Del nefelómetro al fotón

En 2016 se cumplen un par de centenarios que pasan desapercibidos. Uno está relacionado con Theodore William Richards, un gran desconocido para el público general e, incluso, para más de un científico. El otro tiene que ver con Gilbert Newton Lewis, popular entre estudiantes de ciencias, hasta la exasperación. En 2º de BUP descubrí que tenía miopía gracias a los diagramas de Lewis (no diferenciaba puntitos de crucecitas).

El nefelómetro

Theodore William Richards (1868-1928) es conocido por ser el primer americano en conseguir el premio Nobel de Química. Sería en 1914, «en reconocimiento de su determinación exacta de pesos atómicos de un gran número de elementos químicos». Fue un científico experimental de primera línea y llegó a inventar el calorímetro adiabático y el nefelómetro, solo con el fin de mejorar sus investigaciones. Hasta 1932 Theodore y su equipo de estudiantes había investigado con precisión el peso atómico de 55 elementos químicos. Ya en 1894 envió un artículo sobre el peso atómico del estroncio a la publicación American Academy of Arts and Sciences, texto que fue aceptado y publicado en 1895. En este artículo aparece por primera vez el «nefelómetro», explica cuál es su configuración, cómo se usa y realiza un breve comentario sobre su etimología. En muchas de sus publicaciones siguió apareciendo el nefelómetro (fue el instrumento principal para determinar los pesos atómicos), tanto es así que en 1904 publicó un artículo técnico para aclarar el uso del nefelómetro, en American Chemical Journal.

Theodore William Richards, «A Revision of the Atomic Weight of Strontium», American Academy of Arts and Sciences, Vol. 30 (May, 1894 – May, 1895), 369-389

Etimológicamente, «nefelómetro» significa algo así como «medida de nubes», del griego νεφέλη, «nube», y μέτρον, «medida». En líneas generales, un nefelómetro es un instrumento que sirve para medir partículas en suspensión o la turbidez de un líquido. Partiendo de aquí, tenemos multitud de nefelómetros diferentes que se usan para muy variadas aplicaciones: medida de la calidad del aire, monitorización climatológica, visibilidad, balance global de radiación, medicina (nefelometría) e incluso en la detección de incendios.

El centenario nº. 1

No, el nefelómetro no cumple 100 años. Sin embargo, a Theodore W. R. le concedieron en 1916 la desaparecida medalla Franklin, dos años después del premio Nobel y con motivos similares a este: «por sus importantes contribuciones a la química, particularmente por la redeterminación de los pesos atómicos de los elementos químicos más importantes». Y su nefelómetro tuvo mucho que ver en esto.

La medalla Franklin se concedía a científicos por «el señalado y eminente servicio a la ciencia». En 2016 se cumplen cien años de la medalla de Theodore William Richards.

Lewis Gilbert Newton Lewis (1875-1946) fue también un químico-físico americano que ha grabado su nombre en la historia de la ciencia por multitud de de ideas innovadoras de gran importancia en nuestro tiempo. Sin embargo, como nos recuerdan en Ese punto azul pálido, tuvo 35 nominaciones a premio Nobel y nunca recibió ninguno. Es curioso que sí lo recibiese su profesor de doctorado, Theodore William Richards, aquel que inventara el nefelómetro.

Efectivamente Lewis es conocido por la estructura de Lewis, la regla del octeto usada en los cursos de secundaria para analizar el enlace químico. La idea nace en 1902, cuando Lewis comenzó a trabajar con el modelo del átomo cúbico como él mismo contaba en 1923:

«En el año 1902 (mientras trataba de impartir una clase elemental de química sobre algunas ideas que involucran la ley de periodicidad) me comencé a interesar en la nueva teoría del electrón, y combinando unas ideas con otras que implicaban la clasificación periódica, me formé una idea sobre la estructura interna del átomo […]».

1923
«La valencia y la estructura de los átomos y moléculas», p 23, G. N. Lewis (1923).

El centenario nº. 2

El artículo donde explica el modelo de átomo cúbico se publicó en 1916, en el mismo año que su tutor de doctorado se hacía con la Medalla Franklin. Azares de la vida. En este modelo se representan los electrones de un átomo situados en los vértices de un cubo. En el artículo realizaba un análisis previo sobre la clasificación de moléculas según sean polares o apolares. Explica que esta propiedad ofrece información sobre cómo es el enlace que une las átomos en el interior de la molécula. Lewis presenta su teoría del átomo cúbico basándose en la ley de Abegg, enunciada por Richard Abegg (1869-1910) en 1904:

«Hace años, para tener en cuenta el hecho sorprendente de lo que había sido conocido como ley de Abegg de la valencia y contravalencia, la cual dice que la diferencia máxima entre las valencia negativa y positiva o los números polares de un elemento es frecuentemente ocho y nunca mayor que ocho, diseñé lo que debe denominarse teoría del átomo cúbico».

Del artículo «El átomo y la molécula».

Más adelante y en el mismo artículo expone varios ejemplos y presenta la posibilidad del intercambio de electrones e incluso el hecho de que los electrones se comparten entre distintos átomos. Como es sabido, a esta propiedad se le llama enlace covalente, aunque el término «covalencia» sería acuñado por Irving Langmuir (1881-1957) en 1919.

asdf
«[…] deberíamos denotar con el término covalencia al número de pares de electrones que un átomo comparte con sus vecinos»
Langmuir, Irving (1 de junio de 1919). «The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules». Journal of the American Chemical Society, 41 (6): 868–934.

La historia suele registrar solo a algunos afortunados. De forma paralela y en el mismo año, un aparentemente desoído Walther Kossel (1888-1956) llegaba a conclusiones parecidas a Lewis respecto al enlace químico, lo cual dio a conocer en un artículo titulado «Über Molekülbildung als Frage des Atombaus», en Annalen der Physik. A pesar de que en el artículo de Langmuir se citaban a los dos, Linus Pauling tomó en serio las ideas de Lewis para su famoso libro «La naturaleza del enlace químico», obra que merecerá una artículo en el futuro.

Kossel,
Kossel, w. Über Molekülbildung als Frage des Atombaus», Annalen der Physik, Vol. 354 (3), 229-362 (1916)
Pauling
Copia del artículo «El átomo y la molécula» de Lewis, propiedad de Linus Puiling y con su propia firma.

El fotón

En el título les prometí hablarles del fotón. Siempre me ha parecido algo bonito acuñar alguna palabra que pase a la historia. Lewis tuvo la mala fortuna de no introducir el término «covalencia», como hemos dicho fue tarea de Langmuir. Sin embargo, sí propuso el término fotón:

«Por lo tanto me tomo la libertad de proponer para este hipotético nuevo átomo, el cual no es luz pero juega un papel esencial en los procesos de radiación, el nombre de fotón».

No es un átomo y sí es luz, vale que la definición no es correcta del todo, pero lo más curioso es donde propuso el término: en una carta al director de la revista Nature enviada el 29 de octubre de 1926 y publicada el 18 de diciembre del mismo año, en el número 118.

Carta al director de Lewis donde propone el término «fotón». Nature.
Carta al director de Lewis donde propone el término «fotón». Nature (1926).

Nota reivindicativa

¿Por qué no reconocer el trabajo de Theodore William Richards usando su nombre para un elemento químico? Lo cuento en Jugando a nombrar elementos.

To

Referencias

  • Abegg, «Die Valenz und das periodische System. Versuch einer Theorie der Molekularverbindungen», Zeitschrift für anorganische Chemie, Vol. 39, Issue 1, pages 330–380 (1904)
  • Kossel, W., «Über Molekülbildung als Frage des Atombaus» Ann. Phys., 1916, 49, 229‐362.
  • Lewis, G. N., «A Revision of the Atomic Weight of Strontium», American Academy of Arts an Sciences, Vol. 30, 369-389 (1895).
  • Lewis, G.N., «The Atom and the Molecule», Journal of the American Chemical Society, 38 (4), 762-785 (1916)
  • Lewis, G. N., «The Conservation of Photons», Nature 118, 874-875 (1926).
  • Langmuir, I., «The arrangement of electrons in atoms and molecules», Journal of the American Chemical Society, 41 (6), 868–934 (1919).

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[…] William Richards, un triste olvidado. Theodore inventó el nefelómetro, tal como cuento en Del nefelómetro al fotón, en Ciencia en Blanco y Negro. El nefelómetro ha permitido, entre otras cosas, determinar con una […]

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