Агнес Поккельс

Агнес Поккельс
Рожденный	( 1862-02-14 ) 14 февраля 1862 г. Венеция , Австрийская империя
Умер	21 ноября 1935 г. ) ( 1935-11-21 ) ( 73 года Брауншвейг , нацистская Германия
Национальность	немецкий
Известный	Пионер науки о поверхности
Награды	Премия Лоры Леонард
Научная карьера
Поля	Химия/Физика

Агнес Луиза Вильгельмина Поккельс (14 февраля 1862 — 21 ноября 1935) была немецким химиком, чьи исследования сыграли фундаментальную роль в создании современной дисциплины, известной как наука о поверхности , которая описывает свойства жидких и твердых поверхностей и границ раздела .

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

Поккельс был самоучкой . Она не была оплачиваемым профессиональным ученым и не имела никакой институциональной принадлежности, что является примером гражданского ученого .

Напротив, ее брат Фридрих Карл Алвин Поккельс , в честь которого был назван эффект Поккельса , был профессором теоретической физики в Гейдельбергском университете.

Ранняя жизнь и образование

Поккельс родился в Венеции , Австрийская империя , 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 , который был частью зарождающейся Германской империи . Там Поккельс посещала муниципальную среднюю школу для девочек. В детстве Агнес интересовалась химией. Однако женщинам не разрешалось поступать в университеты для учебы. Поккельс заявила, что «я страстно интересовалась естественными науками, особенно физикой, и хотела бы учиться». (Агнес Поккельс, в переводе Джайлза из «Автобиографических заметок» В. Оствальда, 1932. )

В детстве Поккельс интересовался наукой, особенно физикой. В те времена женщины в Германии не имели доступа к университетам. Поккельс изучала естественные науки дома, ухаживая за своими родителями. Младший брат Поккельса Фридрих Карл Алвин Поккельс изучал физику в Геттингенском университете, получив там степень. Фридрих поделился университетскими учебниками с Агнес Поккельс, чтобы помочь ей учиться дома. Позже он поделился академической литературой с Агнес Покельс, чтобы улучшить ее учебу.

Научные исследования

Первоначальные выводы

Желоб Ленгмюра-Блоджетт
Раздвижная корыто Поккельса было предшественником современной корыта Ленгмюра-Блоджетт.

Благодаря своему опыту выполнения работы по дому, особенно мытья посуды, Покельс заинтересовалась влиянием мыла на воду и, в более общем плане, воздействием примесей на воду и мыльную воду. К 18 годам она начала проводить эксперименты у себя дома, чтобы понять физические свойства воды и примесей, будучи химиком-любителем .

В результате своих интересов к 20 годам Покельс изобрела предметное стекло для количественных измерений поверхностных свойств мыльной воды и родственных ей веществ. В частности, он представлял собой металлическое корыто прямоугольной формы, примерно 70 сантиметров (см) в длину, 5 см в ширину и 2 см в глубину. Корыто было наполнено водой. Поверх воды по ширине корыта укладывалась металлическая полоса шириной около 1,5 см так, чтобы разделить поверхность воды на две части. располагалась линейка По длине желоба , чтобы можно было определить положение металлической полосы и, следовательно, площадь поверхности каждой из двух частей желоба при перемещении полосы по длине желоба.

Поккельс усовершенствовала свой аппарат, поместив небольшой диск (обычно диаметром 6 миллиметров), например кнопку , на поверхность воды в корыте. Затем она использовала весы (обычно аптекарские весы), чтобы определить силу ( вес ), необходимую для поднятия диска из воды. Сравнивая силы, необходимые для подъема диска из чистой воды с водой, содержащей 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, а также дал представление о поверхностно-активности.

Конструкция скользящего желоба Поккельса основана на предыдущих открытиях Людвига Вильгельми . пластинчатого метода метода измерения поверхностного натяжения Конструкция Поккельса повлияла на более поздних исследователей, которые усовершенствовали этот метод, что привело к созданию современной впадины Ленгмюра-Блоджетт , которая в наше время широко используется в коллоидных и поверхностных исследованиях.

Определение точки Поккельса

Поккельс использовала свой раздвижной лоток, чтобы оценить влияние небольших количеств примесей на воду. Этими примесями обычно были бытовые вещества, такие как масла и мыло. С помощью своего аппарата она измерила поверхностное натяжение как величину силы, необходимой для отрыва диска от поверхности воды. Поккельс обнаружил, что небольшие количества примесей могут оказывать большое влияние на поверхностное натяжение воды по сравнению с чистой водой.

Схема, показывающая молекулы поверхностно-активных веществ (мыла) на поверхности воды.

В частности, Поккельс изучал мыльную воду. Мыло является примером поверхностно-активных веществ , которые представляют собой молекулы, у которых есть гидрофильная часть молекулы, а остальная часть является гидрофобной . Они нерастворимы в воде и имеют тенденцию оставаться на поверхности воды. Поместив небольшое количество поверхностно-активных веществ в свою скользящую ванну, Покельс обнаружила, что влияние на поверхностное натяжение было небольшим. Однако как только ползунок на поверхности желоба проходил определенную точку, влияние на поверхностное натяжение было значительным. Когда она изобразила поверхностное натяжение на одной оси графика в сравнении с положением ползунка на ее скользящей желобе, графическим представлением была изотерма сжатия .

Используя свои познания в химии, Покельс поняла, что точка изотермы сжатия, в которой резко меняется поверхностное натяжение, является точкой, в которой образуется непрерывная пленка молекул поверхностно-активного вещества толщиной в одну молекулу. Это монослой ПАВ. Поккельс также обнаружил, что эта пороговая точка одинакова для различных мыл с поверхностно-активными веществами. Поскольку она знала, сколько поверхностно-активного вещества находится в ее скользящем лотке, а также площадь, покрытую монослойной пленкой, она могла вычислить площадь на поверхности воды, занимаемую одной молекулой. Она рассчитала, что эта площадь равна 20 квадратным ангстремам (20 Å). ² ). Позже, когда ее исследования стали известны в научном сообществе, эта область, определяемая скользящим желобом, стала называться мысом Поккельс.

Первая публикация

В 1891 году, примерно через десять лет после первых измерений поверхностного натяжения Поккельс, через своего брата Фридриха Поккельса она узнала, что лорд Рэлей публикует исследования воздействия небольших количеств масел на поверхность воды. Ей было ясно, что исследования лорда Рэлея тесно связаны с ее собственными. При поддержке своего брата Агнес Поккельс написала лорду Рэлею, чтобы описать свой аппарат, свои открытия и тот факт, что она не смогла опубликовать свои открытия в научных журналах того времени. Оригинальная переписка Поккельса с Рэлеем была на немецком языке и была переведена для Рэлея его женой. Проявив великодушие и не опасаясь переписки с неизвестным любителем, Рэлей направил результаты Поккельса в журнал Nature с подходящим сопроводительным письмом, позволяющим опубликовать результаты Поккельса. Ее первой статьей была «Поверхностное натяжение», в которой описывались ее измерения и результаты с помощью скользящего желоба.

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

«Милорд, не будете ли вы любезно извинить меня за то, что я рискнул беспокоить вас немецким письмом на научную тему? Услышав о плодотворных исследованиях, проведенных вами в прошлом году по до сих пор малоизученным свойствам водных поверхностей, я подумал, что это может заинтересовать чтобы вы знали о моих собственных наблюдениях по этому поводу. По разным причинам я не имею возможности публиковать их в научных периодических изданиях, и поэтому я использую этот способ сообщить вам наиболее важные из них».

В основной части письма Поккельс Рэлею описывалась ее метод скользящей желоба, первоначальные результаты и оценка ограничений ее экспериментальных методов. В заключении ее письма говорилось:

«Я думал, что не должен скрывать от вас эти факты, которые я наблюдал, хотя я и не профессиональный физик; и еще раз прошу вас извинить мою смелость, остаюсь с искренним уважением:
Искренне Ваш,
(подпись) Агнес Покельс"

Лорд Рэлей 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:

«Я буду вам признателен, если вы найдете место для сопроводительного перевода интересного письма, которое я получил от одной немки, которая с помощью очень простых приборов достигла ценных результатов относительно поведения загрязненных водных поверхностей. Письмо Поккельса затрагивает почти ту же тему, что и некоторые из моих недавних работ, и в основном гармонирует с ним. Последующие разделы кажутся мне очень многообещающими, поднимая, хотя и не дающие полного ответа, многие важные вопросы, которые, как я надеюсь, вскоре дадут. найти возможность повторить некоторые эксперименты мисс Покелс».

В биографии Поккельс, написанной Оствальдом, сообщается, что Поккельс первоначально обратилась к физикам Геттингенского университета по поводу своих выводов и не получила никакого выражения интереса.

Более поздняя карьера

Поккельс около 1892 г.

После первой публикации исследования Поккельса поверхностных пленок ускорились. Она продолжала переписываться с лордом Рэлеем. В этих сообщениях подчеркивались ее выводы относительно важности чистоты и чистоты оборудования, включая признание трудностей в ее собственных экспериментах в отношении ранее не выявленного загрязнения.

Поккельс отметила, что даже пыль, переносимая по воздуху, может повлиять на результаты ее экспериментального аппарата. Она признала, что примеси могут повлиять на воспроизводимость экспериментальных результатов. Поккельс разработал усовершенствованный метод оценки монослойных пленок, заключающийся в нанесении интересующего соединения в виде раствора в бензоле на поверхность воды в ее скользящем желобе. В ходе этих экспериментов она измерила толщину некоторых монослойных пленок и составила 13 Å. С помощью лорда Рэлея вторая публикация Поккельса появилась в журнале Nature в 1892 году.

Поккельс описал успокаивающий эффект, который масла могут оказывать на водоемы: эффект, впервые исследованный в опубликованной литературе Бенджамином Франклином . Ее исследования распространились на исследования других поверхностных явлений, включая капиллярность и углы смачивания .

Поккельс опубликовал 14 научных статей, в основном в немецких журналах, последняя из которых была опубликована в 1926 году. В конечном итоге она была признана пионером в развивающейся области науки о поверхности . После смерти своего брата Фридриха Карла Алвина Поккельса в 1913 году и ухудшения здоровья Агнес Поккельс потеряла контакты со многими профессиональными учеными и прекратила оригинальные исследования.

Поккельс так и не получила официального назначения для своей научной деятельности. 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 в твердых телах и жидкостях, часть его достижений была [...] основана на оригинальных экспериментах, впервые проведенных с помощью кнопки и тонкого подноса. , написанная 18-летней девушкой, не имевшей формального научного образования».

Личная жизнь

Поккельс провела большую часть своей жизни, ухаживая за больными родителями, что, по ее словам, было «очень трудным». Ее отец умер в 1906 году, а мать умерла в 1914 году. К тому времени сама Поккельс была больна, что потребовало пребывания на некоторое время в санатории . Она путешествовала по Европе для удовольствия. В последние годы жизни Поккельса она была известна своей ролью тети «Тетушки Агнес».

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

Награды и наследие

Внешние СМИ
СМИ, связанные с Агнес Поккельс
Изображения
Фотография сменной желоба (нем. Schieberinne) типа, разработанного Поккельсом для измерения поверхностного натяжения.
Портрет Агнес Покельс в середине карьеры
Видео
Видеобиография Агнес Поккельс , включая демонстрацию измерения поверхностного натяжения с помощью желоба Поккельса.

В 1931 году вместе с Анри Дево Поккельс получил премию Лоры Р. Леонард от Коллоидного общества . В следующем году Брауншвейгский технологический университет присвоил ей звание почетного доктора , став первой женщиной, получившей такую ​​награду.

Используя улучшенную версию этого предметного стекла, американский химик Ирвинг Ленгмюр сделал дополнительные открытия свойств поверхностных молекул, что принесло ему Нобелевскую премию по химии в 1932 году. Устройство Поккельса является прямым предшественником желоба Ленгмюра-Блоджетт , разработанного позже Ленгмюром и физиком Кэтрин Блоджетт .

С 1993 года Брауншвейгский технический университет награждает медалью Агнес Поккельс людей, которые продвинули Брауншвейгский технический университет, уделяя особое внимание тем, кто способствовал преподаванию и исследованиям, особенно женщинам.

Лаборатория Агнес Поккельс была создана в Техническом университете Брауншвейга в 2002 году. Ее цель — способствовать химическому образованию, помогать учителям химии и поощрять детей младшего возраста к занятиям естественными науками. Это подчеркивает детей в возрасте до 10 лет, особенно девочек. В этой лаборатории дети учатся на практике , как в ремесле, без теоретических знаний и передового оборудования.

Лорд Рэлей хранил корреспонденцию, которую он получил от Поккельс и ее брата Фридриха Поккельса. Поккельс вел дневник. Эти документы и фотографии семьи Поккельс хранились в библиотеке Королевского химического общества в Берлингтон-хаусе . По случаю 70-летия Поккельса в 1932 году немецкий химик-коллоид Вольфганг Оствальд опубликовал биографию Поккельса. Статья Оствальд включает список ее публикаций и краткое изложение некоторых из них. Он также включает автобиографические отрывки из Поккельса. Ее невестка Элизабет (жена Фридриха Поккельса) также опубликовала биографию Поккельса, подчеркнув ее личную жизнь.

Публикации

• «Поверхностное натяжение», (1891) Nature , 46, 437.
• « Об относительном загрязнении водной поверхности равными количествами различных веществ », (1892) Nature 47, 418.
• «Связь между поверхностным натяжением и относительным загрязнением водных поверхностей», (1893) Nature , 48, 152.
• «О распространении нефти на воде», (1894) Nature 50, 223.
• «Наблюдения за адгезией различных жидкостей на стекле», (1898) Natural Science Review , 14, 190.
• «Углы контакта насыщенных растворов на кристаллах», (1899), NaturWissenschaftliche Rundschau , 14, 383.
• «Исследования поверхностного натяжения с помощью баланса сцепления», (1899) Annals of Physics , 67, 668.
• «О самопроизвольном уменьшении поверхностного натяжения воды, водных растворов и эмульсий», (1902) Annals of Physics , 8, 854.
• «Об углах контакта и течении жидкости на твердых телах», (1914) Physical Journal , 15, 39.
• «Об изменениях поверхностного натяжения со временем», (1916) Physical Journal , 17, 141.
• «О растекании чистых и смешанных жидкостей по воде» (1916) Physical Journal , 17, 142.
• «Аномальное состояние водной поверхности» (1917) The Natural Sciences , 5, 137 и 149.
• «К вопросу о масляных пятнах на озерах» (1918) The Natural Sciences , 6, 118.
• «Измерение поверхностного натяжения с помощью весов» (1926) Science 64, 304.

См. также

• Хронология женщин в науке
• Корыто Ленгмюра-Блоджетт

Дополнительные ресурсы

• CH Giles и SD Forrester, «Происхождение баланса поверхностной пленки: исследования ранней истории химии поверхности, часть 3», Chemistry and Industry , стр. 43–53 (9 января 1971 г.). (Примечание: эта статья содержит одну из самых подробных историй об Агнес Поккельс, включая фотографии ее и ее семьи.)
• Чарльз Танфорд , Бен Франклин успокоили волны: неофициальная история литья масла на воду с размышлениями о взлетах и ​​падениях научной жизни в целом, Oxford University Press, 2004.
• М. Элизабет Деррик, « Агнес Покелс, 1862–1935 », Журнал химического образования , том. 59, нет. 12, стр. 1030–1031 (декабрь 1982 г.).
• Андреа Крузе и Соня М. Шварцль. «Например, Агнес Покельс». В: Новости химии , 06, 2002.

Внешние ссылки

• Агнес Поккельс в книге «Вклад женщин 20-го века в физику в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе»
• Биография Агнес Поккельс [немецкий]
• Лаборатория Агнес Поккельс Брауншвейгского технического университета
• Работы Агнес Поккельс в LibriVox (аудиокниги, являющиеся общественным достоянием)