Su mia urgente richiesta mi è stato mostrato il laboratorio Curie, in cui il radio era stato scoperto poco tempo prima. I Curie erano assenti in viaggio. Era un incrocio tra una stalla e una cantina, e, se non avessi visto il tavolo di lavoro con l'apparato chimico, avrei pensato fosse uno scherzo.
Friedrich Wilhelm Ostwald era un chimico e filosofo tedesco baltico. Ostwald è accreditato come uno dei fondatori del campo della chimica fisica, insieme a Jacobus Henricus van 't Hoff, Walther Nernst e Svante Arrhenius. Ha ricevuto il Premio Nobel per la Chimica nel 1909 per i suoi contributi scientifici nei campi della catalisi, degli equilibri chimici e delle velocità di reazione.
Dopo il suo ritiro dalla vita accademica nel 1906, Ostwald si coinvolse notevolmente in filosofia, arte e politica. Ha dato contributi significativi a ciascuno di questi campi. Ostwald è stato descritto come un poliedrico.
Primi anni di vita e istruzione
Ostwald nacque come tedesco baltico a Riga, da Gottfried Wilhelm Ostwald 1824–1903, mastro bottaio, e Elisabeth Leuckel 1824–1903. Era il figlio di mezzo di tre figli, nato dopo Eugen 1851–1932 e prima di Gottfried 1855–1918. Ostwald sviluppò un interesse per la scienza da bambino e condusse esperimenti a casa sua, in particolare legati ai fuochi d'artificio e alla fotografia.
Ostwald entrò all'Università di Dorpat, Estonia, ora Università di Tartu nel 1872. Completò gli esami Kandidatenschrift lì nel 1875. Durante il suo tempo a Dorpat, Ostwald ebbe una significativa esposizione alle discipline umanistiche, alle arti e alla filosofia, che divennero il fulcro dei suoi sforzi dopo il suo ritiro dall'accademia nel 1906.
Carriera accademica
Ostwald iniziò la sua carriera come investigatore indipendente non retribuito presso l'Università di Dorpat nel 1875. Lavorò nel laboratorio di Carl Schmidt, insieme al suo contemporaneo Johann Lemberg. Lemberg insegnò a Ostwald molte delle basi dell'analisi dei composti inorganici e delle misurazioni degli equilibri e dei tassi di reazione chimica. Lemberg insegnò anche a Ostwald la base chimica di molti fenomeni geologici. Questi sforzi facevano parte degli argomenti della successiva ricerca di Ostwald. Oltre al suo lavoro nel laboratorio di Carl Schmidt, Ostwald studiò anche nell'istituto di fisica dell'università con Arthur von Oettingen.
Intorno al 1877, continuando ancora il suo lavoro come investigatore non retribuito nel Laboratorio di Chimica dell'Università di Dorpat, Ostwald divenne un assistente retribuito nell'Istituto di Fisica, dopo che l'assistente di Oettingen si trasferì a Riga. Si sostentò anche per un certo periodo insegnando matematica e scienze in una scuola superiore di Dorpat.
Ostwald era profondamente interessato alle questioni dell'affinità chimica e alle reazioni che formavano i composti chimici. Questa era la domanda teorica centrale che affrontava i chimici all'epoca. Come parte del suo lavoro iniziale, Ostwald sviluppò una tabella di affinità tridimensionale che teneva conto degli effetti della temperatura nonché delle costanti di affinità degli acidi e delle basi. Ostwald investigò anche l'azione di massa, l'elettrochimica e la dinamica chimica.
Ostwald completò il suo grado magistrale presso l'Università di Dorpat nel 1877, consentendogli di tenere lezioni e di far pagare l'insegnamento. Ostwald pubblicò la sua dissertazione di dottorato presso l'Università di Dorpat nel 1878, con Carl Schmidt come relatore della sua tesi. La sua tesi di dottorato era intitolata Volumchemische und Optisch-Chemische Studien "Studi Volumetrici e Ottico-Chimici". Nel 1879, divenne assistente retribuito di Carl Schmidt.
Nel 1881, Ostwald divenne Professore di Chimica al Riga Polytechnicum, ora Riga Technical University. Nel 1887, si trasferì all'Università di Lipsia dove divenne Professore di Chimica Fisica. Ostwald rimase sulla facoltà dell'Università di Lipsia fino al suo ritiro nel 1906. Servì anche come primo "professore di scambio" all'Università di Harvard nel 1904 e 1905.
Durante la carriera accademica di Ostwald, ebbe molti studenti di ricerca che divennero scienziati di successo a livello mondiale. Questi includevano i futuri Premi Nobel Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van 't Hoff e Walther Nernst. Altri studenti includevano Arthur Noyes, Willis Rodney Whitney e Kikunae Ikeda. Tutti questi studenti divennero noti per i loro contributi alla chimica fisica.
Nel 1901, Albert Einstein fece domanda per una posizione di ricerca nel laboratorio di Ostwald. Questo era quattro anni prima della pubblicazione di Einstein sulla relatività speciale. Ostwald respinse la domanda di Einstein, anche se successivamente i due svilupparono un forte rispetto reciproco. Successivamente, Ostwald nominò Einstein per il Premio Nobel nel 1910 e di nuovo nel 1913.
Dopo il suo ritiro nel 1906, Ostwald divenne attivo in filosofia, politica e altre discipline umanistiche.
Nel corso della sua carriera accademica, Ostwald pubblicò più di 500 articoli di ricerca originali per la letteratura scientifica e circa 45 libri.
Contributi scientifici
Processo dell'acido nitrico
Ostwald inventò un processo per la fabbricazione economica dell'acido nitrico per ossidazione dell'ammoniaca. Gli furono concessi brevetti per questo processo. Il brevetto di Ostwald faceva uso di un catalizzatore e descriveva le condizioni in cui la resa dell'acido nitrico era vicina al limite teorico. Aspetti del processo di base erano stati brevettati anche circa 64 anni prima da Kuhlmann. Il processo di Kuhlmann non divenne industrialmente significativo, probabilmente a causa della mancanza di una fonte economica di ammoniaca. Poco dopo la scoperta di Ostwald, l'ammoniaca economica divenne disponibile come risultato dell'invenzione da parte di Haber e Bosch di un processo per il processo di fissazione dell'azoto completato nel 1911 o 1913 per la sintesi dell'ammoniaca. La combinazione di questi due progressi presto portò a una produzione più economica e su larga scala di fertilizzanti ed esplosivi, di cui la Germania era in carenza durante la Prima Guerra Mondiale. Il processo è spesso indicato come il Processo Ostwald. Il processo rimane in uso diffuso nei tempi contemporanei per la produzione di acido nitrico.
Legge di diluizione di Ostwald
Ostwald condusse anche significative ricerche sulla teoria della diluizione portando alla sua concettualizzazione della legge di diluizione che a volte è indicata come "Legge di Diluizione di Ostwald". Questa teoria sostiene che il comportamento di un elettrolita debole segue i principi dell'azione di massa, essendo ampiamente dissociato a diluizione infinita. Questa caratteristica degli elettroliti deboli può essere osservata sperimentalmente, ad esempio mediante determinazioni elettrochimiche.
Catalisi
Attraverso la sua ricerca sui tassi e le velocità di reazione chimica e i suoi studi su acidi e basi, Ostwald scoprì che la concentrazione di acido o la concentrazione di base in una soluzione di certi reagenti chimici può avere una forte influenza sul tasso di processi chimici. Realizzò che questo è una manifestazione del concetto di catalisi chimica articolato per la prima volta da Berzelius. Ostwald articolò l'idea che un catalizzatore è una sostanza che accelera il tasso di una reazione chimica senza essere parte di nessuno dei reagenti o dei prodotti. I progressi di Ostwald nella comprensione della catalisi chimica erano ampiamente applicabili in processi biologici come la catalisi enzimatica e anche in molti processi industriali. Un catalizzatore viene utilizzato nel processo dell'acido nitrico che Ostwald inventò.
Cristallizzazione
Ostwald studiò il comportamento di cristallizzazione dei solidi, in particolare quei solidi che sono in grado di cristallizzare in forme diverse, nel fenomeno noto come polimorfismo. Scoprì che i solidi non necessariamente si cristallizzano nella loro forma più stabile termodinamicamente ma a volte si cristallizzano preferenzialmente in altre forme a seconda dei tassi relativi di cristallizzazione di ciascuna forma polimmorfica. Ostwald scoprì che i tassi relativi dipendevano dalla tensione superficiale tra il polimmorfo solido e la forma liquida. Molti materiali comuni mostrano questo tipo di comportamento, inclusi minerali e vari composti organici. Questa scoperta divenne nota come la regola di Ostwald.
Ostwald realizzò che le soluzioni solide o liquide possono continuare a evolversi nel tempo. Mentre un polimmorfo non preferito termodinamicamente può cristallizzare per primo, forme più termodinamicamente stabili possono continuare a svilupparsi mentre la soluzione invecchia. Spesso questo risulta nella formazione di cristalli grandi, poiché sono più termodinamicamente stabili di grandi quantità di cristalli piccoli. Questo fenomeno divenne noto come Ostwald Ripening ed è osservato in molte situazioni. Un esempio quotidiano è la consistenza sabbiosa che il gelato sviluppa mentre invecchia. Su una scala geologica, molti minerali mostrano Ostwald Ripening mentre le loro forme cristalline si evolvono mentre il minerale invecchia.
Correlato alla solubilità e alla cristallizzazione era la scoperta di Ostwald che la dissoluzione di un solido dipende dalla dimensione del cristallo. Quando i cristalli sono piccoli, tipicamente inferiori a un micron, la solubilità del solido nella fase di soluzione è aumentata. Ostwald quantificò questo effetto matematicamente in una relazione che divenne nota come l'equazione di Ostwald-Freundlich. Ostwald pubblicò per la prima volta la sua scoperta nel 1900, e la sua equazione matematica fu perfezionata dal chimico tedesco Herbert Freundlich nel 1909. Questa relazione matematica si applica anche alla pressione parziale della sostanza nel sistema. L'equazione di Ostwald-Freundlich tiene conto della tensione superficiale della particella nel sistema, oltre alla curvatura e alla temperatura. La dipendenza dalla dimensione della solubilità è talvolta utilizzata nella formulazione di farmaceutici che hanno bassa solubilità al fine di migliorare il loro assorbimento da parte del paziente. La dipendenza dalla dimensione ha anche un ruolo in Ostwald Ripening.
Collaborando con il chimico tedesco Raphael E. Liesegang, Ostwald riconobbe che le sostanze possono cristallizzare in modo periodico in cui il comportamento di cristallizzazione segue uno schema spaziale o temporale. In determinate circostanze, il risultato di questo comportamento di cristallizzazione periodica è facilmente visivamente osservato, ad esempio, in varie formazioni geologiche. Liesegang aveva precedentemente investigato questo fenomeno in specifici esperimenti di laboratorio, mostrando i suoi risultati a Ostwald. Ostwald quindi sviluppò un modello matematico per il fenomeno che serviva a spiegare le osservazioni e realizzò quanto diffuso fosse il comportamento di cristallizzazione periodica. Queste osservazioni divennero note come anelli di Liesegang.
Teoria atomica
Ostwald introdusse la parola mole nel lessico della chimica intorno al 1900. Definì una mole come il peso molecolare di una sostanza in unità di massa grammi. Il concetto era collegato al gas ideale, secondo Ostwald. Ironicamente, lo sviluppo del concetto di mole di Ostwald era direttamente correlato alla sua opposizione filosofica alla teoria atomica, contro la quale lui insieme a Ernst Mach fu uno degli ultimi resistenti. Spiegò in una conversazione con Arnold Sommerfeld che era stato convinto dagli esperimenti di Jean Perrin sul Moto Browniano.
Nel 1906 Ostwald fu eletto membro della Commissione Internazionale sui Pesi Atomici. Come conseguenza della Prima Guerra Mondiale, questa iscrizione terminò nel 1917 e non fu ripresa dopo la guerra. Il Rapporto Annuale della commissione del 1917 terminò con la nota insolita: "A causa della guerra europea la Commissione ha avuto molta difficoltà nella corrispondenza. Il membro tedesco, Professore Ostwald, non è stato sentito in relazione a questo rapporto. Possibilmente la censura delle lettere, sia in Germania che in transito, ha portato a un disastro".
Misurazioni scientifiche
Come parte delle indagini di Ostwald negli equilibri chimici, nell'affinità chimica e nelle interazioni acido-base, riconobbe che molti metodi analitici consolidati disturbano i sistemi chimici sottoposti a indagine. Si rivolse quindi a misurazioni fisiche come metodi sostitutivi per comprendere questi importanti fenomeni fondamentali. Una tale misurazione fisica è la misurazione della viscosità, o resistenza al flusso, di un liquido. Ostwald inventò un dispositivo a questo scopo costituito da bulbi che agiscono come serbatoi per un liquido con un capillare, o tubo sottile, tra i serbatoi. Il tempo necessario affinché il liquido fluisca attraverso il capillare da un serbatoio all'altro è un'indicazione della viscosità del liquido. Utilizzando una soluzione di riferimento, la viscosità del liquido può essere quantificata. Ostwald in genere usava questo dispositivo per studiare il comportamento dei soluti in soluzioni acquose. Questi dispositivi divennero noti come viscosimetri Ostwald e sono in uso diffuso nei tempi contemporanei per scopi di ricerca e controllo della qualità.
Ostwald progettò una pipetta che potesse essere utilizzata per trasferire e misurare liquidi, in particolare fluidi sierosi. Questo progetto è stato successivamente migliorato da Otto Folin. Questo tipo di pipetta ha un bulbo all'estremità inferiore come caratteristica di progettazione particolare. Divenne nota come pipetta Ostwald-Folin ed è ampiamente utilizzata nei tempi contemporanei.
Scienza del colore
Dopo il suo ritiro dall'accademia nel 1906, Ostwald divenne interessato alla sistematizzazione dei colori, che potrebbe essere utile sia scientificamente che nelle arti. Ha pubblicato The Color Primer e anche The Color Atlas durante il periodo 1916–8. Queste pubblicazioni stabilirono relazioni tra i vari colori visivi.
