъема диска из воды. Сравнивая силы, необходимые для подъема диска из чистой воды в воду, содержащую примеси, она разработала прямую меру поверхностного натяжения. Этот аппарат позволил ей исследовать поверхностные силы мономолекулярных пленок, поверхностное натяжение эмульсий и растворов, влияние примесей на физические свойства воды и дать понимание поверхностно-активной способности.

Конструкция скользящего желоба Поккельса повлияла на более поздних исследователей, которые улучшили его конструкцию, что привело к созданию современного желоба Ленгмюра-Блоджетт, который в наше время широко используется в науке о коллоидах и поверхности.

Определение точки Поккельса

Покелс использовала свою скользящую ванну, чтобы оценить влияние небольших количеств примесей на воду. Эти примеси обычно были бытовыми веществами, такими как масла и мыло. С помощью своего устройства она измерила поверхностное натяжение как величину силы, необходимой для отрыва диска от поверхности воды. Поккельс обнаружил, что небольшое количество примесей может иметь большое влияние на поверхностное натяжение воды по сравнению с чистой водой.

Схема, показывающая молекулы поверхностно-активного вещества (мыла) на поверхности воды

В частности, Поккельс изучал мыльную воду. Мыла являются примерами поверхностно-активных веществ, которые представляют собой молекулы, которые имеют гидрофильную часть молекулы, в то время как остальная часть является гидрофобной. Они нерастворимы в воде и, как правило, остаются на поверхности воды. Помещая небольшое количество поверхностно-активного вещества в ее скользящую ванну, Поккельс обнаружила, что влияние на поверхностное натяжение было небольшим. Однако, как только ползунок на поверхности желоба проходит определенную точку, влияние на поверхностное натяжение становится большим. Когда она нанесла поверхностное натяжение на одну ось графика по сравнению с положением ползунка на ее скользящем желобе, графическое представление было изотермой сжатия .

Используя свои знания в области химии, Поккельс поняла, что точка изотермы сжатия, в которой резко изменяется поверхностное натяжение, - это точка, в которой образуется непрерывная пленка молекул поверхностно-активного вещества толщиной в одну молекулу. Это монослой ПАВ. Покелс также обнаружил, что эта пороговая точка одинакова для различных мыл с поверхностно-активными веществами. Поскольку она знала, сколько поверхностно-активного вещества находится в ее скользящей ванне, а также площадь, покрытую однослойной пленкой, она могла рассчитать площадь на поверхности воды, занятую одиночной молекулой. Она рассчитала, что эта площадь составляет 20 квадратных ангстрем (20 Å 2 ). Позже, когда ее исследования стали известны в научном сообществе, эта область, определяемая скользящим желобом, стала известна как Мыс Поккельса.

Первая публикация

В 1891 году, примерно через десять лет после первых измерений поверхностного натяжения Поккельса, через своего брата Фридриха Поккельса она узнала, что Джон Уильям Струтт, 3-й барон Рэлей [лорд Рэлей] публикует исследования влияния небольших количеств масел на поверхность воды. Ей было ясно, что исследования лорда Рэлея тесно связаны с ее собственными. По совету брата Агнес Покелс написала лорду Рэли письмо, в котором описала свой прибор, свои открытия и тот факт, что она не смогла опубликовать свои открытия в научных журналах того времени. Оригинальная переписка Поккельса с Рэли была на немецком языке и была переведена для Рэлея его женой. Проявив великодушие и не опасаясь переписки от неизвестного любителя, Рэли направил результаты исследования Поккельса в журнал Nature с подходящим сопроводительным письмом, чтобы его результаты можно было опубликовать. Ее первая статья была «Поверхностное натяжение», в которой описывались ее измерения и результаты, полученные с помощью скользящей желоба.

Письмо лорду Рэли было описано в журнальной статье 1971 года о происхождении баланса поверхностной пленки как «веху в истории химии поверхности». Лорд Рэйли сохранил свою переписку, и письмо Поккельса к нему от 10 января 1891 года начиналось так:

«Милорд, - не могли бы вы извинить меня за то, что я отважился побеспокоить вас немецким письмом на научную тему? Услышав о плодотворных исследованиях, проведенных вами в прошлом году в отношении малоизученных свойств водных поверхностей, я подумал, что это может заинтересовать вы должны знать мои собственные наблюдения по этому вопросу. По разным причинам я не в состоянии публиковать их в научных периодических изданиях, и поэтому я использую этот способ сообщения вам наиболее важных из них ».

Затем в основной части письма Поккельса к Рэли описывался ее метод скользящего желоба, ее первоначальные открытия и ее оценка ограничений ее экспериментальных методов. В конце ее письма говорилось:

«Я думал, что не должен скрывать от вас эти факты, которые я наблюдал, хотя я не профессиональный физик; и еще раз прошу вас извинить за мою смелость, я остаюсь с искренним уважением,
                                                  С уважением,
                                                  (подписано) Агнес Покельс»

Лорд Рэйли переслал корреспонденцию Поккельса редактору журнала Nature с сопроводительным письмом от 2 марта 1891 года. Редактором в то время был сэр Джозеф Норман Локьер, который решил опубликовать переписку Рэлея и Поккельса. В сопроводительном письме говорилось:

"Буду признателен, если вы найдете место для сопроводительного перевода интересного письма, которое я получил от женщины из Германии, которая с помощью очень домашней техники достигла ценных результатов в отношении поведения загрязненных водных поверхностей. Письмо Поккельса затрагивает почти ту же тему, что и некоторые из моих недавних работ, и в основном согласуется с ними. Последующие разделы кажутся мне очень многообещающими, поднимая, если они не дают полного ответа, многие важные вопросы. Я надеюсь, что скоро найти возможность повторить некоторые эксперименты мисс Покелс ".

Более поздняя карьера

Поккельс около 1892 г.

После первой публикации исследования поверхностных пленок Поккельса ускорились. Позже она продолжила публиковать значительное количество научных статей и в конечном итоге была признана пионером в развивающейся области науки о поверхности . Покельс также отправила множество своих статей в немецкие журналы, продолжая заботиться о своих больных родителях. Брат Поккельса, Фридрих Карл Алвин Покелс, умер в 1913 году. После его смерти Агнес Поккельс потеряла все коллегиальные связи в своей области и больше не имела контактов с интересами в своей области.

Покельс никогда не получала официального назначения для ее научных исследований. Тем не менее, она опубликовала ряд научных статей и в конечном итоге получила признание как пионер в новой области науки о поверхности. Комментаторы писали: «Когда Ленгмюр получил Нобелевскую премию по химии в 1932 году за свою работу по исследованию монослоев твердых тел и жидкостей, часть его достижений была [...] основана на оригинальных экспериментах, впервые проведенных с кнопкой и тонкой тарелкой. молодой женщиной 18 лет, не имевшей формального научного образования ".

Покелс провела последний этап своей жизни, заботясь о своих больных родителях, что, по ее словам, было "очень трудным". В более поздние годы Поккельса она жила тетей, известной как «тетя Агнес».

Покельс умерла в 1935 году в Брансуике , Германия , в городе, где она жила на протяжении всей своей карьеры.

Награды и наследие

Внешние СМИ
СМИ, связанные с Агнес Покельс
Изображений
значок изображения Фотография сменного желоба (нем. Schieberinne) типа, разработанного Поккельсом для измерения поверхностного натяжения.
значок изображения Портрет в середине карьеры Агнес Покелс
видео
значок видео Видеобиография Агнес Поккельс , включая демонстрацию измерения поверхностного натяжения с помощью желоба Поккельса.

В 1931 году вместе с Анри Дево Покельс получил премию Лауры Леонард от Коллоидного общества. В следующем году Технологический университет Брауншвейга присвоил ей почетную докторскую степень . Она была номинирована на премию Лауры-Р.-Леонарда Немецкого коллоидного общества . Она также была первой женщиной , получившей степень доктора наук Технического университета Брауншвейга , которая была вручена по случаю ее 70-летия.

Используя улучшенную версию этого желоба, американский химик Ирвинг Ленгмюр сделал дополнительные открытия свойств поверхностных молекул, которые принесли ему Нобелевскую премию по химии в 1932 году. Устройство Поккельса является прямым предшественником желоба Ленгмюра – Блоджетт , разработанного позже. Ленгмюра и физика Кэтрин Блоджетт .

С 1993 года Технический университет Брауншвейга награждает медалью Агнес Поккельс людям, которые продвинулись дальше Технического университета Брауншвейга, уделяя особое внимание тем, кто продвигал обучение и исследования, особенно женщинам.

Лаборатория Агнес Поккельс была основана в Техническом университете Брауншвейга в 2002 году. Ее цель - способствовать химическому образованию, помогать учителям химии и поощрять маленьких детей к естественным наукам. Особое внимание уделяется детям младше 10 лет, особенно девочкам. В этой лаборатории дети учатся на практике, как в ремесле, без теоретических знаний и передовых инструментов.

Публикации

  • «Поверхностное натяжение», (1891) Nature , 46, 437.
  • « Об относительном загрязнении поверхности воды равными количествами различных веществ », (1892) Nature 47, 418.
  • «Связь между поверхностным натяжением и относительной загрязненностью водных поверхностей», (1893) Nature , 48, 152.
  • «О растекании масла по воде», (1894) Nature 50, 223.
  • "Beobachtungen über die Adhäsion verschiedener Flüssigkeiten an Glas", (Наблюдения о прилипании различных жидкостей к стеклу), (1898) Naturwissenschaftliche Rundschau , 14, 190.
  • «Randwinkel gesättigter Lösungen an Kristallen» (Краевые углы насыщенных растворов на кристаллах), (1899), Naturwissenschaftliche Rundschau , 14, 383.
  • "Untersuchungen von Grenzflächenspannungen mit der Cohäsionswaage", (Исследования поверхностного натяжения с балансом когезии), (1899) Annalen der Physik , 67, 668.
  • "Über das spontane Sinken der Oberflächenspannung von Wasser, wässerigen Lösungen und Emulsionen", (О самопроизвольном уменьшении поверхностного натяжения воды, водных растворов и эмульсий), (1902) Annalen der Physik , 8, 854.
  • "Über Randwinkel und Ausbreitung von Flüssigkeiten auf festen Körpern" (Об углах контакта и течении жидкостей на твердых телах), (1914) Physikalische Zeitschrift , 15, 39.
  • "Zur Frage der zeitlichen Veränderung der Oberflächenspannun" (Об изменениях поверхностного натяжения во времени), (1916) Physikalische Zeitschrift , 17, 141
  • "Uber die Ausbreitung reiner und gemischter Flüssigkeiten auf Wasser" (О распространении чистых и смешанных жидкостей по воде) (1916) Physikalische Zeitschrift , 17, 142.
  • "Die Anomalie der Wasseroberfläche" (Аномальное состояние водной поверхности) (1917) Die Naturwissenschaften , 5, 137 u. 149.
  • "Zur Frage der Ölflecke auf Seen" (О масляных пятнах на озерах) (1918) Die Naturwissenschaften , 6, 118.
  • «Измерение поверхностного натяжения с помощью весов» (1926) Science 64, 304.

Смотрите также

использованная литература

Дополнительные ресурсы

  • CH Giles и SD Forrester, "Истоки баланса поверхностной пленки: Исследования по ранней истории химии поверхности, часть 3", Chemistry and Industry , стр. 43–53 (9 января 1971). (Примечание: эта статья содержит один из самых подробных рассказов об Агнес Покельс, включая фотографии ее и ее семьи.)
  • Чарльз Танфорд , Бен Франклин успокаивали волны: неформальная история литья воды на воду с размышлениями о взлетах и ​​падениях научной жизни в целом, Oxford University Press, 2004.
  • М. Элизабет Деррик, "Агнес Поккельс, 1862-1935", Журнал химического образования , вып. 59, нет. 12. С. 1030–1031 (декабрь 1982 г.).
  • Андреа Крузе и Соня М. Шварцль. "Zum Beispiel Agnes Pockels". В: Nachrichten aus der Chemie , 06, 2002.

внешние ссылки