アグネス・ポケルス

アグネス・ポケルス
生まれる	( 1862-02-14 )1862年2月14日 ヴェネツィア、オーストリア帝国
死亡	1935年11月21日（1935年11月21日）（73歳） ブラウンシュヴァイク、ナチスドイツ
国籍	ドイツ語
知られている	表面科学の先駆者
受賞歴	ローラ・レナード賞
科学者としてのキャリア
フィールド	化学/物理学

アグネス・ルイーゼ・ヴィルヘルミーネ・ポッケルス（1862年2月14日 - 1935年11月21日）はドイツの 化学者であり、その研究は液体と固体の表面と界面の特性を記述する表面科学として知られる近代的な学問の確立に基礎を置いた。^[1]

ポッケルスは、自宅で食器を洗っているときに石鹸と石鹸水を観察することで、表面科学の基礎研究に興味を持つようになりました。彼女は、石鹸や界面活性剤などの分子の空気と液体の界面における挙動を研究するために、表面膜バランス技術を考案しました。これらの研究から、ポッケルスは「ポッケルス点」を定義しました。これは、単分子膜で単一の分子が占めることができる最小領域です。^[2]

ポッケルスは独学の学者だった。彼女は有給の専門科学者ではなく、組織に所属していなかったため、市民科学者の一例である。^[3]

対照的に、ポッケルス効果の命名の由来となった彼女の兄弟フリードリヒ・カール・アルヴィン・ポッケルスは、ハイデルベルク大学の理論物理学の教授であった。

ポッケルスは1862年にオーストリア帝国のヴェネツィアで生まれた。当時ヴェネツィアはオーストリアの支配下にあり、ポッケルスの父親はオーストリア軍に従軍していた。父親が病気になったため、家族は1871年に新生ドイツ帝国の一部であったブラウンシュヴァイクに移住した。^[1]そこでポッケルスは市立高等女学校に通った。^[4]アグネスは子供の頃から化学に興味を持っていた。しかし、女性は大学に入学して勉強することは許されていなかった。ポッケルスは「私は自然科学、特に物理学に強い関心を持っていたので、勉強したかった」と述べている。（アグネス・ポッケルス、W・オストワルドの自伝的ノートからジャイルズ訳、1932年。^{[5] [6]}）

子どもの頃、ポッケルスは科学、特に物理学に興味を持っていました。当時、ドイツでは女性は大学に進学できませんでした。^[1]ポッケルスは両親の面倒を見ながら自宅で科学を勉強しました。ポッケルスの弟フリードリヒ・カール・アルヴィン・ポッケルスはゲッティンゲン大学で物理学を学び、学位を取得しました。フリードリヒはアグネス・ポッケルスが自宅で勉強できるように、大学の教科書を彼女に貸し出しました。後に彼はアグネス・ポッケルスの研究を進めるために学術文献を彼女に貸し出しました。^[7]

家事、特に食器洗いの経験を通して、ポッケルスは石鹸が水に与える影響、そしてより一般的には水と石鹸水に対する不純物の影響に興味を持つようになった。18歳までに、彼女はアマチュア化学者として、水と不純物の物理的性質を理解するために自宅で実験を始めた。^{[2] [8]}

興味の結果として、ポッケルスは20歳までに、石鹸水や関連物質の表面特性を定量的に測定するためのスライドトラフを考案しました。具体的には、長さ約70センチメートル、幅5センチメートル、深さ2センチメートルの長方形の金属製のトラフで構成されていました。トラフには水が満たされ、水面を2つに分けるために、約1.5センチメートル幅の金属片がトラフの幅全体にわたって水の上に置かれました。トラフの長さに沿って定規が置かれており、金属片をトラフの長さに沿って動かすと、金属片の位置、つまりトラフの2つの部分のそれぞれの表面積を測定できました。[ ^{2] [8]}

ポッケルスは、さらに装置を改良し、水槽の水面にボタンのような小さな円盤（通常は直径6ミリメートル）を置いた。次に彼女は計量器（通常は薬屋の天秤）を使って、円盤を水から持ち上げるのに必要な力（重さ）を測定した。円盤を純水から持ち上げるのに必要な力を不純物を含む水と比較することで、彼女は表面張力の直接測定法を考案した。この装置により、彼女は単分子膜の表面力、エマルジョンや溶液の表面張力、水の物理的性質に対する不純物の影響を調査し、界面活性について理解することができた。^{[7] [8]}

ポッケルスのスライディングトラフの設計は、ルートヴィヒ・ヴィルヘルミーの 表面張力測定プレート法の先行研究に基づいている。 ^[9]ポッケルスの設計は、この方法を改良した後代の研究者に影響を与え、現代のコロイドおよび表面科学で広く使用されている現代のラングミュア・ブロジェットトラフにつながった。 ^[8]

ポッケルスはスライドトラフを使って、少量の不純物が水に与える影響を評価した。これらの不純物は、典型的には油や石鹸などの家庭用物質であった。彼女はこの装置を使って、ディスクを水面から引き離すのに必要な力として表面張力を測定した。ポッケルスは、少量の不純物が純水と比較して水の表面張力に大きな影響を与える可能性があることを発見した。^[8]

特に、ポッケルスは石鹸水を研究した。石鹸は界面活性剤の例で、界面活性剤は分子の一部が親水性で残りが疎水性である。これらは水に溶けず、水の表面に留まる傾向がある。ポッケルスは、少量の界面活性剤をスライディングトラフに入れたとき、表面張力への影響は小さいことを発見した。しかし、トラフ表面のスライダがある地点を通過すると、表面張力への影響は大きくなった。彼女がスライディングトラフ上のスライダの位置と比較してグラフの1つの軸に表面張力をプロットしたとき、グラフ表現は圧縮等温線であった。^[8]

ポッケルスは化学の知識を利用して、表面張力が急激に変化する圧縮等温線の点が、界面活性剤分子の連続した 1 分子の厚さの膜が形成される点であることに気づきました。これが界面活性剤の単分子層です。ポッケルスはさらに、この閾値がさまざまな界面活性剤石鹸で同じであることを発見しました。彼女はスライディング トラフ内の界面活性剤の量と単分子膜で覆われた領域を知っていたので、水の表面で 1 つの分子が占める領域を計算することができました。彼女はこの領域を 20 平方オングストローム(20 Å ² ) と計算しました。後に、彼女の研究が科学界で知られるようになると、スライディング トラフによって決定されるこの領域はポッケルス ポイントとして知られるようになりました。^[2]

1891年、ポッケルスの最初の表面張力測定から約10年後、彼女は兄のフリードリヒ・ポッケルスを通じて、レイリー卿が水面上の少量の油の影響に関する研究を発表していることを知った。レイリー卿の研究が彼女自身の研究と密接に関連していることは明らかだった。兄の勧めで、アグネス・ポッケルスはレイリー卿に手紙を書き、自分の装置、発見、そして当時の科学雑誌に自分の発見を発表できなかった事実を説明した。ポッケルスとレイリー卿の元の手紙はドイツ語で書かれており、レイリーの妻が翻訳した。レイリーは、見知らぬアマチュアからの手紙に脅されることなく、寛大な行為として、ポッケルスの発見を適切なカバーレターとともにネイチャー^{誌に送り、ポッケルスの発見が発表されるようにした。 [6]}彼女の最初の論文は「表面張力」で、スライディングトラフでの測定と発見について記述した。^[10]

レイリー卿に宛てた手紙は、表面膜バランスの起源に関する1971年の雑誌記事で「表面化学の歴史における画期的な出来事」と評された。^[6]レイリー卿は書簡を保管しており、1891年1月10日付のポッケルスからの手紙は次のように始まっている。

「閣下、科学的なテーマに関するドイツ語の手紙でご迷惑をおかけしますが、ご容赦ください。昨年、これまでほとんど理解されていなかった水面の特性について閣下が行った実りある研究についてお聞きし、このテーマに関する私自身の観察を知っていただくと興味深いのではないかと思いました。さまざまな理由から、私は科学雑誌にそれを掲載する立場にありません。そのため、最も重要なことを閣下にお伝えするために、この手段を採用しました。」^[6]

ポッケルスがレイリーに宛てた手紙の本文では、スライディングトラフ法、初期の発見、実験方法の限界についての評価が述べられている。^[6]手紙の結びには次のように書かれている。

「私はプロの物理学者ではありませんが、私が観察したこれらの事実をあなたに隠すべきではないと考えました。そして、私の大胆さをお許しください。心からの敬意を込めて、
                                                  敬具、
                                                  （署名）アグネス・ポッケルス」^[6]

レイリー卿は、1891 年 3 月 2 日付のカバーレターを添えて、ポッケルスの書簡をネイチャー誌の編集者に転送しました。当時の編集者はジョセフ・ノーマン・ロッカー卿で、彼がレイリーとポッケルスの書簡を掲載することに決めました。カバーレターには次のように書かれていました。

「私が受け取ったドイツ人女性からの興味深い手紙の翻訳を掲載するスペースをいただければ幸いです。彼女は非常に家庭的な器具を使って、汚染された水面の挙動に関する貴重な結果にたどり着きました。ポッケルス嬢の手紙の前半部分は、私の最近の研究の一部とほぼ同じ領域を扱っており、大部分はそれと一致しています。後半の部分は、私にとって非常に示唆に富んでおり、完全には答えていないとしても、多くの重要な疑問を提起しています。私は、ポッケルス嬢の実験のいくつかを繰り返す機会がすぐに見つかることを願っています。」^[6]

オストワルドのポッケルスの伝記によると、ポッケルスは当初ゲッティンゲン大学の物理学者に彼女の発見についてアプローチしたが、何の関心も示されなかったという。^[5]

最初の出版後、ポッケルスの表面膜の研究は加速した。彼女はレイリー卿との文通を続けた。これらの通信では、装置の純度と清潔さの重要性に関する彼女の発見が強調され、以前は認識されていなかった汚染に関する彼女自身の実験の難しさも認識されていた。^{[6] [11]}

ポッケルスは、空気中の塵埃でさえも実験装置の結果に影響を及ぼす可能性があると指摘した。彼女は、不純物が実験結果の再現性に影響を及ぼす可能性があることを認識していた。ポッケルスは、スライディングトラフ内の水面にベンゼン溶液として対象化合物を沈着させるという、単層膜を評価するための洗練された方法を開発した。この一連の実験を通じて、彼女は特定の単層膜の厚さを 13 Å と測定した。レイリー卿の助けを借りて、ポッケルスの 2 番目の論文は1892 年にネイチャー誌に掲載された。 ^{[6] [11]}

ポッケルスは、油が水に与える鎮静効果について説明しましたが、^{[12]この効果は、}ベンジャミン・フランクリンによって初めて文献で研究されました。^{[13]彼女の研究は、}毛細管現象や接触角を含む他の表面現象の研究にまで及びました。^[5]

ポッケルスは14本の科学論文を発表したが、そのほとんどはドイツの雑誌に掲載され、最後の論文は1926年に発表された。^{[14]彼女は最終的に}表面科学という新興分​​野の先駆者として認められた。 ^[12] 1913年に兄のフリードリヒ・カール・アルヴィン・ポッケルスが亡くなり、彼女自身も健康を害したため、アグネス・ポッケルスは多くの専門科学者と連絡が取れなくなり、独自の研究をやめた。^[5]

ポッケルスは、科学研究の成果に対して正式な任命を受けることはなかった。しかし、彼女は数多くの学術論文を発表し、最終的には表面科学という新しい分野の先駆者として認められた。評論家は次のように書いている。「ラングミュアが1932年に固体および液体上の単分子膜の研究でノーベル化学賞を受賞したとき、彼の業績の一部は [...] 正式な科学教育を受けていない18歳の若い女性がボタンと薄いトレイを使って最初に行った独創的な実験に基づいていた。」^[15]

ポッケルスは病気の両親の介護に人生の大半を費やしたが、彼女はそれを「非常に大変だった」と述べている。彼女の父親は1906年に、母親は1914年に亡くなった。その頃、ポッケルス自身も健康を害し、しばらく療養所に入院する必要があった。彼女は楽しみのためにヨーロッパを旅行した。^[6]ポッケルスの晩年、彼女は「アグネスおばさん」という叔母の役割で知られていた。^[2]

ポッケルスは1935年にドイツのブラウンシュヴァイクで亡くなった。彼女はその町で生涯を過ごした。^[2]

外部メディア
アグネス・ポケルスに関連するメディア
画像
表面張力測定用にポッケルスが設計したシフトトラフ（ドイツ語：Schieberinne）の写真
アグネス・ポッケルスのキャリア中期のポートレート
ビデオ
アグネス・ポッケルスのビデオ伝記。ポッケルス・トラフを使用した表面張力測定のデモンストレーションも含まれています。

1931年、ポッケルスはアンリ・ドゥヴォーとともにコロイド協会 [de]からローラ・R・レオナルド賞を受賞した。翌年、ブラウンシュヴァイク工科大学は彼女に名誉博士号を授与し、このような賞を受賞した最初の女性となった。^{[1] [7] [16]}

アメリカの化学者アーヴィング・ラングミュアは、このスライドトラフの改良版を使用して、表面分子の特性に関するさらなる発見を行い、1932年にノーベル化学賞を受賞しました。^[17]ポッケルスの装置は、後にラングミュアと物理学者キャサリン・ブロジェットによって開発されたラングミュア・ブロジェットトラフの直接の前身です。^[18]

ブラウンシュヴァイク工科大学は1993年以来、ブラウンシュヴァイク工科大学の発展に貢献した人々、特に女性に教育と研究を推進した人々にアグネス・ポッケルス賞を授与しています。^[19]

アグネス・ポッケルス研究所は、2002年にブラウンシュヴァイク工科大学に設立されました。その目的は、化学教育を促進し、化学教師を支援し、自然科学の追求に取り組む子供たちを奨励することです。10歳未満の子供、特に女の子に重点を置いています。この研究所では、子供たちは理論的知識や高度な機器を使わずに、工芸のように実践的な学習を体験します。 ^[3]

レイリー卿はポッケルスと彼女の兄弟フリードリヒ・ポッケルスから受け取った書簡を保管していた。ポッケルスは日記をつけていた。ポッケルス家のこれらの文書と写真は、バーリントン・ハウスにある王立化学協会の図書館に保管されている。 [ 6 ] ¹⁹³²年のポッケルスの70歳の誕生日を記念して、ドイツのコロイド化学者ヴォルフガング・オストワルドはポッケルスの伝記を出版した。^[5]オストワルドの記事には、彼女の出版物のリストとそのうちのいくつかの要約が含まれている。また、ポッケルスの自伝的な一節も含まれている。^[5]義理の妹のエリザベス（フリードリヒ・ポッケルスの妻）も、彼女の私生活を強調したポッケルスの伝記を出版した。^[20]

• 「表面張力」、（1891）ネイチャー、46、437。
• 「等量の異なる物質による水面の相対的汚染について」（1892年）Nature 47、418。
• 「表面張力と水面の相対的汚染の関係」、（1893）ネイチャー、48、152。
• 「水面への油の広がりについて」（1894年）ネイチャー50、223。
• 「Beobachtungen über die Adhäsion verschiedener Flüssigkeiten an Glas」、（ガラス上のさまざまな液体の付着に関する観察）、（1898）Naturwissenschaftliche Rundschau、14、190。
• 「Randwinkel gesättigter Lösungen an Kristallen」(結晶上の飽和溶液の接触角)、(1899)、Naturwissenschaftliche Rundschau、14、383。
• 「Untersuchungen von Grenzflächenspannungen mit der Cohäsionswaage」、(凝集バランスによる表面張力の調査)、(1899) Annalen der Physik、67、668。
• "Über das spontane Sinken der Oberflächenspannung von Wasser, wässerigen Lösungen und Emulsionen"、(水、水溶液、およびエマルジョンの表面張力の自然減少について)、(1902) Annalen der Physik、8、854。
• 「Über Randwinkel und Ausbreitung von Flüssigkeiten auf festen Körpern」（接触角と固体上の流体の流れ）、（1914）Physikalische Zeitschrift、15、39。
• "Zur Frage der zeitlichen Veränderung der Oberflächenspannun" (表面張力の時間変化について)、(1916) Physikalische Zeitschrift、17、141
• 「Über die Ausbreitung reiner und gemischter Flüssigkeiten auf Wasser」（純粋な液体と混合された液体の水への拡散について）（1916）Physikalische Zeitschrift、17、142。
• 「Die Anomalie der Wasseroberfläche」（水面の異常状態）（1917）Die Naturwissenschaften、5、137 u。 149.
• 「Zur Frage der Ölflecke auf Seen」（湖の油汚れについて）（1918 年）Die Naturwissenschaften、6、118。
• 「天秤による表面張力の測定」（1926年）Science 64、304。

ウィキメディア・コモンズには、アグネス・ポッケルスに関連するメディアがあります。

• 科学界における女性のタイムライン
• ラングミュア・ブロジェットトラフ

• CH Giles および SD Forrester、「表面膜バランスの起源: 表面化学の初期の歴史に関する研究、パート 3」、Chemistry and Industry、pp. 43-53 (1971 年 1 月 9 日)。(注: この記事には、アグネス ポッケルスに関する最も詳細な記事の 1 つが掲載されており、彼女と彼女の家族の写真も含まれています。)
• チャールズ・タンフォード、『ベンジャミン・フランクリンは波を静めた：水に油を注ぐ非公式の歴史と、科学生活全般の浮き沈みの考察』オックスフォード大学出版局、2004 年。
• M. エリザベス デリック、「アグネス ポッケルス、1862-1935」、化学教育ジャーナル、第 59 巻、第 12 号、pp. 1030-1031 (1982 年 12 月)。
• アンドレア・クルーゼとソーニャ・M・シュヴァルツル。 「ツム・バイシュピール・アグネス・ポッケルス」掲載: Nachrichten aus der Chemie、06、2002。

• UCLA における 20 世紀物理学への女性の貢献におけるアグネス・ポッケルス
• アグネス・ポッケルスの伝記 [ドイツ語]
• ブラウンシュヴァイク工科大学のアグネス・ポッケルス研究所
• LibriVoxの Agnes Pockels の作品(パブリック ドメイン オーディオブック)