Es muss zugegeben werden, dass die Wissenschaft ihre Kasten hat. Der Mann, dessen wichtigstes Gerät die Differentialgleichung ist, blickt auf jemanden herab, der ein Galvanometer benutzt, und dieser wiederum auf diejenigen, die sich mit klebrigen und stinkenden Dingen in Reagenzgläsern herumtreiben.
Gilbert Newton Lewis war ein amerikanischer Physikochemiker und ehemaliger Dekan des College of Chemistry an der University of California, Berkeley. Lewis war vor allem für seine Entdeckung der kovalenten Bindung und sein Konzept von Elektronenpaaren bekannt; seine Lewis-Strukturformeln und andere Beiträge zur Valenztheorie haben die modernen Theorien der chemischen Bindung geprägt. Lewis trug erfolgreich zur chemischen Thermodynamik, Photochemie und Isotopentrennug bei und ist auch für sein Konzept von Säuren und Basen bekannt. Lewis forschte auch in Relativitätstheorie und Quantenphysik und prägte 1926 den Begriff „Photon" für die kleinste Einheit von Strahlungsenergie.
G. N. Lewis wurde 1875 in Weymouth, Massachusetts geboren. Nach seinem PhD in Chemie von der Harvard University und Auslandsstudien in Deutschland und auf den Philippinen zog Lewis 1912 nach Kalifornien, um Chemie an der University of California, Berkeley zu unterrichten, wo er Dekan des College of Chemistry wurde und den Rest seines Lebens verbrachte. Als Professor integrierte er thermodynamische Prinzipien in den Chemielehrplan und reformierte die chemische Thermodynamik auf mathematisch rigorose Weise, die für gewöhnliche Chemiker zugänglich war. Er begann, die freien Energiewerte verschiedener chemischer Prozesse, sowohl organischer als auch anorganischer, zu messen. 1916 schlug er auch seine Bindungstheorie vor und fügte Informationen über Elektronen im Periodensystem der chemischen Elemente hinzu. 1933 begann er seine Forschung zur Isotopentrennug. Lewis arbeitete mit Wasserstoff und gelang es ihm, eine Probe von Schwerem Wasser zu reinigen. Anschließend entwickelte er seine Theorie der Säuren und Basen und arbeitete in den letzten Jahren seines Lebens in der Photochemie.
Obwohl er 41-mal nominiert wurde, gewann G. N. Lewis nie den Nobelpreis für Chemie, was zu einer großen Nobelpreis-Kontroverse führte. Andererseits mentorte und beeinflusste Lewis zahlreiche Nobelpreisträger in Berkeley, darunter Harold Urey Nobelpreis 1934, William F. Giauque Nobelpreis 1949, Glenn T. Seaborg Nobelpreis 1951, Willard Libby Nobelpreis 1960, Melvin Calvin Nobelpreis 1961 und so weiter, und machte Berkeley zu einem der weltweit renommiertesten Zentren für Chemie. Am 23. März 1946 wurde Lewis tot in seinem Berkeley-Laboratorium gefunden, wo er mit Blausäurewasserstoff gearbeitet hatte; viele vermuteten, dass die Ursache seines Todes Selbstmord war. Nach Lewis' Tod verfolgten seine Kinder die Karriere ihres Vaters in der Chemie, und die Lewis Hall auf dem Berkeley-Campus ist nach ihm benannt.
Biografie
Frühe Jahre
Lewis wurde 1875 geboren und in Weymouth, Massachusetts aufgezogen, wo es eine nach ihm benannte Straße gibt, die G.N. Lewis Way, von der Summer Street. Darüber hinaus wurde der Flügel der neuen Chemieabteilung der Weymouth High School zu seinen Ehren benannt. Lewis erhielt seine Grundschulausbildung zu Hause von seinen Eltern, Frank Wesley Lewis, ein Anwalt von unabhängigem Charakter, und Mary Burr White Lewis. Er las mit drei Jahren und war intellektuell früh entwickelt. 1884 zog seine Familie nach Lincoln, Nebraska, und 1889 erhielt er seine erste formale Ausbildung an der Universitäts-Vorbereitungsschule.
1893 wechselte Lewis nach zwei Jahren an der University of Nebraska zur Harvard University, wo er 1896 seinen B.S. erhielt. Nach einem Jahr Unterricht an der Phillips Academy in Andover kehrte Lewis nach Harvard zurück, um bei dem Physikochemiker T. W. Richards zu studieren, und erhielt 1899 seinen Ph.D. mit einer Dissertation über elektrochemische Potenziale. Nach einem Jahr Unterricht in Harvard nahm Lewis ein Reisestipendium nach Deutschland, dem Zentrum der physikalischen Chemie, und studierte bei Walther Nernst in Göttingen und bei Wilhelm Ostwald in Leipzig. Während der Arbeit in Nernsts Labor entwickelte Lewis anscheinend eine lebenslange Feindschaft mit Nernst. In den folgenden Jahren begann Lewis, seinen ehemaligen Lehrer in vielen Fällen zu kritisieren und anzuprangern, und nannte Nernsts Arbeit zu seinem Wärmesatz „ein bedauerlicher Episoden in der Geschichte der Chemie". Ein schwedischer Freund von Nernst, Wilhelm Palmær, war Mitglied des Nobelchemie-Komitees. Es gibt Belege dafür, dass er die Nominierungs- und Berichterstattungsverfahren des Nobelpreises nutzte, um einen Nobelpreis für Lewis in Thermodynamik zu blockieren, indem er Lewis dreimal für den Preis nominierte und dann seine Position als Komiteemitglied nutzte, um negative Berichte zu schreiben.
Harvard, Manila und MIT
Nach seinem Aufenthalt in Nernsts Labor kehrte Lewis 1901 als Lehrkraft an Harvard zurück für drei weitere Jahre. Er wurde zum Lehrkraft für Thermodynamik und Elektrochemie ernannt. 1904 erhielt Lewis einen Urlaub und wurde Superintendent für Gewichte und Maße für das Bureau of Science in Manila, Philippinen. Im folgenden Jahr kehrte er nach Cambridge, Massachusetts zurück, als das Massachusetts Institute of Technology MIT ihn für eine Professorenstelle ernannte, in der er die Gelegenheit hatte, einer Gruppe herausragender Physikochemiker unter der Leitung von Arthur Amos Noyes beizutreten. Er wurde 1907 Assistenzprofessor, 1908 außerordentlicher Professor und 1911 Vollprofessor.
University of California, Berkeley
G. N. Lewis verließ MIT 1912, um Professor für physikalische Chemie und Dekan des College of Chemistry an der University of California, Berkeley zu werden. Am 21. Juni 1912 heiratete er Mary Hinckley Sheldon, Tochter eines Harvard-Professors für Romanische Sprachen. Sie hatten zwei Söhne, die beide Chemieprofessoren wurden, und eine Tochter. 1913 trat er der Alpha Chi Sigma in Berkeley bei, der Berufschemie-Verbindung.
Während seines Aufenthalts in Berkeley mentorte und beeinflusste Lewis zahlreiche zukünftige Nobelpreisträger, darunter Harold Urey Nobelpreis 1934, William F. Giauque Nobelpreis 1949, Glenn T. Seaborg Nobelpreis 1951, Willard Libby Nobelpreis 1960, Melvin Calvin Nobelpreis 1961 und so weiter. Durch seine Bemühungen wurde das College of Chemistry in Berkeley zu einem der weltweit führenden Chemienzentren. 1913 wurde er in die National Academy of Sciences gewählt. Er trat 1934 zurück und weigerte sich, den Grund für seinen Rücktritt anzugeben; es wird vermutet, dass dies auf einen Streit über die innere Politik dieser Institution oder auf das Scheitern derer, die er nominiert hatte, gewählt zu werden, zurückzuführen war. Sein Rücktritts-Entscheidung könnte durch Ressentiments über die Verleihung des Nobelpreises für Chemie 1934 an seinen Schüler Harold Urey für die Entdeckung von Deuterium ausgelöst worden sein, einen Preis, den Lewis fast sicher glaubte, dass er für seine Arbeiten zur Reinigung und Charakterisierung von Schwerem Wasser hätte teilen sollen.
Tod
Am 23. März 1946 fand ein Doktorand Lewis' leblosen Körper unter einer Laborarbitsplatte in Berkeley. Lewis hatte an einem Experiment mit flüssiger Blausäurewasserstoff gearbeitet, und tödliche Dämpfe aus einer gebrochenen Leitung waren in das Labor gesickert. Der Leichenbeschauer stellte fest, dass die Todesursache eine Koronararterienerkrankung war, da keine Anzeichen von Zyanose vorhanden waren, aber einige glauben, dass es sich um einen Selbstmord gehandelt haben könnte. Berkeley Emeritus Professor William Jolly, der die verschiedenen Ansichten über Lewis' Tod in seiner 1987er Geschichte des College of Chemistry der UC Berkeley, From Retorts to Lasers, berichtete, schrieb, dass ein höhergestellter in der Abteilung glaubte, dass Lewis Selbstmord begangen hatte.
Falls Lewis' Tod tatsächlich ein Selbstmord war, könnte eine mögliche Erklärung Depression sein, die durch ein Mittagessen mit Irving Langmuir verursacht wurde. Langmuir und Lewis hatten eine lange Rivalität, die bis zu Langmuirs Erweiterungen von Lewis' Theorie der chemischen Bindung zurückreicht. Langmuir war 1932 mit dem Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten zur Oberflächenchemie ausgezeichnet worden, während Lewis den Preis nicht erhalten hatte, obwohl er 41 Mal nominiert worden war. Am Tag von Lewis' Tod trafen sich Langmuir und Lewis zum Mittagessen in Berkeley, ein Treffen, an das sich Michael Kasha erst Jahre später erinnerte. Kollegen berichteten, dass Lewis von Mittag in düsterer Stimmung zurückkam, ein düsteres Bridgespiel mit einigen Kollegen spielte und dann zur Arbeit in sein Labor zurückkehrte. Eine Stunde später wurde er tot aufgefunden. Langmuirs Papiere in der Library of Congress bestätigen, dass er an diesem Tag auf dem Berkeley-Campus war, um einen Ehrendoktor zu erhalten.
Lewis Hall in Berkeley, 1948 erbaut, ist zu seinen Ehren benannt.
Wissenschaftliche Leistungen
Thermodynamik
Die meisten von Lewis' anhaltenden Interessen stammten aus seinen Harvard-Jahren. Das wichtigste war die Thermodynamik, ein Thema, in dem Richards zu dieser Zeit sehr aktiv war. Obwohl die meisten wichtigen thermodynamischen Beziehungen bereits 1895 bekannt waren, wurden sie als isolierte Gleichungen angesehen und waren noch nicht als logisches System rationalisiert worden, aus dem, gegeben eine Beziehung, der Rest abgeleitet werden konnte. Darüber hinaus waren diese Beziehungen ungenau und galten nur für ideale chemische Systeme. Dies waren zwei herausragende Probleme der theoretischen Thermodynamik. In zwei langen und ehrgeizigen theoretischen Papieren in 1900 und 1901 versuchte Lewis, eine Lösung bereitzustellen. Lewis führte das thermodynamische Konzept der Aktivität ein und prägte den Begriff „Flüchtigkeit". Seine neue Idee der Flüchtigkeit oder „Fluchtneigung" war eine Funktion mit den Dimensionen des Drucks, die die Tendenz einer Substanz ausdrückte, von einer chemischen Phase zu einer anderen überzugehen. Lewis glaubte, dass die Flüchtigkeit das Grundprinzip war, aus dem ein System echter thermodynamischer Beziehungen abgeleitet werden konnte. Diese Hoffnung wurde nicht erfüllt, obwohl die Flüchtigkeit einen bleibenden Platz in der Beschreibung echter Gase fand.
Lewis' frühe Papiere zeigen auch ein ungewöhnlich fortgeschrittenes Bewusstsein für J. W. Gibbs' und P. Duhems Ideen der freien Energie und des thermodynamischen Potenzials. Diese Ideen waren Physikern und Mathematikern wohlbekannt, aber nicht den meisten praktischen Chemikern, die sie als dunkel und nicht auf chemische Systeme anwendbar ansahen. Die meisten Chemiker verließen sich auf die bekannte Thermodynamik der Wärmenenthalpie von Berthelot, Ostwald und Van't Hoff sowie auf die kalorimetrische Schule. Die Reaktionswärme ist natürlich kein Maß für die Tendenz chemischer Veränderungen zu treten, und Lewis erkannte, dass nur freie Energie und Entropie eine genaue chemische Thermodynamik bieten konnten. Er leitete freie Energie aus der Flüchtigkeit ab; er versuchte erfolglos, einen genauen Ausdruck für die Entropiefunktion zu erhalten, die 1901 bei niedrigen Temperaturen nicht definiert worden war. Richards versuchte auch und scheiterte, und erst 1907, als Nernst erfolgreich war, war es möglich, Entropien eindeutig zu berechnen. Obwohl Lewis' Flüchtigkeits-basiertes System nicht andauerte, erwies sich sein frühes Interesse an freier Energie und Entropie als äußerst fruchtbar, und ein großer Teil seiner Karriere war der Aufgabe gewidmet, diese nützlichen Konzepte praktischen Chemikern zugänglich zu machen.
In Harvard schrieb Lewis auch ein theoretisches Papier zur Thermodynamik der Schwarzkörper-Strahlung, in dem er postulierte, dass Licht einen Druck hat. Er enthüllte später, dass er von seinen älteren, konservativeren Kollegen davon abgeraten worden war, diese Idee zu verfolgen, die nicht wussten, dass Wilhelm Wien und andere erfolgreich die gleiche Gedankenlinie verfolgten. Lewis' Papier blieb unveröffentlicht; aber sein Interesse an Strahlung und Quantentheorie sowie später an Relativität stammte aus diesem frühen, fehlgeschlagenen Versuch. Von Anfang an seiner Karriere betrachtete sich Lewis sowohl als Chemiker als auch als Physiker.
Valenztheorie
Um 1902 begann Lewis, unveröffentlichte Zeichnungen von kubischen Atomen in seinen Vorlesungsnotizen zu verwenden, in denen die Ecken des Würfels mögliche Elektronenpositionen darstellten. Lewis zitierte diese Notizen später in seinem klassischen 1916er Papier über chemische Bindung als erste Ausdrucksform seiner Ideen.
Ein drittes großes Interesse, das aus Lewis' Harvard-Jahren stammte, war seine Valenztheorie. 1902, während er versuchte, die Valenzegesetze seinen Schülern zu erklären, konzipierte Lewis die Idee, dass Atome aus einer konzentrischen Reihe von Würfeln mit Elektronen an jeder Ecke aufgebaut wurden. Dieses „kubische Atom" erklärte den Zyklus von acht Elementen im Periodensystem und war im Einklang mit dem weit verbreiteten Glauben, dass chemische Bindungen durch den Transfer von Elektronen entstanden, um jedem Atom einen vollständigen Satz von acht zu geben. Diese elektrochemische Valenztheorie fand ihren aufwändigsten Ausdruck in der Arbeit von Richard Abegg im Jahr 1904, aber Lewis' Version dieser Theorie war die einzige, die in einem konkreten Atommodell verkörpert wurde. Wieder interessierte sich Lewis' Theorie nicht für seine Harvard-Mentoren, die, wie die meisten amerikanischen Chemiker dieser Zeit, keinen Geschmack für solche Spekulationen hatten. Lewis veröffentlichte seine Theorie des kubischen Atoms nicht, aber 1916 wurde es ein wichtiger Teil seiner Theorie der gemeinsamen Elektronenpaar-Bindung.
1916 veröffentlichte er sein klassisches Papier über chemische Bindung „The Atom and the Molecule", in dem er die Idee formulierte, was als die kovalente Bindung bekannt werden würde, bestehend aus einem gemeinsamen Elektronenpaar, und er definierte den Begriff Odd Molecule – die moderne Bezeichnung ist freies Radikal, wenn ein Elektron nicht gemeinsam ist. Er bezog ein, was als Lewis-Strukturformeln sowie das kubische Atommodell bekannt wurde. Diese Ideen zur chemischen Bindung wurden von Irving Langmuir erweitert und wurden die Inspiration für die Studien über die Natur der chemischen Bindung von Linus Pauling.
Säuren und Basen
1923 formulierte er die Elektronenpaar-Theorie von Säure-Base-Reaktionen. In dieser Theorie von Säuren und Basen ist eine „Lewis-Säure" ein Elektronenpaar-Akzeptor und eine „Lewis-Base" ein Elektronenpaar-Donor. Dieses Jahr veröffentlichte er auch eine Monographie über seine Theorien der chemischen B
