A mi urgente solicitud me mostraron el laboratorio Curie, en el que el radio fue descubierto hace poco tiempo. Los Curie estaban viajando. Era una mezcla entre un establo y un sótano de papas, y, si no hubiera visto la mesa de trabajo con el aparato químico, habría pensado que era una broma práctica.
Friedrich Wilhelm Ostwald fue un químico y filósofo alemán báltico. Se atribuye a Ostwald ser uno de los fundadores del campo de la química física, junto con Jacobus Henricus van 't Hoff, Walther Nernst y Svante Arrhenius. Recibió el Premio Nobel de Química en 1909 por sus contribuciones científicas a los campos de la catálisis, equilibrios químicos y velocidades de reacción.
Tras su jubilación en 1906 de la vida académica, Ostwald se involucró mucho en filosofía, arte y política. Hizo contribuciones significativas a cada uno de estos campos. Ostwald ha sido descrito como un polímata.
Primeros años y educación
Ostwald nació étnicamente alemán báltico en Riga, hijo del maestro tonelero Gottfried Wilhelm Ostwald 1824–1903 y Elisabeth Leuckel 1824–1903. Era el hijo intermedio de tres, nacido después de Eugen 1851–1932 y antes de Gottfried 1855–1918. Ostwald desarrolló un interés en la ciencia como niño y realizó experimentos en su hogar, particularmente relacionados con fuegos artificiales y fotografía.
Ostwald entró en la Universidad de Dorpat, Estonia, ahora la Universidad de Tartu en 1872. Completó sus exámenes de Kandidatenschrift allí en 1875. Durante su tiempo en Dorpat, Ostwald tuvo una exposición significativa a las humanidades, las artes y la filosofía, que se convirtió en un enfoque de sus esfuerzos después de su jubilación en 1906 de la academia.
Carrera académica
Ostwald comenzó su carrera como investigador independiente no remunerado en la Universidad de Dorpat en 1875. Trabajó en el laboratorio de Carl Schmidt, junto con su contemporáneo Johann Lemberg. Lemberg enseñó a Ostwald muchos de los conceptos básicos del análisis de compuestos inorgánicos y mediciones de equilibrios y velocidades de reacción química. Lemberg también enseñó a Ostwald la base química de muchos fenómenos geológicos. Estos esfuerzos formaron parte de los temas de los posteriores esfuerzos de investigación de Ostwald. Además de su trabajo en el laboratorio de Carl Schmidt, Ostwald también estudió en el instituto de física de la universidad con Arthur von Oettingen.
Alrededor de 1877, continuando su trabajo como investigador no remunerado en el Laboratorio de Química de la Universidad de Dorpat, Ostwald se convirtió en asistente pagado en el Instituto de Física, después de que el asistente de Oettingen se trasladara a Riga. También se mantuvo a sí mismo durante un tiempo enseñando matemáticas y ciencias en una escuela secundaria de Dorpat.
Ostwald estaba profundamente interesado en cuestiones de afinidad química y las reacciones que formaban compuestos químicos. Esta era la pregunta teórica central a la que se enfrentaban los químicos en ese momento. Como parte de su trabajo inicial, Ostwald desarrolló una tabla de afinidad tridimensional que tenía en cuenta los efectos de la temperatura así como las constantes de afinidad de ácidos y bases. Ostwald también investigó la acción de masa, electroquímica y dinámica química.
Ostwald completó su grado de Magisterio en la Universidad de Dorpat en 1877, lo que le permitió dar conferencias y cobrar por la enseñanza. Ostwald publicó su disertación doctoral en la Universidad de Dorpat en 1878, con Carl Schmidt como su asesor de tesis. Su tesis doctoral se titulaba Volumchemische und Optisch-Chemische Studien "Estudios Volumétricos y Químico-Ópticos". En 1879, se convirtió en asistente pagado de Carl Schmidt.
En 1881, Ostwald se convirtió en Profesor de Química en el Riga Polytechnicum ahora Universidad Técnica de Riga. En 1887, se trasladó a la Universidad de Leipzig donde se convirtió en Profesor de Química Física. Ostwald permaneció en la facultad de la Universidad de Leipzig hasta su jubilación en 1906. También sirvió como el primer "profesor de intercambio" en la Universidad de Harvard en 1904 y 1905.
Durante la carrera académica de Ostwald, tuvo muchos estudiantes de investigación que se convirtieron en científicos consumados por derecho propio. Estos incluían a los futuros ganadores del Premio Nobel Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van 't Hoff y Walther Nernst. Otros estudiantes incluían Arthur Noyes, Willis Rodney Whitney e Ikeda Kikunae. Todos estos estudiantes se hicieron notables por sus contribuciones a la química física.
En 1901, Albert Einstein solicitó una posición de investigación en el laboratorio de Ostwald. Esto fue cuatro años antes de la publicación de Einstein sobre la relatividad especial. Ostwald rechazó la solicitud de Einstein, aunque posteriormente los dos desarrollaron un fuerte respeto mutuo. Posteriormente, Ostwald nominó a Einstein para el Premio Nobel en 1910 y nuevamente en 1913.
Tras su jubilación en 1906, Ostwald se volvió activo en filosofía, política y otras humanidades.
Durante el curso de su carrera académica, Ostwald publicó más de 500 artículos de investigación original para la literatura científica y aproximadamente 45 libros.
Contribuciones científicas
Proceso del ácido nítrico
Ostwald inventó un proceso para la fabricación económica de ácido nítrico por oxidación del amoníaco. Fue galardonado con patentes para este proceso. La patente de Ostwald hizo uso de un catalizador y describió las condiciones bajo las cuales el rendimiento del ácido nítrico estaba cerca del límite teórico. Aspectos del proceso básico también fueron patentados 64 años antes por Kuhlmann. El proceso de Kuhlmann no se volvió industrialmente significativo, probablemente debido a la falta de una fuente económica de amoníaco. Poco después del descubrimiento de Ostwald, el amoníaco económico se volvió disponible como resultado de la invención de Haber y Bosch de un proceso para el proceso de fijación de nitrógeno completado en 1911 o 1913 para la síntesis de amoníaco. La combinación de estos dos avances pronto condujo a una producción de fertilizantes y explosivos más económica y a mayor escala, de los cuales Alemania estaba en escasez durante la Primera Guerra Mundial. El proceso a menudo se conoce como el Proceso Ostwald. El proceso sigue siendo de uso generalizado en la actualidad para la fabricación de ácido nítrico.
Ley de dilución de Ostwald
Ostwald también realizó investigaciones significativas sobre teoría de dilución que llevaron a su conceptualización de la ley de dilución que a veces se conoce como "Ley de Dilución de Ostwald". Esta teoría sostiene que el comportamiento de un electrolito débil sigue los principios de la acción de masa, siendo ampliamente disociado en dilución infinita. Esta característica de los electrolitos débiles se puede observar experimentalmente, como por determinaciones electroquímicas.
Catálisis
A través de su investigación sobre velocidades y tasas de reacción química y sus estudios de ácidos y bases, Ostwald descubrió que la concentración de ácido o la concentración de base en una solución de ciertos reactivos químicos puede tener una fuerte influencia en la tasa de procesos químicos. Se dio cuenta de que esto es una manifestación del concepto de catálisis química articulado por primera vez por Berzelius. Ostwald articuló la idea de que un catalizador es una sustancia que acelera la tasa de una reacción química sin ser parte ni de los reactivos ni de los productos. Los avances de Ostwald en la comprensión de la catálisis química fueron ampliamente aplicables en procesos biológicos como la catálisis enzimática y también en muchos procesos industriales. Un catalizador se utiliza en el proceso de ácido nítrico que Ostwald inventó.
Cristalización
Ostwald estudió el comportamiento de cristalización de sólidos, especialmente aquellos sólidos que son capaces de cristalizar en diferentes formas, en el fenómeno conocido como polimorfismo. Descubrió que los sólidos no necesariamente cristalizan en su forma más termodinámicamente estable sino que a veces cristalizan preferencialmente en otras formas dependiendo de las tasas relativas de cristalización de cada forma polimorfa. Ostwald encontró que las tasas relativas dependían de la tensión superficial entre el polimorfismo sólido y la forma líquida. Muchos materiales comunes exhiben este tipo de comportamiento, incluyendo minerales y varios compuestos orgánicos. Este hallazgo llegó a ser conocido como la regla de Ostwald.
Ostwald se dio cuenta de que las soluciones sólidas o líquidas pueden continuar evolucionando con el tiempo. Si bien un polimorfismo no preferido termodinámicamente puede cristalizar primero, formas más termodinámicamente estables pueden continuar desarrollándose a medida que la solución envejece. A menudo esto resulta en la formación de cristales grandes, ya que son más termodinámicamente estables que grandes números de cristales pequeños. Este fenómeno llegó a ser conocido como Envejecimiento de Ostwald y se observa en muchas situaciones. Un ejemplo cotidiano es la textura granulosa que el helado desarrolla a medida que envejece. En una escala de tiempo geológica, muchos minerales exhiben Envejecimiento de Ostwald a medida que sus formas de cristal evolucionan a medida que el mineral envejece.
Relacionado con la solubilidad y la cristalización fue el hallazgo de Ostwald de que la disolución de un sólido depende del tamaño del cristal. Cuando los cristales son pequeños, típicamente menos de una micrón, la solubilidad del sólido en la fase de solución se incrementa. Ostwald cuantificó este efecto matemáticamente en una relación que llegó a ser conocida como la ecuación de Ostwald-Freundlich. Ostwald publicó por primera vez su hallazgo en 1900, y su ecuación matemática fue refinada por el químico alemán Herbert Freundlich en 1909. Esta relación matemática también se aplica a la presión parcial de la sustancia en el sistema. La ecuación de Ostwald-Freundlich tiene en cuenta la tensión superficial de la partícula en el sistema, además de curvatura y temperatura. La dependencia del tamaño de la solubilidad a veces se utiliza en la formulación de productos farmacéuticos que tienen baja solubilidad para mejorar su absorción por el paciente. La dependencia del tamaño también juega un papel en el Envejecimiento de Ostwald.
Colaborando con el químico alemán Raphael E. Liesegang, Ostwald reconoció que las sustancias pueden cristalizar de una manera periódica en la que el comportamiento de cristalización sigue un patrón espacial o temporal. En ciertas circunstancias, el resultado de este comportamiento de cristalización periódica es fácilmente visualmente observado, por ejemplo, en varias formaciones geológicas. Liesegang había investigado previamente este fenómeno en experimentos específicos de laboratorio, mostrando sus resultados a Ostwald. Ostwald entonces desarrolló un modelo matemático para el fenómeno que sirvió para explicar las observaciones y se dio cuenta de cuán generalizado es el comportamiento de cristalización periódica. Estas observaciones llegaron a ser conocidas como anillos de Liesegang.
Teoría atómica
Ostwald introdujo la palabra mol en el léxico de la química alrededor de 1900. Definió un mol como el peso molecular de una sustancia en unidades de masa en gramos. El concepto estaba vinculado al gas ideal, según Ostwald. Irónicamente, el desarrollo del concepto de mol de Ostwald estaba directamente relacionado con su oposición filosófica a la teoría atómica, contra la cual él junto con Ernst Mach fue uno de los últimos opositores. Explicó en una conversación con Arnold Sommerfeld que estaba convencido por los experimentos de Jean Perrin sobre el Movimiento Browniano.
En 1906 Ostwald fue elegido miembro del Comité Internacional sobre Pesos Atómicos. Como consecuencia de la Primera Guerra Mundial, esta membresía terminó en 1917 y no se reanudó después de la guerra. El Informe Anual de 1917 del comité terminó con la nota inusual: "Debido a la guerra europea, el Comité ha tenido muchas dificultades en la correspondencia. No se ha tenido noticias del miembro alemán, Profesor Ostwald, en relación con este informe. Posiblemente la censura de cartas, ya sea en Alemania o en tránsito, ha llevado a un extravío".
Mediciones científicas
Como parte de las investigaciones de Ostwald en equilibrios químicos, afinidad química e interacciones ácido-base, reconoció que muchos métodos analíticos establecidos perturban los sistemas químicos bajo investigación. Por lo tanto, recurrió a mediciones físicas como métodos sustitutos para comprender estos fenómenos básicos importantes. Una de estas mediciones físicas es la medición de la viscosidad, o resistencia al flujo, de un líquido. Ostwald inventó un dispositivo para este propósito que consiste en bulbos que actúan como depósitos para un líquido con un capilar, o tubo delgado, entre los depósitos. El tiempo que tarda el líquido en fluir a través del capilar de un depósito al otro es una indicación de la viscosidad del líquido. Utilizando una solución de referencia, la viscosidad del líquido puede ser cuantificada. Ostwald típicamente utilizaba este dispositivo para estudiar el comportamiento de solutos en soluciones acuosas. Estos dispositivos llegaron a ser conocidos como viscosímetros Ostwald y están en uso generalizado en la actualidad para propósitos de investigación y control de calidad.
Ostwald diseñó una pipeta que podría ser utilizada para transferir y medir líquidos, especialmente fluidos serosos. Este diseño fue posteriormente mejorado por Otto Folin. Este tipo de pipeta tiene un bulbo en el extremo inferior como característica de diseño particular. Se conoció como la pipeta Ostwald-Folin y es ampliamente utilizada en la actualidad.
Ciencia del color
Tras su jubilación en 1906 de la academia, Ostwald se interesó en la sistematización de los colores, que podría ser útil tanto científicamente como en las artes. Publicó El Manual de Color y también El Atlas de Color durante el período de 1916–8. Estas publicaciones establecieron relaciones entre los varios colores visuales.
