Harold Urey

Harold Urey

ForMemRS
Urey.jpg
Urey 1934
Född
Harold Clayton Urey

( 1893-04-29 ) 29 april 1893
Walkerton, Indiana , USA
dog 5 januari 1981 (1981-01-05) (87 år gammal)
La Jolla, Kalifornien , USA
Nationalitet amerikansk
Alma mater
Känd för
Utmärkelser
Vetenskaplig karriär
Fält Fysisk kemi
institutioner
Doktorand rådgivare Gilbert N. Lewis
Doktorander
Signatur
Harold Urey signature.svg

Harold Clayton Urey ( / 29 ˈj ʊər i / YOOR -ee ; april 1893 – 5 januari 1981) var en amerikansk fysikalisk kemist vars banbrytande arbete på isotoper gav honom Nobelpriset i kemi 1934 för upptäckten av deuterium . Han spelade en betydande roll i utvecklingen av atombomben , samt bidrog till teorier om utvecklingen av organiskt liv från icke-levande materia .

Född i Walkerton, Indiana , Urey studerade termodynamik under Gilbert N. Lewis vid University of California, Berkeley . Efter att han tagit sin doktorsexamen 1923 tilldelades han ett stipendium av American-Scandinavian Foundation för att studera vid Niels Bohr Institutet i Köpenhamn . Han var forskarassistent vid Johns Hopkins University innan han blev docent i kemi vid Columbia University . 1931 började han arbeta med separation av isotoper som resulterade i upptäckten av deuterium.

Under andra världskriget vände Urey sin kunskap om isotopseparation till problemet med urananrikning . Han ledde gruppen vid Columbia University som utvecklade isotopseparation med hjälp av gasdiffusion . Metoden utvecklades framgångsrikt och blev den enda metoden som användes under den tidiga efterkrigstiden. Efter kriget blev Urey professor i kemi vid Institute for Nuclear Studies , och senare Ryerson professor i kemi vid University of Chicago .

Urey spekulerade i att den tidiga terrestra atmosfären bestod av ammoniak , metan och väte. En av hans doktorander i Chicago var Stanley L. Miller , som visade i Miller-Urey-experimentet att om en sådan blandning exponerades för elektriska gnistor och vatten, kan den interagera och producera aminosyror , som vanligtvis anses vara livets byggstenar. Arbete med isotoper av syre ledde till banbrytande det nya området för paleoklimatisk forskning. 1958 accepterade han en tjänst som professor vid det nya University of California, San Diego (UCSD), där han hjälpte till att skapa den naturvetenskapliga fakulteten. Han var en av grundarna av UCSD:s kemiskola, som skapades 1960. Han blev allt mer intresserad av rymdvetenskap, och när Apollo 11 returnerade månstensprover från månen undersökte Urey dem vid Lunar Receiving Laboratory . Månastronauten Harrison Schmitt sa att Urey närmade sig honom som volontär för ett enkelriktat uppdrag till månen och sa "Jag kommer att åka och jag bryr mig inte om jag inte kommer tillbaka."

Tidigt liv

Harold Clayton Urey föddes den 29 april 1893 i Walkerton, Indiana , son till Samuel Clayton Urey, en skollärare och predikant i Bröderkyrkan, och hans hustru Cora Rebecca née Reinoehl. Han hade en yngre bror, Clarence, och en yngre syster, Martha. Familjen flyttade till Glendora, Kalifornien , efter att Samuel blivit allvarligt sjuk i tuberkulos , i hopp om att klimatet skulle förbättra hans hälsa. När det stod klart att han skulle dö flyttade familjen tillbaka till Indiana för att bo hos Coras änka mamma. Samuel dog när Harold var sex år gammal.

Urey utbildades i en Amish grundskola, från vilken han tog examen vid 14 års ålder. Han gick sedan gymnasiet i Kendallville, Indiana . Efter examen 1911 fick han ett lärarcertifikat från Earlham College och undervisade i ett litet skolhus i Indiana. Han flyttade senare till Montana, där hans mor då bodde, och fortsatte att undervisa där.

Urey gick in på University of Montana i Missoula hösten 1914. Till skillnad från dåtidens östliga universitet var University of Montana samutbildande i både studenter och lärare. Urey tog en Bachelor of Science (BS) examen i zoologi där 1917.

Som ett resultat av USA:s inträde i första världskriget samma år fanns det ett starkt tryck för att stödja krigsansträngningen. Urey hade vuxit upp i en religiös sekt som motsatte sig krig. En av hans professorer föreslog att han skulle stödja krigstidsinsatsen genom att arbeta som kemist. Urey tog ett jobb med Barrett Chemical Company i Philadelphia , vilket gjorde TNT , snarare än att gå med i armén som soldat. Efter kriget återvände han till University of Montana som instruktör i kemi .

En akademisk karriär krävde en doktorsexamen, så 1921 skrev Urey in på ett doktorandprogram vid University of California, Berkeley , där han studerade termodynamik under Gilbert N. Lewis . Hans första försök till en avhandling handlade om jonisering av cesiumånga . Han stötte på svårigheter och Meghnad Saha publicerade en bättre artikel om samma ämne. Urey skrev sedan sin avhandling om joniseringstillstånden för en idealgas , som senare publicerades i Astrophysical Journal . Efter att han tagit sin doktorsexamen 1923 tilldelades Urey ett stipendium av American-Scandinavian Foundation för att studera vid Niels Bohr Institutet i Köpenhamn , där han träffade Werner Heisenberg , Hans Kramers , Wolfgang Pauli , Georg von Hevesy och John Slater . I slutet av sin vistelse reste han till Tyskland, där han träffade Albert Einstein och James Franck .

När han återvände till USA fick Urey ett erbjudande om ett stipendium från National Research Council till Harvard University , och fick också ett erbjudande om att bli forskarassistent vid Johns Hopkins University . Han valde det senare. Innan han började på jobbet reste han till Seattle, Washington , för att besöka sin mamma. På vägen stannade han till Everett, Washington , där han kände Dr. Kate Daum, en kollega från University of Montana. Dr Daum presenterade Urey för sin syster Frieda. Urey och Frieda förlovade sig snart. De gifte sig i hennes fars hus i Lawrence, Kansas , 1926. Paret fick fyra barn: Gertrude Bessie (Elizabeth) , född 1927; Frieda Rebecca, född 1929; Mary Alice, född 1934; och John Clayton Urey, född 1939.

Hos Johns Hopkins skrev Urey och Arthur Ruark Atoms, Quanta and Molecules (1930), en av de första engelska texterna om kvantmekanik och dess tillämpningar på atomära och molekylära system. 1929 blev Urey docent i kemi vid Columbia University , där hans kollegor inkluderade Rudolph Schoenheimer , David Rittenberg och TI Taylor.

Deuterium

På 1920-talet upptäckte William Giauque och Herrick L. Johnston de stabila isotoper av syre . Isotoper var inte väl förstådda på den tiden; James Chadwick skulle inte upptäcka neutronen förrän 1932. Två system användes för att klassificera dem, baserat på kemiska och fysikaliska egenskaper. Den senare bestämdes med användning av masspektrografen . Eftersom det var känt att atomvikten av syre var nästan exakt 16 gånger så tung som väte, antog Raymond Birge och Donald Menzel att väte också hade mer än en isotop. Baserat på skillnaden mellan resultaten av de två metoderna förutspådde de att endast en väteatom av 4 500 var av den tunga isotopen.

1931 gav sig Urey iväg för att hitta den. Urey och George M. Murphy (1903–1968) beräknade utifrån Balmer-serien att den tunga isotopen skulle ha linjer blåskiftade (motsvarande den lätta isotopen rödförskjutna ) med 1,1 till 1,8 ångströms (1,1 × 10 −10 till 1,8 × 10 ) −10 meter . Urey hade tillgång till en 21 fot (6,4 m) gallerspektrograf , en känslig enhet som nyligen hade installerats i Columbia och som kunde lösa Balmer-serien . Med en upplösning på 1 Å per millimeter borde maskinen ha producerat en skillnad på cirka 1 millimeter. Men eftersom endast en av 4 500 atomer var tung, var linjen på spektrografen mycket svag. Urey bestämde sig därför för att skjuta upp publiceringen av deras resultat tills han hade mer avgörande bevis för att det var tungt väte.

Urey och Murphy beräknade utifrån Debye-modellen att den tunga isotopen skulle ha en något högre kokpunkt än den lätta. Genom att försiktigt värma upp flytande väte kunde 5 liter flytande väte destilleras till 1 milliliter, vilket skulle anrikas i den tunga isotopen med 100 till 200 gånger. För att få fem liter flytande väte reste de till kryogenikalaboratoriet vid National Bureau of Standards i Washington, DC, där de fick hjälp av Ferdinand Brickwedde, som Urey hade känt på Johns Hopkins.

Det första provet som Brickwedde skickade indunstades vid 20 K (−253,2 °C; −423,7 °F) vid ett tryck av 1 standardatmosfär (100 kPa). Till deras förvåning visade detta inga bevis på berikning. Brickwedde beredde sedan ett andra prov indunstat vid 14 K (−259,1 °C; −434,5 °F) vid ett tryck av 53 mmHg (7,1 kPa). På detta prov var Balmer-linjerna för tungt väte sju gånger så intensiva. Tidningen som tillkännager upptäckten av tungt väte, senare kallat deuterium , publicerades gemensamt av Urey, Murphy och Brickwedde 1932. Urey tilldelades Nobelpriset i kemi 1934 "för sin upptäckt av tungt väte". Han avböjde att närvara vid ceremonin i Stockholm, så att han kunde vara med vid födelsen av sin dotter Mary Alice.

I samarbete med Edward W. Washburn från Bureau of Standards upptäckte Urey sedan orsaken till det anomala provet. Brickweddes väte hade separerats från vatten genom elektrolys , vilket resulterade i ett utarmat prov. Dessutom Francis William Aston rapporterat att hans beräknade värde för atomvikten av väte var felaktigt, vilket ogiltigförklarade Birge och Menzels ursprungliga resonemang. Upptäckten av deuterium stod sig dock.

Urey och Washburn försökte använda elektrolys för att skapa rent tungt vatten . Deras teknik var sund, men de slogs till det 1933 av Lewis, som hade resurserna från University of California till sitt förfogande. Med hjälp av Born–Oppenheimer approximation , beräknade Urey och David Rittenberg egenskaperna hos gaser som innehåller väte och deuterium. De utvidgade detta till att anrika föreningar av kol, kväve och syre. Dessa skulle kunna användas som spårämnen inom biokemi , vilket resulterar i ett helt nytt sätt att undersöka kemiska reaktioner. Han grundade Journal of Chemical Physics 1932 och var dess första redaktör, som tjänstgjorde i den egenskapen fram till 1940.

Vid Columbia var Urey ordförande för University Federation for Democracy and Intellectual Freedom. Han stödde Atlanticisten Clarence Streits förslag om en federal union av världens stora demokratier och den republikanska orsaken under det spanska inbördeskriget . Han var en tidig motståndare till tysk nazism och hjälpte flyktingforskare, inklusive Enrico Fermi , genom att hjälpa dem att hitta arbete i USA och att anpassa sig till livet i ett nytt land.

Manhattan-projektet

När andra världskriget bröt ut i Europa 1939 erkändes Urey som en världsexpert på isotopseparation. Hittills hade separationen endast involverat de lätta elementen. 1939 och 1940 publicerade Urey två artiklar om separation av tyngre isotoper där han föreslog centrifugalseparation. Detta fick stor betydelse på grund av spekulationer från Niels Bohr om att uran 235 var klyvbart . Eftersom det ansågs "mycket tveksamt om en kedjereaktion kan etableras utan att separera 235 från resten av uranet," började Urey intensiva studier av hur urananrikning kan uppnås. Förutom centrifugalseparation föreslog George Kistiakowsky att gasdiffusion kan vara en möjlig metod. En tredje möjlighet var termisk diffusion . Urey samordnade alla forskningsinsatser för isotopseparation, inklusive ansträngningarna att producera tungt vatten, som skulle kunna användas som en neutronmoderator i kärnreaktorer .

S -1 exekutivkommittén i Bohemian Grove , 13 september 1942. Från vänster till höger är Urey, Ernest O. Lawrence , James B. Conant , Lyman J. Briggs , Eger V. Murphree och Arthur H. Compton .

I maj 1941 utsågs Urey till kommittén för uran , som övervakade uranprojektet som en del av National Defense Research Committee (NDRC). 1941 ledde Urey och George B. Pegram en diplomatisk beskickning till England för att etablera samarbete kring utvecklingen av atombomben. Britterna var optimistiska när det gäller gasdiffusion, men det var tydligt att både gasformiga och centrifugala metoder stod inför enorma tekniska hinder. I maj 1943, när Manhattanprojektet tog fart. Urey blev chef för krigstida Substitute Alloy Materials Laboratories ( SAM Laboratories ) i Columbia, som var ansvarig för tungvattnet och alla processer för anrikning av isotoper förutom Ernest Lawrences elektromagnetiska process.

Tidiga rapporter om centrifugalmetoden visade att den inte var så effektiv som förutspått. Urey föreslog att ett mer effektivt men tekniskt mer komplicerat motströmssystem skulle användas istället för den tidigare genomströmningsmetoden. I november 1941 verkade tekniska hinder tillräckligt stora för att processen skulle överges. Motströmscentrifuger utvecklades efter kriget och är idag den gynnade metoden i många länder.

Gasdiffusionsprocessen förblev mer uppmuntrande, även om den också hade tekniska hinder att övervinna. I slutet av 1943 hade Urey över 700 personer som arbetade för honom med gasdiffusion. Processen involverade hundratals kaskader, där frätande uranhexafluorid diffunderade genom gasformiga barriärer och blev gradvis mer anrikad i varje steg. Ett stort problem var att hitta rätt tätningar för pumparna, men den absolut största svårigheten låg i att konstruera en lämplig diffusionsbarriär. Konstruktionen av den enorma gasdiffusionsanläggningen K-25 var på god väg innan en lämplig barriär blev tillgänglig i kvantitet 1944. Som en backup kämpade Urey för termisk diffusion.

Utsliten av ansträngningen lämnade Urey projektet i februari 1945 och lämnade över sitt ansvar till RH Crist. K-25-anläggningen togs i drift i mars 1945, och allteftersom felen åtgärdades fungerade anläggningen med anmärkningsvärd effektivitet och ekonomi. Under en tid matades uran in i S50-vätskediffusionsanläggningen , sedan den gasformiga K-25 och slutligen den elektromagnetiska separationsanläggningen Y-12 ; men strax efter krigets slut stängdes de termiska och elektromagnetiska separationsanläggningarna, och separationen utfördes enbart av K-25. Tillsammans med sin tvilling, K-27, byggd 1946, blev den den viktigaste isotopseparationsanläggningen under den tidiga efterkrigstiden. För sitt arbete med Manhattan-projektet tilldelades Urey medaljen för förtjänst av projektledaren, generalmajor Leslie R. Groves, Jr.

Efterkrigsår

Efter kriget blev Urey professor i kemi vid Institute for Nuclear Studies , och blev sedan Ryerson-professor i kemi vid University of Chicago 1952. Han fortsatte inte sin förkrigsforskning med isotoper. Genom att tillämpa kunskapen som erhållits med väte på syre insåg han att fraktioneringen mellan karbonat och vatten för syre-18 och syre-16 skulle minska med en faktor 1,04 mellan 0 och 25 °C (32 och 77 °F). Förhållandet mellan isotoperna kunde sedan användas för att bestämma medeltemperaturer, förutsatt att mätutrustningen var tillräckligt känslig. I teamet ingick hans kollega Ralph Buchsbaum . Undersökning av en 100 miljoner år gammal belemnit visade sedan sommar- och vintertemperaturerna som den hade genomlevt under en period av fyra år. För denna banbrytande paleoklimatiska forskning tilldelades Urey Arthur L. Day-medaljen av Geological Society of America och Goldschmidt-medaljen från Geochemical Society . Medan han var på University of Chicago, bidrog Urey till Urey-Bigeleisen-Mayer-ekvationen , en modell för stabil isotopfraktionering.

Miller-Urey experiment

Urey aktivt kampanjade mot May-Johnson lagförslaget från 1946 eftersom han fruktade att det skulle leda till militär kontroll över kärnenergi, men stödde och kämpade för McMahon lagförslaget som ersatte det, och skapade slutligen Atomic Energy Commission . Ureys engagemang för idealen om världsregering daterades från före kriget, men möjligheten till kärnvapenkrig gjorde det bara mer brådskande i hans sinne. Han gick på föreläsningsturnéer mot krig och blev involverad i kongressdebatter om kärnkraftsfrågor. Han argumenterade offentligt på uppdrag av Ethel och Julius Rosenberg , och kallades inför House Un-American Activities Committee .

Kosmokemi och Miller-Urey-experimentet

Senare i livet hjälpte Urey till att utveckla fältet kosmokemi och är krediterad för att ha myntat termen. Hans arbete med oxygen-18 ledde till att han utvecklade teorier om förekomsten av kemiska grundämnen på jorden, och om deras överflöd och utveckling i stjärnorna. Urey sammanfattade sitt arbete i The Planets: Their Origin and Development (1952). Urey spekulerade i att den tidiga terrestra atmosfären bestod av ammoniak , metan och väte. En av hans doktorander i Chicago, Stanley L. Miller , visade i Miller-Urey-experimentet att om en sådan blandning utsätts för elektriska gnistor och vatten, kan den interagera och producera aminosyror , som vanligtvis anses vara livets byggstenar.

Urey tillbringade ett år i Storbritannien som gästprofessor vid Oxford University 1956 och 1957. 1958 nådde han University of Chicagos pensionsålder på 65 år, men han accepterade en tjänst som professor vid det nya University of California , San Diego (UCSD), och flyttade till La Jolla, Kalifornien . Han blev därefter professor emeritus där från 1970 till 1981. Urey hjälpte till att bygga upp den naturvetenskapliga fakulteten där. Han var en av grundarna av UCSD:s kemiskola, som skapades 1960, tillsammans med Stanley Miller, Hans Suess och Jim Arnold .

av 1960-talet blev rymdvetenskap ett ämne för forskning i kölvattnet av uppskjutningen av Sputnik I. Urey hjälpte till att övertala NASA att göra obemannade sonder till månen till en prioritet. När Apollo 11 returnerade månstensprover från månen, undersökte Urey dem vid Lunar Receiving Laboratory . Proverna stödde Ureys påstående att månen och jorden delade ett gemensamt ursprung. På UCSD publicerade Urey 105 vetenskapliga artiklar, 47 av dem om månämnen. På frågan om varför han fortsatte att arbeta så hårt, skämtade han, "Ja, du vet att jag inte är på anställning längre."

Död och arv

Urey tyckte om trädgårdsarbete och föda upp cattleya , cymbidium och andra orkidéer . Han dog i La Jolla, Kalifornien, och är begravd på Fairfield Cemetery i DeKalb County, Indiana .

Förutom Nobelpriset vann han även Franklin-medaljen 1943, J. Lawrence Smith-medaljen 1962, Royal Astronomical Societys guldmedalj 1966, Golden Plate Award från American Academy of Achievement 1966 och Priestley-medaljen från American Chemical Society 1973. 1964 fick han National Medal of Science . Han blev medlem i Royal Society 1947. Uppkallad efter honom är månens nedslagskrater Urey , asteroiden 4716 Urey och HC Urey-priset , som tilldelas för prestationer inom planetvetenskap av American Astronomical Society . Harold C. Urey Middle School i Walkerton, Indiana, är också uppkallad efter honom, liksom Urey Hall, kemibyggnaden vid Revelle College, UCSD, i La Jolla och Harold C. Urey Lecture Hall vid University of Montana. UCSD har också etablerat en Harold C. Urey-stol vars första innehavare är James Arnold.

Ureys dotter, Elizabeth Baranger , blev också en framstående fysiker.

Se även

Anteckningar

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Harold_Urey&oldid=1129947957 "