Crookes‘ tube

In einem berühmten Essay, der die russischen Schriftsteller Ivan Turgenev und Leo Tolstoi vergleicht, zitiert der Philosoph Jesaja Berlin einen mysteriösen Satz des griechischen Dichters Archilocus: ‚Der Fuchs weiß viele Dinge; der Igel weiß eine große Sache‘. Berlin teilt also Schriftsteller in diejenigen, die einer einzigen Idee hartnäckig folgen, und diejenigen, die ihre Netze weiter, aber vielleicht mit weniger Tiefe werfen. Unter den Füchsen der Chemiegeschichte ist William Crookes, der große und umstrittene viktorianische Universalgelehrte.

Crookes war der Sohn eines erfolgreichen Schneiders in der Regent Street. Sein wohlhabender Vater brachte ihn dazu, sich für Fotografie zu interessieren · Er baute ihm ein Kellerlabor im Haus der Familie – was Crookes schließlich dazu brachte, einen Kurs am New Royal College of Chemistry zu besuchen, wo der charismatische August Hofmann einige der klügsten jungen Studenten anzog.

Er wurde bald Hofmanns Assistent und kümmerte sich um einige der neuen Rekruten, darunter den jungen William Perkin. Er machte auch viele andere Freunde, darunter Charles Wheatstone, George Stokes und Michael Faraday. Ihr Einfluss sorgte dafür, dass Crookes eigene Interessen trotz der Affinität seines Mentors zur organischen Chemie eher ‚physikalisch‘ blieben.

Crookes war Pionier der wissenschaftlichen Fotografie, die es Wissenschaftlern ermöglichte, mit bloßem Auge unsichtbare Phänomene zu beobachten. Er fotografierte sogar einige Jahre vor Gustav Kirchhoff und Robert Bunsen Flammenspektren, obwohl er die Bedeutung seiner Ergebnisse nicht erkannte. Aber nachdem er an einem Diskurs der Royal Institution teilgenommen hatte, der auf Bunsens spektroskopische Entdeckung von Rubidium hindeutete, Crookes setzte sein Herz auf ein eigenes Element.

Er nahm kurze Lehraufträge in Oxford und in Chester an und begann, die Zeitschrift der London Photographical Society (LPS) zu bearbeiten, hatte dann aber eine lebensverändernde Idee: Er würde die Chemical News starten, eine billige wöchentliche Broschüre, die über die neuesten chemischen Entwicklungen berichtete. Er wurde bald von den LPS entlassen, aber seine Idee nahm allmählich ab.

Währenddessen setzte er in seinem Heimatlabor seine Suche nach einem neuen Element in jeder Mineralprobe fort, die er in die Hände bekommen konnte, und suchte methodisch nach nicht beanspruchten spektroskopischen Linien. Schließlich sah er in Proben, aus denen er Selen für Hofmann isoliert hatte, inmitten der erwarteten Linien von Selen, Natrium und Lithium eine hellgrüne Emission – ein neues Element, das er Thallium nannte.

In den nächsten 10 Jahren arbeitete Crookes gegen die wilde Konkurrenz des französischen Chemikers Claude-August Lamy, um das Atomgewicht von Thallium zu messen. Um den Auftriebseffekt der Luft zu minimieren, evakuierte er die Ausgleichskammer langsam mit einer Sprengelpumpe und testete das Vakuum mit einer elektrischen Entladung. Er erhielt schließlich ein Gewicht, das 40 Jahre lang unverändert bleiben würde. Zu seiner Überraschung hingen die Messungen jedoch von der Temperatur ab · heißere Objekte schienen leichter zu sein als kühlere.

Mit Hilfe seines brillanten Assistenten Charles Gimingham entwickelte Crookes immer empfindlichere Möglichkeiten, winzige Gegenstände zu wiegen, Glimmersplitter oder Markkugeln auf Glasfasern zu balancieren, die in einer evakuierten Glühbirne aufgehängt waren. Diese empfindlichen Gleichgewichte bewegten sich, wenn sie Licht ausgesetzt wurden; übte das Licht einen Druck aus? Sein Vorschlag hatte einen gemischten Empfang bei der Royal Society und zwang ihn zurück ins Labor.

Mit Gimingham entwickelte er eine ‚Lichtmühle‘ oder ein Radiometer – vier Folienschaufeln, die Gesichter schwarz und weiß, an einem schlanken Glaskreuz an der Spitze einer Nadel aufgehängt. Andernfalls würden sich die Flügel wahnsinnig drehen und die Hypothese ‚beweisen‘. Es war ein köstlich empfindliches Instrument, das sehr empfindliche Messungen der Lichtintensität ermöglichte. Die Erklärung war jedoch falsch. Osborne Reynolds in Manchester zeigte, dass die Geschwindigkeit der Flügel vom Gasdruck in der Glühbirne abhing, wobei James Clerk Maxwells kinetische Theorie zur Erklärung der Bewegung verwendet wurde. Crookes gab leise und widerwillig zu.

Aber er konzentrierte sich jetzt auf Entladungen in evakuierten Glühbirnen. Crookes kopierte Experimente von Faraday und Julius Plücker und verwendete Giminghams neue Pumpe – mehrere parallel angeordnete Sprengelpumpen -, um sich auf immer niedrigere Drücke zu bewegen. Mysteriöses Glühen in den Röhren deutete auf eine Bewegung von Partikeln hin und Crookes beobachtete eine dunkle Region, die seinen Namen tragen würde.

Crookes war nie ein schrumpfendes Veilchen und präsentierte spektakuläre Demonstrationen seiner Röhren. Mit einem Metallkreuz in der Röhre konnte ein scharfer Schatten auf den glühenden Wänden gesehen werden, was beweist, dass die Strahlen in geraden Linien von der Kathode weggingen. Viele dieser Röhren von Crookes sind heute noch in Schulen zu finden, und ich erinnere mich an ihr atemberaubendes Wunder, als ich sie als Teenager in einem abgedunkelten Klassenzimmer in Nairobi sah.

Obwohl Crookes ‚Behauptung, einen ‚vierten Zustand der Materie‘ entdeckt zu haben, nur halb richtig war, drängten seine Experimente Entladungserscheinungen fest auf die Tagesordnung der Physik. Wilhelm Röntgen würde zuerst Röntgenstrahlen mit Crookes ‚Röhren beobachten, und Joseph Thomson würde das Elektron identifizieren und subatomare Studien beginnen, die uns schließlich Radar und Fernsehen geben würden.

Aber Crookes‘ Interessen führten ihn in andere, interessante Richtungen. Sein punning Motto ‚Ubi Crookes, ibi lux‘ war einzigartig apposite. Er stellte Glühbirnen mit Kohlenstofffilamenten her (ironischerweise ging Gimingham, um für Swan und Edison zu arbeiten). Seine Spektroskopie der seltenen Erden half, die Kontroversen auszuruhen, die diese fast untrennbare Gruppe von Elementen für einen Großteil des Jahrhunderts verfolgt hatten. Und in seinen späteren Jahren entwickelte Crookes Glasformulierungen, um die Augen der Fabrikarbeiter vor dem Glanz von Gießereien und Glashütten zu schützen, Erfindungen, die heute in den Didymium-Spezifikationen der Glasbläser widerhallen. Die Chemical News blieben bis zu seinem Tod 1919 Pflichtlektüre für Chemiker.

Also, wenn Crookes ein Mann von vielen Teilen war, welcher bist du: Igel oder Fuchs?

Andrea Sella (@Sellathechemist) lehrt Chemie am University College London, UK