Debe admitirse que la ciencia tiene sus castas. El hombre cuyo aparato principal es la ecuación diferencial mira por encima de quien usa un galvanómetro, y este a su vez sobre quienes juguetean con cosas pegajosas y malolientes en tubos de ensayo.
Gilbert Newton Lewis fue un químico físico estadounidense y ex Decano del Colegio de Química de la Universidad de California, Berkeley. Lewis fue mejor conocido por su descubrimiento del enlace covalente y su concepto de pares de electrones; sus estructuras de punto de Lewis y otras contribuciones a la teoría del enlace de valencia han moldeado las teorías modernas del enlace químico. Lewis contribuyó exitosamente a la termodinámica química, fotoquímica y separación de isótopos, y también es conocido por su concepto de ácidos y bases. Lewis también investigó la relatividad y la física cuántica, y en 1926 acuñó el término "fotón" para la unidad más pequeña de energía radiante.
G. N. Lewis nació en 1875 en Weymouth, Massachusetts. Después de recibir su doctorado en química de la Universidad de Harvard y estudiar en el extranjero en Alemania y Filipinas, Lewis se trasladó a California en 1912 para enseñar química en la Universidad de California, Berkeley, donde se convirtió en Decano del Colegio de Química y pasó el resto de su vida. Como profesor, incorporó principios termodinámicos en el plan de estudios de química y reformó la termodinámica química de una manera matemáticamente rigurosa y accesible para químicos ordinarios. Comenzó a medir los valores de energía libre relacionados con varios procesos químicos, tanto orgánicos como inorgánicos. En 1916, también propuso su teoría de enlace e agregó información sobre electrones en la tabla periódica de los elementos químicos. En 1933, comenzó su investigación sobre la separación de isótopos. Lewis trabajó con hidrógeno y logró purificar una muestra de agua pesada. Luego formuló su teoría de ácidos y bases, e hizo trabajo en fotoquímica durante los últimos años de su vida.
Aunque fue nominado 41 veces, G. N. Lewis nunca ganó el Premio Nobel de Química, resultando en una controversia importante del Premio Nobel. Por otro lado, Lewis fue mentor e influyó en numerosos ganadores del Premio Nobel en Berkeley, incluidos Harold Urey Premio Nobel 1934, William F. Giauque Premio Nobel 1949, Glenn T. Seaborg Premio Nobel 1951, Willard Libby Premio Nobel 1960, Melvin Calvin Premio Nobel 1961 y así sucesivamente, convirtiendo a Berkeley en uno de los centros de química más prestigiosos del mundo. El 23 de marzo de 1946, Lewis fue encontrado muerto en su laboratorio de Berkeley donde había estado trabajando con cianuro de hidrógeno; muchos postularon que la causa de su muerte fue suicidio. Después de la muerte de Lewis, sus hijos siguieron la carrera de su padre en química, y Lewis Hall en el campus de Berkeley lleva su nombre.
Biografía
Primeros años
Lewis nació en 1875 y fue criado en Weymouth, Massachusetts, donde existe una calle nombrada en su honor, G.N. Lewis Way, en Summer Street. Además, el ala del departamento de química de la nueva escuela secundaria Weymouth ha sido nombrada en su honor. Lewis recibió su educación primaria en casa de sus padres, Frank Wesley Lewis, un abogado de carácter independiente, y Mary Burr White Lewis. Leyó a los tres años y fue intelectualmente precoz. En 1884 su familia se trasladó a Lincoln, Nebraska, y en 1889 recibió su primera educación formal en la escuela preparatoria de la universidad.
En 1893, después de dos años en la Universidad de Nebraska, Lewis se transfirió a la Universidad de Harvard, donde obtuvo su licenciatura en 1896. Después de un año de enseñanza en Phillips Academy en Andover, Lewis regresó a Harvard para estudiar con el químico físico T. W. Richards y obtuvo su doctorado en 1899 con una tesis sobre potenciales electroquímicos. Después de un año de enseñanza en Harvard, Lewis tomó una beca de viaje a Alemania, el centro de la química física, y estudió con Walther Nernst en Göttingen y con Wilhelm Ostwald en Leipzig. Mientras trabajaba en el laboratorio de Nernst, Lewis aparentemente desarrolló una enemistad de por vida con Nernst. En los años siguientes, Lewis comenzó a criticar y denunciar a su antiguo maestro en muchas ocasiones, llamando al trabajo de Nernst sobre su teorema del calor "un episodio lamentable en la historia de la química". Un amigo sueco de Nernst, Wilhelm Palmær, fue miembro del Comité de Química del Nobel. Hay evidencia de que utilizó los procedimientos de nominación e informe del Nobel para bloquear un Premio Nobel para Lewis en termodinámica al nominar a Lewis para el premio tres veces, y luego usar su posición como miembro del comité para escribir informes negativos.
Harvard, Manila y MIT
Después de su estancia en el laboratorio de Nernst, Lewis regresó a Harvard en 1901 como instructor durante tres años más. Fue nombrado instructor en termodinámica y electroquímica. En 1904 a Lewis se le otorgó una licencia de ausencia y se convirtió en Superintendente de Pesos y Medidas para la Oficina de Ciencia en Manila, Filipinas. Al año siguiente regresó a Cambridge, Massachusetts cuando el Instituto Tecnológico de Massachusetts MIT lo nombró en una posición de profesor, en la que tuvo la oportunidad de unirse a un grupo de químicos físicos destacados bajo la dirección de Arthur Amos Noyes. Se convirtió en profesor asistente en 1907, profesor asociado en 1908 y profesor titular en 1911.
Universidad de California, Berkeley
G. N. Lewis dejó MIT en 1912 para convertirse en profesor de química física y Decano del Colegio de Química en la Universidad de California, Berkeley. El 21 de junio de 1912, se casó con Mary Hinckley Sheldon, hija de un profesor de Harvard de lenguas románticas. Tuvieron dos hijos, ambos se convirtieron en profesores de química, y una hija. En 1913, se unió a Alpha Chi Sigma en Berkeley, la fraternidad profesional de química.
Mientras estaba en Berkeley, Lewis fue mentor e influyó en numerosos futuros ganadores del Premio Nobel, incluidos Harold Urey Premio Nobel 1934, William F. Giauque Premio Nobel 1949, Glenn T. Seaborg Premio Nobel 1951, Willard Libby Premio Nobel 1960, Melvin Calvin Premio Nobel 1961 y así sucesivamente. Debido a sus esfuerzos, el Colegio de Química de Berkeley se convirtió en uno de los principales centros de química del mundo. En 1913, fue elegido a la Academia Nacional de Ciencias. Renunció en 1934, negándose a indicar la causa de su renuncia; se ha especulado que fue debido a una disputa sobre la política interna de esa institución o al fracaso de quienes él había nominado para ser elegidos. Su decisión de renunciar puede haber sido motivada por el resentimiento sobre la concesión del Premio Nobel de Química de 1934 a su estudiante, Harold Urey, por el descubrimiento del deuterio, un premio que Lewis casi con seguridad sintió que debería haber compartido por su trabajo en la purificación y caracterización del agua pesada.
Muerte
El 23 de marzo de 1946, un estudiante graduado encontró el cuerpo sin vida de Lewis debajo de un banco de laboratorio en Berkeley. Lewis había estado trabajando en un experimento con cianuro de hidrógeno líquido, y vapores mortales de una línea rota se habían filtrado en el laboratorio. El forense dictaminó que la causa de la muerte fue enfermedad de las arterias coronarias, debido a la falta de signos de cianosis, pero algunos creen que pudo haber sido un suicidio. El profesor emérito de Berkeley William Jolly, quien reportó varios puntos de vista sobre la muerte de Lewis en su historia de 1987 del Colegio de Química de UC Berkeley, From Retorts to Lasers, escribió que un superior en el departamento creía que Lewis se había suicidado.
Si la muerte de Lewis fue efectivamente un suicidio, una posible explicación fue la depresión provocada por un almuerzo con Irving Langmuir. Langmuir y Lewis tuvieron una larga rivalidad, que se remonta a las extensiones de Langmuir de la teoría del enlace químico de Lewis. A Langmuir se le había otorgado el Premio Nobel de Química de 1932 por su trabajo en química de superficies, mientras que Lewis no había recibido el Premio a pesar de haber sido nominado 41 veces. El día de la muerte de Lewis, Langmuir y Lewis se reunieron para almorzar en Berkeley, una reunión que Michael Kasha recordó solo años después. Los colegas informaron que Lewis regresó del almuerzo de mal humor, jugó un juego sombrío de bridge con algunos colegas, y luego regresó a trabajar en su laboratorio. Una hora después, fue encontrado muerto. Los papeles de Langmuir en la Biblioteca del Congreso confirman que había estado en el campus de Berkeley ese día para recibir un doctorado honorario.
Lewis Hall en Berkeley, construida en 1948, lleva su nombre en su honor.
Logros científicos
Termodinámica
La mayoría de los intereses duraderos de Lewis se originaron durante sus años en Harvard. El más importante fue la termodinámica, un tema en el que Richards era muy activo en ese momento. Aunque la mayoría de las relaciones termodinámicas importantes eran conocidas en 1895, eran vistas como ecuaciones aisladas, y aún no habían sido racionalizadas como un sistema lógico, del cual, dada una relación, el resto podría derivarse. Además, estas relaciones eran inexactas, aplicándose solo a sistemas químicos ideales. Estos eran dos problemas destacados de la termodinámica teórica. En dos artículos teóricos largos y ambiciosos en 1900 y 1901, Lewis intentó proporcionar una solución. Lewis introdujo el concepto termodinámico de actividad y acuñó el término "fugacidad". Su nueva idea de fugacidad, o "tendencia a escapar", era una función con dimensiones de presión que expresaba la tendencia de una sustancia a pasar de una fase química a otra. Lewis creía que la fugacidad era el principio fundamental del cual se podría derivar un sistema de relaciones termodinámicas reales. Esta esperanza no se realizó, aunque la fugacidad encontró un lugar duradero en la descripción de gases reales.
Los primeros artículos de Lewis también revelan una conciencia inusualmente avanzada de las ideas de energía libre y potencial termodinámico de J. W. Gibbs y P. Duhem. Estas ideas eran bien conocidas por físicos y matemáticos, pero no por la mayoría de químicos prácticos, quienes las consideraban abstrúsas e inaplicables a sistemas químicos. La mayoría de los químicos se basaban en la termodinámica familiar del calor entalpía de Berthelot, Ostwald y Van't Hoff, y la escuela calorimétrica. El calor de reacción no es, por supuesto, una medida de la tendencia de los cambios químicos a ocurrir, y Lewis se dio cuenta de que solo la energía libre y la entropía podrían proporcionar una termodinámica química exacta. Derivó la energía libre de la fugacidad; intentó, sin éxito, obtener una expresión exacta para la función de entropía, que en 1901 no había sido definida a bajas temperaturas. Richards también intentó y fracasó, y no fue hasta que Nernst tuvo éxito en 1907 que fue posible calcular entropías de manera inequívoca. Aunque el sistema basado en fugacidad de Lewis no perduró, su interés temprano en energía libre y entropía resultó ser el más fructífero, y gran parte de su carrera se dedicó a hacer que estos conceptos útiles fueran accesibles para químicos prácticos.
En Harvard, Lewis también escribió un artículo teórico sobre la termodinámica de la radiación de cuerpo negro en el que postuló que la luz tiene presión. Posteriormente reveló que había sido desalentado de perseguir esta idea por sus colegas mayores y más conservadores, quienes no sabían que Wilhelm Wien y otros estaban persiguiendo exitosamente la misma línea de pensamiento. El artículo de Lewis permaneció sin publicar; pero su interés en la radiación y la teoría cuántica, y posteriormente en la relatividad, surgió de este esfuerzo temprano y abortado. Desde el inicio de su carrera, Lewis se consideraba a sí mismo tanto químico como físico.
Teoría de valencia
Alrededor de 1902 Lewis comenzó a usar dibujos sin publicar de átomos cúbicos en sus notas de clase, en los que las esquinas del cubo representaban posibles posiciones de electrones. Lewis citó posteriormente estas notas en su artículo clásico de 1916 sobre enlace químico, como la primera expresión de sus ideas.
Un tercer interés importante que se originó durante los años de Lewis en Harvard fue su teoría de la valencia. En 1902, mientras intentaba explicar las leyes de la valencia a sus estudiantes, Lewis concibió la idea de que los átomos estaban construidos con una serie concéntrica de cubos con electrones en cada esquina. Este "átomo cúbico" explicaba el ciclo de ocho elementos en la tabla periódica y estaba de acuerdo con la creencia ampliamente aceptada de que los enlaces químicos se formaban por transferencia de electrones para dar a cada átomo un conjunto completo de ocho. Esta teoría electroquímica de la valencia encontró su expresión más elaborada en el trabajo de Richard Abegg en 1904, pero la versión de Lewis de esta teoría fue la única que se incorporó en un modelo atómico concreto. De nuevo la teoría de Lewis no interesó a sus mentores de Harvard, quienes, como la mayoría de los químicos estadounidenses de esa época, no tenían gusto por tales especulaciones. Lewis no publicó su teoría del átomo cúbico, pero en 1916 se convirtió en una parte importante de su teoría del enlace de par de electrones compartidos.
En 1916, publicó su artículo clásico sobre enlace químico "El Átomo y la Molécula" en el que formuló la idea de lo que se conocería como el enlace covalente, consistente en un par de electrones compartidos, y definió el término molécula impar, el término moderno es radical libre cuando un electrón no se comparte. Incluyó lo que se conoció como estructuras de punto de Lewis así como el modelo de átomo cúbico. Estas ideas sobre enlace químico fueron ampliadas por Irving Langmuir y se convirtieron en la inspiración para los estudios sobre la naturaleza del enlace químico de Linus Pauling.
Ácidos y bases
En 1923, formuló la teoría de pares de electrones de reacciones ácido-base. En esta teoría de ácidos y bases, un "ácido de Lewis" es un aceptor de pares de electrones y una "base de Lewis" es un donante de pares de electrones. Este año también publicó una monografía sobre sus teorías del enlace químico b
