A meu pedido urgente, o laboratório Curie, no qual o rádio foi descoberto há pouco tempo, foi-me mostrado. Os próprios Curies estavam viajando. Era uma mistura entre um estábulo e uma adega, e, se não tivesse visto a bancada de trabalho com o aparelho químico, teria pensado que era uma brincadeira.
Friedrich Wilhelm Ostwald era um químico e filósofo alemão báltico. Ostwald é creditado como sendo um dos fundadores do campo da físico-química, junto com Jacobus Henricus van 't Hoff, Walther Nernst e Svante Arrhenius. Ele recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1909 por suas contribuições científicas aos campos de catálise, equilíbrios químicos e velocidades de reação.
Após sua aposentadoria em 1906 da vida acadêmica, Ostwald envolveu-se muito em filosofia, arte e política. Ele fez contribuições significativas em cada um desses campos. Ostwald foi descrito como um polímata.
Primeiros anos e educação
Ostwald nasceu etnicamente alemão báltico em Riga, filho do mestre-tanoeiro Gottfried Wilhelm Ostwald 1824–1903 e Elisabeth Leuckel 1824–1903. Ele era o filho do meio de três, nascido após Eugen 1851–1932 e antes de Gottfried 1855–1918. Ostwald desenvolveu interesse em ciência quando criança e conduzia experimentos em sua casa, particularmente relacionados a fogos de artifício e fotografia.
Ostwald entrou na Universidade de Dorpat, Estônia, hoje Universidade de Tartu em 1872. Ele completou seus exames de Kandidatenschrift lá em 1875. Durante seu tempo em Dorpat, Ostwald teve exposição significativa às humanidades, artes e filosofia, que se tornaram um foco de seus esforços após sua aposentadoria em 1906 da academia.
Carreira acadêmica
Ostwald começou sua carreira como investigador independente não remunerado na Universidade de Dorpat em 1875. Ele trabalhou no laboratório de Carl Schmidt, juntamente com seu contemporâneo Johann Lemberg. Lemberg ensinou a Ostwald muitos dos fundamentos da análise de compostos inorgânicos e medições de equilíbrios e velocidades de reação química. Lemberg também ensinou a Ostwald a base química de muitos fenômenos geológicos. Esses esforços formaram parte dos assuntos dos esforços de pesquisa posteriores de Ostwald. Além de seu trabalho no laboratório de Carl Schmidt, Ostwald também estudou no instituto de física da universidade com Arthur von Oettingen.
Por volta de 1877, continuando ainda seu trabalho como investigador não remunerado no Laboratório de Química da Universidade de Dorpat, Ostwald tornou-se assistente remunerado no Instituto de Física, após o assistente de Oettingen se mudar para Riga. Ele também se sustentou por um tempo ensinando matemática e ciência em uma escola secundária de Dorpat.
Ostwald estava profundamente interessado em questões de afinidade química e nas reações que formavam compostos químicos. Esta era a questão teórica central que enfrentava os químicos na época. Como parte de seu trabalho inicial, Ostwald desenvolveu uma tabela de afinidade tridimensional que levava em conta os efeitos da temperatura, bem como as constantes de afinidade de ácidos e bases. Ostwald também investigou ação de massa, eletroquímica e dinâmica química.
Ostwald completou seu grau de Magister na Universidade de Dorpat em 1877, permitindo-lhe dar palestras e cobrar pelo ensino. Ostwald publicou sua dissertação de doutorado na Universidade de Dorpat em 1878, com Carl Schmidt como seu orientador de tese. Sua tese de doutorado foi intitulada Volumchemische und Optisch-Chemische Studien "Estudos Volumétricos e Químico-Ópticos". Em 1879, tornou-se assistente remunerado de Carl Schmidt.
Em 1881, Ostwald tornou-se Professor de Química no Riga Polytechnicum, hoje Universidade Técnica de Riga. Em 1887, mudou-se para a Universidade de Leipzig, onde se tornou Professor de Físico-Química. Ostwald permaneceu na faculdade da Universidade de Leipzig até sua aposentadoria em 1906. Ele também serviu como o primeiro "professor de intercâmbio" da Universidade de Harvard em 1904 e 1905.
Durante a carreira acadêmica de Ostwald, ele tinha muitos alunos de pesquisa que se tornaram cientistas realizados por direito próprio. Estes incluíram futuros Prêmios Nobel Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van 't Hoff e Walther Nernst. Outros alunos incluíram Arthur Noyes, Willis Rodney Whitney e Kikunae Ikeda. Todos esses alunos se tornaram notáveis por suas contribuições à físico-química.
Em 1901, Albert Einstein solicitou uma posição de pesquisa no laboratório de Ostwald. Isto foi quatro anos antes da publicação de Einstein sobre relatividade especial. Ostwald rejeitou a candidatura de Einstein, embora mais tarde os dois desenvolveram respeito mútuo forte. Subsequentemente, Ostwald indicou Einstein para o Prêmio Nobel em 1910 e novamente em 1913.
Após sua aposentadoria em 1906, Ostwald tornou-se ativo em filosofia, política e outras humanidades.
Durante o curso de sua carreira acadêmica, Ostwald publicou mais de 500 artigos de pesquisa originais para a literatura científica e aproximadamente 45 livros.
Contribuições científicas
Processo de ácido nítrico
Ostwald inventou um processo para a fabricação barata de ácido nítrico por oxidação de amônia. Ele foi premiado com patentes para este processo. A patente de Ostwald fez uso de um catalisador e descreveu condições sob as quais o rendimento de ácido nítrico estava perto do limite teórico. Aspectos do processo básico também foram patenteados cerca de 64 anos antes por Kuhlmann. O processo de Kuhlmann não se tornou industrialmente significativo, provavelmente devido à falta de uma fonte barata de amônia. Logo após a descoberta de Ostwald, amônia barata ficou disponível como resultado da invenção de Haber e Bosch de um processo para o processo de fixação de nitrogênio concluído em 1911 ou 1913 para síntese de amônia. A combinação desses dois avanços logo levou a uma produção de fertilizantes e explosivos mais econômica e em larga escala, dos quais a Alemanha estava em falta durante a Primeira Guerra Mundial. O processo é frequentemente referido como o Processo Ostwald. O processo continua em uso generalizado na época contemporânea para fabricação de ácido nítrico.
Lei de diluição de Ostwald
Ostwald também conduziu pesquisas significativas sobre teoria de diluição levando à sua conceituação da lei de diluição que às vezes é referida como "Lei de Diluição de Ostwald". Esta teoria sustenta que o comportamento de um eletrólito fraco segue os princípios de ação de massa, sendo extensivamente dissociado em diluição infinita. Esta característica de eletrólitos fracos pode ser observada experimentalmente, tal como por determinações eletroquímicas.
Catálise
Através de sua pesquisa sobre velocidades e taxas de reação química e seus estudos de ácidos e bases, Ostwald descobriu que a concentração de ácido ou a concentração de base em uma solução de certos reagentes químicos pode ter uma forte influência na taxa de processos químicos. Ele percebeu que isto é uma manifestação do conceito de catálise química primeiro articulado por Berzelius. Ostwald articulou a ideia de que um catalisador é uma substância que acelera a taxa de uma reação química sem fazer parte dos reagentes ou dos produtos. Os avanços de Ostwald na compreensão da catálise química foram amplamente aplicáveis em processos biológicos, como catálise enzimática, e também em muitos processos industriais. Um catalisador é usado no processo de ácido nítrico que Ostwald inventou.
Cristalização
Ostwald estudou o comportamento de cristalização de sólidos, especialmente aqueles sólidos que são capazes de cristalizar em diferentes formas, no fenômeno conhecido como polimorfismo. Ele descobriu que sólidos não necessariamente cristalizam em sua forma mais termodinamicamente estável, mas às vezes cristalizam preferencialmente em outras formas dependendo das taxas relativas de cristalização de cada forma polimórfica. Ostwald descobriu que as taxas relativas eram dependentes da tensão superficial entre o polimorfo sólido e a forma líquida. Muitos materiais comuns exibem este tipo de comportamento, incluindo minerais e vários compostos orgânicos. Esta descoberta tornou-se conhecida como a regra de Ostwald.
Ostwald percebeu que soluções sólidas ou líquidas podem continuar a evoluir ao longo do tempo. Enquanto um polimorfo não-termodinamicamente preferido pode cristalizar primeiro, formas mais termodinamicamente estáveis podem continuar a se desenvolver conforme a solução envelhece. Frequentemente, isso resulta em cristais grandes se formando, pois eles são mais termodinamicamente estáveis do que um grande número de cristais pequenos. Este fenômeno tornou-se conhecido como Envelhecimento de Ostwald e é observado em muitas situações. Um exemplo cotidiano é a textura granulada que o sorvete desenvolve conforme envelhece. Em uma escala geológica de tempo, muitos minerais exibem Envelhecimento de Ostwald conforme suas formas de cristal evoluem conforme o mineral envelhece.
Relacionado à solubilidade e cristalização foi a descoberta de Ostwald de que a dissolução de um sólido depende do tamanho do cristal. Quando os cristais são pequenos, tipicamente menos de um mícron, a solubilidade do sólido na fase de solução é aumentada. Ostwald quantificou este efeito matematicamente em uma relação que se tornou conhecida como a equação de Ostwald-Freundlich. Ostwald publicou sua descoberta pela primeira vez em 1900, e sua equação matemática foi refinada pelo químico alemão Herbert Freundlich em 1909. Esta relação matemática também se aplica à pressão parcial da substância no sistema. A equação de Ostwald-Freundlich leva em conta a tensão superficial da partícula no sistema, além de curvatura e temperatura. A dependência do tamanho da solubilidade às vezes é utilizada na formulação de produtos farmacêuticos que têm baixa solubilidade de modo a aumentar sua absorção pelo paciente. A dependência do tamanho também tem um papel no Envelhecimento de Ostwald.
Colaborando com o químico alemão Raphael E. Liesegang, Ostwald reconheceu que substâncias podem cristalizar de forma periódica em que o comportamento de cristalização segue um padrão espacial ou temporal. Em certas circunstâncias, o resultado deste comportamento de cristalização periódica é facilmente observado visualmente, por exemplo, em várias formações geológicas. Liesegang havia investigado previamente este fenômeno em experimentos específicos de laboratório, mostrando seus resultados a Ostwald. Ostwald então desenvolveu um modelo matemático para o fenômeno que serviu para explicar as observações e percebeu o quão generalizado é o comportamento de cristalização periódica. Essas observações tornaram-se conhecidas como anéis de Liesegang.
Teoria atômica
Ostwald introduziu a palavra mol no léxico da química por volta de 1900. Ele definiu uma mol como o peso molecular de uma substância em unidades de massa em gramas. O conceito estava vinculado ao gás ideal, de acordo com Ostwald. Ironicamente, o desenvolvimento do conceito de mol de Ostwald estava diretamente relacionado à sua oposição filosófica à teoria atômica, contra a qual ele, juntamente com Ernst Mach, foi um dos últimos redutos. Ele explicou em uma conversa com Arnold Sommerfeld que foi convencido pelos experimentos de Jean Perrin sobre Movimento Browniano.
Em 1906, Ostwald foi eleito membro do Comitê Internacional sobre Pesos Atômicos. Como consequência da Primeira Guerra Mundial, esta participação terminou em 1917 e não foi retomada após a guerra. O Relatório Anual de 1917 do comitê terminou com a nota incomum: "Devido à guerra europeia o Comitê teve muita dificuldade quanto à correspondência. O membro alemão, Professor Ostwald, não foi ouvido em relação a este relatório. Possivelmente a censura de cartas, seja na Alemanha ou em trânsito, levou a um extravio".
Medições científicas
Como parte das investigações de Ostwald em equilíbrios químicos, afinidade química e interações ácido-base, ele reconheceu que muitos métodos analíticos estabelecidos perturbam os sistemas químicos sob investigação. Ele, portanto, recorreu a medições físicas como métodos substitutos para compreender esses fenômenos básicos importantes. Uma tal medição física é a medição da viscosidade, ou resistência ao fluxo, de um líquido. Ostwald inventou um dispositivo para este fim consistindo em bolbos que atuam como reservatórios para um líquido com um capilar, ou tubo fino, entre os reservatórios. O tempo que leva para o líquido fluir através do capilar de um reservatório para o outro é uma indicação da viscosidade do líquido. Usando uma solução de referência, a viscosidade do líquido pode ser quantificada. Ostwald normalmente usava este dispositivo para estudar o comportamento de solutos em soluções aquosas. Esses dispositivos tornaram-se conhecidos como viscosímetros de Ostwald e estão em uso generalizado na época contemporânea para fins de pesquisa e controle de qualidade.
Ostwald projetou uma pipeta que poderia ser usada para transferir e medir líquidos, especialmente fluidos serosos. Este design foi posteriormente melhorado por Otto Folin. Este tipo de pipeta tem um bulbo na extremidade inferior como uma característica de design particular. Tornou-se conhecida como a pipeta de Ostwald-Folin e é amplamente utilizada na época contemporânea.
Ciência das cores
Após sua aposentadoria em 1906 da academia, Ostwald tornou-se interessado na sistematização de cores, que poderia ser útil tanto cientificamente quanto nas artes. Ele publicou O Livro de Cores e também O Atlas de Cores durante o período de 1916–8. Essas publicações estabeleceram relações entre as várias cores visuais.
