Francis Aston Kimdir?

Kimyager 

Doğum tarihi: 1 Eylül 1877, Harborne, Birmingham, Birleşik Krallık

Ölüm tarihi ve yeri: 20 Kasım 1945, Cambridge, Birleşik Krallık

Francis Aston Kimdir?

İngiliz kimyacı ve fizikçi Francis William Aston (1877-1945) kütle spektrografını icat etti ve elementlerin izotopik karmaşıklığını keşfetti.

Francis Aston, 1 Eylül 1877’de, babasının metal tüccarı olduğu ve küçük bir çiftlik işlettiği Birmingham, Harborne’de doğdu. Mason Koleji’nde (daha sonra Birmingham Üniversitesi oldu) kimya okudu. Boş zamanlarında, özellikle cam üfleme olmak üzere çeşitli aparat yapımı sanatlarında kendini eğitti. Bursu bittiğinde bir bira firmasında göreve başladı. 3 yıl sonra Birmingham Üniversitesi’ne döndü. 1910’da JJ Thomson’dan Cambridge’deki Cavendish Laboratuvarı’nda kendisine katılması için bir davet geldi.

İzotopların Ayrılması

Thomson, düşük basınçta elektrik deşarj tüplerinde üretilen pozitif “ışınları” inceliyordu. Bunlar aslında dış elektronlarının bir kısmından veya tamamından sıyrılan atomlardı ve bu nedenle genel bir pozitif yük taşıyorlardı. Thomson, ışınları manyetik ve elektrostatik alanların eşzamanlı uygulamasına tabi tutarak parabolik izler elde etmişti. Aston’ın yardımıyla, neon gazının ayrı bir parabolik iz bırakan küçük bir bileşeni olduğunu keşfetti. Her parabol, benzersiz bir kütle-yük oranı ile karakterize edildiğinden, parçacık kütlelerine ilişkin çıkarımlar yapılabilir ve neonun ana ve küçük bileşenlerinin atomik kütlelerinin sırasıyla 20 ve 22 olduğu sonucuna varıldı.

Aston daha sonra iki bileşeni fiziksel yollarla ayırmaya ve yoğunluklarını kendi tasarladığı bir kuvars mikro terazisinde ölçmeye çalıştı. 1913’te gazı boru kili yoluyla tekrarlanan difüzyonlara tabi tutarak kısmi bir ayırma elde etti; Elde edilen iki numune için gaz yoğunluğunda küçük ama önemli farklılıklar bulundu.

Yavaş yavaş, izotop kavramı daha açık hale geldi ve daha genel kabul gördü ve 1919’da Aston, yalnızca kütleyi gösteren sonuçlar verebilecek yeni bir alet üzerinde bazı fikirler geliştirdi. Thomson’ın aparatından farklı olarak Aston’ın buluşu, aynı düzlemde zıt sapmalar üreten manyetik ve elektrostatik alanlar kullandı. Aston, kirişleri ince yarıklardan odaklayarak, her biri belirli bir parçacık kütlesine karşılık gelen bir dizi çizgi elde etti. Çizgi dizisi bir kütle spektrumuydu ve orijinal alet ilk kütle spektrografıydı.

Bu ekipmanla Aston, 50’den fazla elementin izotopik bileşimini incelemeye başladı. Ne elementin ne de mevcut bileşiklerinden herhangi birinin uçucu olmadığı durumlarda, boşaltma tüpünün anodu olarak elementi içeren katı bir ürün kullandı. Neredeyse her durumda izotopik kütle, deneysel doğruluk sınırları içinde (1000’de 1) bir tam sayıydı. Dikkate değer tek istisna, hidrojen, 1.008 idi. Bu nedenle izotopi, bazı işçilerin sandığı gibi nadir görülen bir fenomen değil, yaygın ve çoğu elementi etkiliyordu. Aston, bu integral izotop ağırlıkları tarafından tüm çekirdeklerin protonlardan (birim ağırlıkta) ve ihmal edilebilecek kadar hafif elektronlardan oluştuğu sonucuna vardı.

İzotopik kütleler için kesin değerlerin önemi, Aston’u 1925’te 10.000’de 1 doğrulukla geliştirilmiş bir kütle spektrografı tasarlamaya yöneltti. Daha sonraki bir cihaz (1927), 10 kat daha iyi bir doğruluk verdi. Bu rafine cihazla, doğal elementte genellikle çok küçük miktarlarda bulunan çok sayıda yeni izotop keşfetti.

Aston’ın kütle spektrografı üzerindeki çalışmasından birçok önemli sonuç çıktı. Kendisinin de fark ettiği gibi, hidrojenin fraksiyonel izotopik ağırlığı, helyuma dönüştürülürse, kütlenin önemli bir miktarının enerjiye dönüştürüleceğini ima ediyordu. Aston, Albert Einstein’ın görelilik ilişkisini kullanarak, bu tür bir nükleer reaksiyonda açığa çıkan enerjinin çok büyük olacağını tahmin etti. İlk atom bombası ölümünden birkaç ay önce patladığında görüşleri haklı çıktı.

Kütle spektrografının daha acil önemi, nükleer kütleler hakkında verileri büyük bir hassasiyetle verebilmesi ve böylece atom enerjisi endüstrisinin temellerini atabilmesiydi. Daha yakın zamanlarda, kütle spektrometresi, organik kimyadaki yapısal araştırmalar için vazgeçilmez bir araç olduğunu kanıtladı.

Aston’ın çalışmalarının önemi kısa sürede anlaşıldı ve 1921’de Royal Society üyeliğine seçildi. Ertesi yıl kimya dalında Nobel Ödülü aldı. Yetkili kitabı İzotoplar ilk olarak 1922’de çıktı ve bunu 1941’e kadar pek çok başka baskı izledi. Diğer kitabı Kütle Spektrumları ve İzotoplar 1933’te çıktı.

Cavendish Laboratuvarı’ndaki çalışmalarına ek olarak Aston, astronomik tutulmaların incelenmesine bazı değerli bilimsel katkılarda bulundu. 1925’te Sumatra’dan güneşin tacının fotoğrafını çekti. Bulutlar doğrudan gözlemleri engellese de, sırasıyla Kanada ve Japonya’da 1932 ve 1936 güneş tutulmalarını incelemek için keşif gezileri yaptı. Ancak Aston, tutulan güneşin çevresindeki ışığın kutuplaşmasını incelemeyi başardı.

Aston hiç evlenmedi. Seyahatlerinde ona derinden bağlı olduğu kız kardeşi Helen eşlik ederdi. 20 Kasım 1945’te Trinity College, Cambridge’de öldü.