Ричардс (Richards), Теодор Уильям

Американский химик Теодор Уильям Ричардс родился в Джермантауне (штат Пенсильвания), в семье квакеров. Он был четвертым по счету из шести детей в семье преуспевающего художника-мариниста Уильяма Торста Ричардса и поэтессы Анны (Мэтлак) Ричардс. Мать Ричардса, недовольная качеством государственного обучения, занималась с сыном дома. Летние месяцы Ричардсы проводили в своем доме в Ньюпорте, на Род-Айленде, где их соседом был профессор химии Гарвардского университета Джошуа Парсонс Кук-младший. Кук пробудил в мальчике интерес к науке, показав ему в телескоп планету Сатурн.

Поступив сразу на второй курс Хаверфордского колледжа в возрасте 14 лет, Ричардс превосходил других учеников в знании химии и астрономии. В 1885 г. он лучше всех из класса закончил колледж и получил степень бакалавра наук по химии. Переехав той же осенью в Гарвард, чтобы заниматься у Кука, он в 1886 г. блестяще окончил Гарвардский университет по курсу химии. В качестве аспиранта Кука Ричардс занялся изучением связи между атомными массами. Атомная масса – это относительная масса атомов данного элемента. Несмотря на то что к этому времени были определены атомные массы нескольких элементов, надежность полученных результатов оставалась сомнительной.

Под руководством Кука Ричардс занялся определением атомных масс кислорода и водорода. Он использовал оригинальный метод, сжигая определенное количество водорода с окисью меди, вследствие чего образовывалось некоторое количество воды. Полученные им результаты (отношение веса водорода к весу кислорода как 1:15,96) противоречили преобладавшему тогда мнению, что атомная масса любого элемента должна быть целым числом, кратным атомной массе водорода Ричардс уточнил также атомную массу меди, исправив ее принятое ранее число 63,31 на 63,54.

После того как в 1888 г. Ричардс был удостоен в Гарвардском университете степени доктора философии, он получил стипендию Паркера, которая позволила ему продолжить свое образование в Германии, в Геттингенском, Мюнхенском и Дрезденском университетах. На следующий год, по возвращении в Гарвард, Ричардс был назначен преподавателем количественного анализа. В 1891 г. он стал куратором, а в 1894 ассистент-профессором Гарвардского университета. Спустя год, после смерти Кука, Ричардс был направлен для повышения квалификации на год за границу, где работал с Вильгельмом Оствальдом в Лейпцигском и с Вальтером Нернстом в Геттингенском университетах. В 1901 г. он оставил должность заведующего кафедрой физической химии Геттингенского университета и стал полным профессором Гарвардского университета. С 1903 по 1911 гг. Ричардс возглавлял там химический факультет, а с 1912 г. до самой смерти занимал должность профессора химии.

В 1905 г. ученый пришел к выводу, что принятые значения многих атомных масс ошибочны, и поставил перед собой задачу исправить их. Чтобы повысить точность измерения, он изобрел несколько новых приборов, включая аппаратуру, предотвращавшую загрязнение опытных образцов влагой из атмосферы, калориметр, который не был подвержен воздействию небольших температурных колебаний, вызываемых исследуемыми веществами, и нефелометр устройство, позволяющее визуально определять концентрацию или размеры частиц в растворе.

В течение следующего десятилетия Ричардс определил атомные массы более чем тридцати элементов, двадцать одну из которых он установил лично. Эта работа, помимо своего практического значения, представляла собой фундаментальный вклад в химическую теорию. Подтвердив, например, что у кобальта атомная масса больше, чем у никеля, несмотря на то что он стоит в Периодической таблице раньше, Ричардс показал, что вопреки общепринятой теории не атомные массы являются основой химического порядка. Пожалуй, самое значительное его достижение в определении атомных масс заключалось в доказательстве им в 1914 г. того, что свинец в радиоактивных минералах имеет явно меньшую атомную массу, чем «нормальный» свинец. Это стало одним из ранних подтверждений существования изотопов – атомов одного и того же элемента, обладающих разными атомными массами.

В 1914 г. Ричардс был главным кандидатом на присуждение Нобелевской премии по химии. Однако с началом первой мировой войны определение лауреатов было отложено до следующего года. Ричардс был удостоен этого звания «за точное определение атомных масс большого числа химических элементов». Ученый не смог сам приехать получить премию. Выступая на торжественной церемонии в Стокгольме, Х.Г. Седербаум от имени Шведской королевской академии наук отметил, что «почти в каждом научном труде Ричардса содержится описание методов и операций, которые заметно совершеннее тех, что применялись на практике до него». Ричардс выступил с Нобелевской лекцией в Стокгольме в 1919 г. На исследование атомных масс, сказал он, «меня прежде всего вдохновила философская страсть к познанию фундаментальной природы материи и ее связи с энергией. Позднее я стал все более и более ясно осознавать, что лучшее понимание «поведения» материи должно дать человечеству большую власть над жизненными обстоятельствами».

Помимо работы над определением атомных масс, Ричардс занимался проблемами равновесия, электрохимии и химической термодинамики. Изучение термодинамики элементов при низких температурах позволило ему в 1902 г. сделать наблюдения, которые предвосхитили третий закон термодинамики, открытый три года спустя Нернстом. Особый интерес представляли для Ричардса атомные объемы. Согласно сформулированной им в 1907 г. теории «сжимаемых» атомов, атомный объем зависит от химического состояния. Продолжив исследования, Ричардс проанализировал отклонения в атомном объеме, наблюдающиеся у многих элементов.

В 1896 г. Ричардс женился на Мириам Стюарт Тэйер, дочери профессора теологии Гарвардского университета. У них родились дочь и два сына. Ричардс, которого писатель и историк науки Бенджамин Хэрроу описывает как человека «среднего роста... в очках, с проницательным взглядом и радушными манерами», любил посвящать свободное время литературе, музыке и искусству. Его удивительная преданность научным исследованиям и преподавательской деятельности помогли превратить Гарвардский университет в ведущий центр подготовки специалистов с высшим химическим образованием. Ричардс продолжал вести преподавательскую работу почти до последних дней своей жизни. Он умер в 1928 г. в Кембридже (штат Массачусетс).

Помимо Нобелевской премии, Ричардс был награжден медалью Дэви Лондонского королевского общества (1910), медалью Уилларда Гиббса Американского химического общества (1912), медалью Франклина Франклиновского института (1916) и медалью Лавуазье Французского химического общества (1922) и удостоен почетных степеней 13 университетов Европы и США. Он был президентом Американского химического общества, Американской ассоциации содействия развитию науки и Американской академии наук и искусств, а также членом многих научных обществ.