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Svante Arrhenius

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Svante August Arrhenius [ a ] (19 de febrero de 1859 – 2 de octubre de 1927) fue un científico sueco . Originalmente físico , pero a menudo denominado químico , Arrhenius fue uno de los fundadores de la fisicoquímica . En 1903, recibió el Premio Nobel de Química , convirtiéndose en el primer laureado sueco con este galardón. En 1905, asumió la dirección del Instituto Nobel, cargo que ocupó hasta su fallecimiento. [ 5 ]

Arrhenius fue el primero en utilizar los principios de la fisicoquímica para estimar en qué medida el aumento del dióxido de carbono atmosférico es responsable del incremento de la temperatura superficial de la Tierra. Su trabajo desempeñó un papel importante en el surgimiento de la ciencia climática moderna . [ 6 ] En la década de 1960, Charles David Keeling midió de forma fiable el nivel de dióxido de carbono presente en el aire, demostrando que estaba aumentando y que, según la hipótesis del efecto invernadero, era suficiente para causar un calentamiento global significativo . [ 7 ]

La ecuación de Arrhenius , el ácido de Arrhenius , la base de Arrhenius, el cráter lunar Arrhenius , [ 8 ] el cráter marciano Arrhenius , [ 9 ] la montaña de Arrheniusfjellet y los Laboratorios Arrhenius de la Universidad de Estocolmo recibieron esos nombres para conmemorar sus contribuciones a la ciencia.

Biografía

Primeros años

Arrhenius nació el 19 de febrero de 1859 en Vik (que también puede escribirse como Wik o Wijk), cerca de Uppsala , Reino de Suecia , hijo de Svante Gustav y Carolina Thunberg Arrhenius, quienes eran luteranos. [ 10 ] Su padre había sido agrimensor de la Universidad de Uppsala , llegando a ocupar un puesto de supervisor. A los tres años, Arrhenius aprendió a leer por sí mismo sin el estímulo de sus padres y, observando cómo su padre sumaba números en sus libros de contabilidad, se convirtió en un niño prodigio de la aritmética . En su vida adulta, Arrhenius sintió una profunda pasión por los conceptos matemáticos, el análisis de datos y el descubrimiento de sus relaciones y leyes.

A los ocho años, ingresó en la escuela de la catedral local , comenzando en quinto grado, donde destacó en física y matemáticas , y se graduó en 1876 como el alumno más joven y más capaz.

disociación iónica

En la Universidad de Uppsala, no estaba satisfecho con el instructor jefe de física y el único miembro del profesorado que podía supervisarlo en química, Per Teodor Cleve , por lo que se marchó a estudiar al Instituto de Física de la Academia Sueca de Ciencias en Estocolmo bajo la tutela del físico Erik Edlund en 1881. [ 11 ]

Su trabajo se centró en la conductividad de los electrolitos . En 1884, basándose en este trabajo, presentó una disertación de 150 páginas sobre conductividad electrolítica a Uppsala para obtener el doctorado . No impresionó a los profesores, entre ellos Cleve, y recibió una calificación de cuarta clase, pero tras su defensa fue reclasificada como tercera clase. Posteriormente, ampliaciones de este mismo trabajo le valdrían el Premio Nobel de Química de 1903. [ 12 ]

Arrhenius presentó 56 tesis en su disertación de 1884, la mayoría de las cuales aún se aceptan hoy en día sin cambios o con modificaciones menores. La idea más importante de la disertación fue su explicación del hecho de que las sales cristalinas sólidas se disocian en partículas cargadas apareadas al disolverse, por lo que ganaría el Premio Nobel de Química de 1903. La explicación de Arrhenius fue que, al formar una disolución , la sal se disocia en partículas cargadas que Michael Faraday había denominado iones muchos años antes. Faraday creía que los iones se producían en el proceso de electrólisis , es decir, que se necesitaba una fuente externa de corriente continua para su formación. Arrhenius propuso que, incluso en ausencia de corriente eléctrica, las disoluciones acuosas de sales contenían iones. Por lo tanto, propuso que las reacciones químicas en disolución eran reacciones entre iones. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

La tesis no impresionó a los profesores de Uppsala, pero Arrhenius la envió a varios científicos europeos que estaban desarrollando la nueva ciencia de la fisicoquímica , como Rudolf Clausius , Wilhelm Ostwald y Jacobus Henricus van 't Hoff . Estos quedaron mucho más impresionados, e incluso Ostwald viajó a Uppsala para persuadir a Arrhenius de que se uniera a su equipo de investigación en Riga. Sin embargo, Arrhenius declinó la oferta, ya que prefería quedarse un tiempo en Suecia-Noruega (su padre estaba muy enfermo y fallecería en 1885) y había recibido un nombramiento en Uppsala. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

En una extensión de su teoría iónica, Arrhenius propuso definiciones para ácidos y bases en 1884. Creía que los ácidos eran sustancias que producían iones de hidrógeno en solución y que las bases eran sustancias que producían iones hidróxido en solución.

Período medio

Lehrbuch der kosmischen Physik , 1903

En 1885, Arrhenius recibió una beca de viaje de la Academia Sueca de Ciencias, que le permitió estudiar con Ostwald en Riga y Leipzig [ 16 ] , con Friedrich Kohlrausch en Würzburg , Alemania , con Ludwig Boltzmann en Graz, Austria , y con Jacobus Henricus van 't Hoff en Ámsterdam .

En 1889, mientras realizaba investigaciones con Ostwald en la Universidad de Leipzig, Arrhenius desarrolló lo que hoy se conoce como la ecuación de Arrhenius. Explicó que la mayoría de las reacciones requieren energía térmica adicional para llevarse a cabo, formulando el concepto de energía de activación , una barrera energética que debe superarse antes de que dos moléculas reaccionen. La ecuación de Arrhenius proporciona la base cuantitativa de la relación entre la energía de activación y la velocidad de una reacción.

En 1891, se convirtió en profesor en la Escuela Universitaria de Estocolmo ( Stockholms Högskola , ahora Universidad de Estocolmo ), siendo ascendido a catedrático de física (con mucha oposición) en 1895 y a rector en 1896.

Premios Nobel

Hacia 1900, Arrhenius se involucró en la creación de los Institutos Nobel y los Premios Nobel . Fue elegido miembro de la Real Academia Sueca de Ciencias en 1901. Durante el resto de su vida, sería miembro del Comité Nobel de Física y miembro de facto del Comité Nobel de Química. Utilizó sus cargos para conseguir premios para sus amigos ( Jacobus van 't Hoff , Wilhelm Ostwald , Theodore Richards ) e intentar negárselos a sus enemigos ( Paul Ehrlich , Walther Nernst , Dmitri Mendeleev ). [ 17 ] En 1901, Arrhenius fue elegido miembro de la Academia Sueca de Ciencias, a pesar de una fuerte oposición. En 1903 se convirtió en el primer sueco en recibir el Premio Nobel de Química . En 1905, con la fundación del Instituto Nobel de Investigación Física en Estocolmo, fue nombrado rector del instituto, cargo que ocupó hasta su jubilación en 1927.

En 1911, ganó el primer Premio Willard Gibbs. [ 18 ]

Membresías de la sociedad

Fue elegido miembro internacional de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en 1908. [ 19 ]

Fue elegido miembro honorario de la Sociedad Química de los Países Bajos en 1909. [ 20 ]

Se convirtió en miembro extranjero de la Royal Society (ForMemRS) en 1910. [ 21 ]

Fue elegido miembro internacional de la Sociedad Filosófica Americana en 1911. [ 22 ]

En 1912, fue elegido miembro honorario extranjero de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias [ 23 ].

En 1919, se convirtió en miembro extranjero de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos . [ 24 ]

Años posteriores

Tumba de la familia Arrhenius en Uppsala

Finalmente, las teorías de Arrhenius fueron aceptadas de forma generalizada y él se dedicó a otros temas científicos. En 1902, comenzó a investigar problemas fisiológicos desde la perspectiva de la teoría química. Determinó que las reacciones en los organismos vivos y en el tubo de ensayo seguían las mismas leyes.

En 1904, impartió en la Universidad de California, Berkeley , un curso de conferencias cuyo objetivo era ilustrar la aplicación de los métodos de la química física al estudio de la teoría de toxinas y antitoxinas , y que se publicaron en 1907 bajo el título Inmunoquímica . [ 25 ] [ 26 ] También centró su atención en la geología (el origen de las edades de hielo ), la astronomía , la cosmología física y la astrofísica , explicando el nacimiento del Sistema Solar por colisión interestelar. Consideró que la presión de radiación explicaba los cometas , la corona solar , la aurora boreal y la luz zodiacal .

Pensó que la vida podría haberse transportado de planeta en planeta mediante el transporte de esporas , la teoría ahora conocida como panspermia . [ 25 ] [ 27 ] Pensó en la idea de un lenguaje universal , proponiendo una modificación del idioma inglés .

Fue miembro de la junta directiva de la Sociedad Sueca para la Higiene Racial (fundada en 1909), que en aquel entonces apoyaba el mendelismo , y contribuyó al tema de los anticonceptivos alrededor de 1910. Sin embargo, hasta 1938, la información y la venta de anticonceptivos estaban prohibidas en el Reino de Suecia. Gordon Stein escribió que Svante Arrhenius era ateo. [ 28 ] [ 29 ] Otras fuentes lo presentan como luterano. [ 30 ] En sus últimos años escribió tanto libros de texto como libros de divulgación, tratando de enfatizar la necesidad de seguir trabajando en los temas que trataba. En septiembre de 1927, sufrió un ataque de catarro intestinal agudo y murió el 2 de octubre. Fue enterrado en Uppsala.

Matrimonios y familia

Se casó dos veces: primero con su antigua alumna Sofia Rudbeck (1894-1896), con quien tuvo un hijo, Olof Arrhenius , y luego con Maria Johansson (1905-1927), con quien tuvo dos hijas y un hijo.

Arrhenius fue el abuelo de la bacterióloga Agnes Wold , [ 31 ] el químico Svante Wold , [ 32 ] y el biogeoquímico oceánico Gustaf Arrhenius . [ 33 ]

Svante Thunberg , padre de la activista climática Greta Thunberg y primo ancestral de Arrhenius, lleva su nombre. [ 34 ]

Efecto invernadero

Al desarrollar una teoría para explicar las edades de hielo , Arrhenius, en 1896, fue el primero en utilizar principios básicos de la fisicoquímica para calcular estimaciones de la medida en que los aumentos en el dióxido de carbono atmosférico (CO₂ ) aumentarán la temperatura de la superficie de la Tierra a través del efecto invernadero . [ 7 ] [ 35 ] [ 36 ] Estos cálculos lo llevaron a concluir que las emisiones de CO₂ causadas por el ser humano , provenientes de la quema de combustibles fósiles y otros procesos de combustión, son lo suficientemente grandes como para causar el calentamiento global. Esta conclusión ha sido ampliamente probada, ganando un lugar en el núcleo de la ciencia climática moderna. [ 37 ] [ 38 ] Arrhenius, en este trabajo, se basó en el trabajo previo de otros científicos famosos, incluidos Joseph Fourier , John Tyndall y Claude Pouillet . Arrhenius quería determinar si los gases de efecto invernadero podían contribuir a la explicación de la variación de temperatura entre los períodos glaciales e interglaciales. [ 39 ] Arrhenius utilizó observaciones infrarrojas de la luna —realizadas por Frank Washington Very y Samuel Pierpont Langley en el Observatorio Allegheny de Pittsburgh— para calcular cuánta radiación infrarroja (calor) es capturada por el CO₂ y el vapor de agua (H₂O ) en la atmósfera terrestre. Utilizando la «ley de Stefan» (más conocida como ley de Stefan-Boltzmann ), formuló lo que denominó una «regla». En su forma original, la regla de Arrhenius se lee de la siguiente manera:

Si la cantidad de ácido carbónico aumenta en progresión geométrica, el aumento de la temperatura aumentará casi en progresión aritmética.

Aquí, Arrhenius se refiere al CO₂ como ácido carbónico (que en el uso moderno se refiere únicamente a la forma acuosa H₂CO₃ ) . La siguiente formulación de la regla de Arrhenius todavía se utiliza hoy en día: [ 40 ]

ΔF=αln⁡(do/do0){\displaystyle \Delta F=\alpha \ln(C/C_{0})}

dóndedo0{\displaystyle C_{0}}es la concentración de CO 2 al comienzo (tiempo cero) del período que se está estudiando (si se utiliza la misma unidad de concentración para ambosdo{\displaystyle C}ydo0{\displaystyle C_{0}}, entonces no importa qué unidad de concentración se utilice);do{\displaystyle C}es la concentración de CO 2 al final del período estudiado; ln es el logaritmo natural (= log base e ( log e )); yΔF{\displaystyle \Delta F}es el aumento de la temperatura, en otras palabras el cambio en la tasa de calentamiento de la superficie terrestre ( forzamiento radiativo ), que se mide en vatios por metro cuadrado . [ 40 ] Las derivaciones de los modelos de transferencia radiativa atmosférica han encontrado queα{\displaystyle \alpha }(alfa) para el CO 2 es 5,35 (± 10%) W/m 2 para la atmósfera terrestre. [ 41 ]

Arrhenius en la primera conferencia Solvay sobre química en 1922 en Bruselas.

Basándose en información de su colega Arvid Högbom , [ 42 ] Arrhenius fue el primero en predecir que las emisiones de dióxido de carbono provenientes de la quema de combustibles fósiles y otros procesos de combustión eran lo suficientemente grandes como para causar el calentamiento global. En su cálculo, Arrhenius incluyó la retroalimentación de los cambios en el vapor de agua, así como los efectos latitudinales, pero omitió las nubes, la convección del calor hacia arriba en la atmósfera y otros factores esenciales. Actualmente, su trabajo se considera menos una cuantificación precisa del calentamiento global que la primera demostración de que los aumentos en el CO₂ atmosférico causarán calentamiento global, si todo lo demás permanece constante.

Arrhenius en 1909

Los valores de absorción de CO₂ de Arrhenius y sus conclusiones fueron criticados por Knut Ångström en 1900, quien publicó el primer espectro moderno de absorción infrarroja del CO₂ con dos bandas de absorción y resultados experimentales que parecían demostrar que la absorción de radiación infrarroja por el gas en la atmósfera ya estaba "saturada", por lo que añadir más no supondría ninguna diferencia. Arrhenius respondió con contundencia en 1901 ( Annalen der Physik ), desestimando por completo la crítica. Mencionó brevemente el tema en un libro técnico titulado Lehrbuch der kosmischen Physik (1903). Más tarde escribió Världarnas utveckling (1906) (en alemán: Das Werden der Welten [1907], en inglés: Worlds in the Making [1908]), dirigido a un público general, donde sugería que la emisión humana de CO 2 sería lo suficientemente fuerte como para evitar que el mundo entrara en una nueva era glacial, y que se necesitaría una Tierra más cálida para alimentar a la población que crecía rápidamente:

"To a certain extent the temperature of the earth's surface, as we shall presently see, is conditioned by the properties of the atmosphere surrounding it, and particularly by the permeability of the latter for the rays of heat." (p. 46)
"That the atmospheric envelopes limit the heat losses from the planets had been suggested about 1800 by the great French physicist Fourier. His ideas were further developed afterwards by Pouillet and Tyndall. Their theory has been styled the hot-house theory, because they thought that the atmosphere acted after the manner of the glass panes of hot-houses." (p. 51)
"If the quantity of carbonic acid [ CO2 + H2O → H2CO3 (carbonic acid) ] in the air should sink to one-half its present percentage, the temperature would fall by about 4°; a diminution to one-quarter would reduce the temperature by 8°. On the other hand, any doubling of the percentage of carbon dioxide in the air would raise the temperature of the earth's surface by 4°; and if the carbon dioxide were increased fourfold, the temperature would rise by 8°." (p. 53)
"Although the sea, by absorbing carbonic acid, acts as a regulator of huge capacity, which takes up about five-sixths of the produced carbonic acid, we yet recognize that the slight percentage of carbonic acid in the atmosphere may by the advances of industry be changed to a noticeable degree in the course of a few centuries." (p. 54)
"Since, now, warm ages have alternated with glacial periods, even after man appeared on the earth, we have to ask ourselves: Is it probable that we shall in the coming geological ages be visited by a new ice period that will drive us from our temperate countries into the hotter climates of Africa? There does not appear to be much ground for such an apprehension. The enormous combustion of coal by our industrial establishments suffices to increase the percentage of carbon dioxide in the air to a perceptible degree." (p. 61)
"We often hear lamentations that the coal stored up in the earth is wasted by the present generation without any thought of the future, and we are terrified by the awful destruction of life and property which has followed the volcanic eruptions of our days. We may find a kind of consolation in the consideration that here, as in every other case, there is good mixed with the evil. By the influence of the increasing percentage of carbonic acid in the atmosphere, we may hope to enjoy ages with more equable and better climates, especially as regards the colder regions of the earth, ages when the earth will bring forth much more abundant crops than at present, for the benefit of rapidly propagating mankind." (p. 63)
Autochrome portrait by Auguste Léon, 1922

En este momento, la explicación consensuada aceptada es que, históricamente, el forzamiento orbital ha determinado el momento de las edades de hielo, con el CO₂ actuando como una retroalimentación amplificadora esencial . [ 43 ] [ 44 ] Sin embargo, las emisiones de CO₂ desde la revolución industrial han aumentado el CO₂ a un nivel no visto desde hace 10 a 15 millones de años, cuando la temperatura superficial promedio global era hasta 6 °C (11 °F) más cálida que ahora y casi todo el hielo se había derretido, elevando el nivel del mar mundial a unos 100 pies (30 m) más alto que el actual. [ 45 ]  

Arrhenius estimó, basándose en los niveles de CO₂ de su época, que una reducción de los niveles de 0,62 a 0,55 disminuiría las temperaturas entre 4 y 5  °C (Celsius), y que un aumento de 2,5 a 3 veces en la concentración de CO₂ provocaría un aumento de la temperatura de 8 a 9  °C en el Ártico. [ 35 ] [ 46 ] En su libro Mundos en formación, describió la teoría del «invernadero» de la atmósfera. [ 47 ]

En 1971, S. Ichtiaque Rasool y Stephen Henry Schneider determinaron que duplicar la concentración atmosférica de CO₂ aumentaría la temperatura de la Tierra en aproximadamente 0,8 °C, y un aumento de diez veces la incrementaría en 2,5 °C. Su conclusión fue que no podríamos evitar la próxima era glacial, sin importar cuánto carbón se quemara. [ 48 ] Arrhenius y Ångström tenían razón cualitativamente, pero estaban equivocados cuantitativamente.

Obras

  • 1884, Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes , tesis doctoral, Estocolmo, editorial Royal, PA Norstedt & Söner, 155 páginas.
  • 1896a, Ueber den Einfluss des Atmosphärischen Kohlensäurengehalts auf die Temperatur der Erdoberfläche , en las Actas de la Real Academia Sueca de Ciencias, Estocolmo 1896, Volumen 22, I N. 1, páginas 1–101.
  • 1896b, Sobre la influencia del ácido carbónico en el aire sobre la temperatura del suelo , Revista filosófica y revista científica de Londres, Edimburgo y Dublín (quinta serie), abril de 1896, vol. 41, páginas 237-275.
  • 1901a, Ueber die Wärmeabsortion durch Kohlensäure , Annalen der Physik, vol 4, 1901, páginas 690–705.
  • 1901b, Über Die Wärmeabsortion Durch Kohlensäure Und Ihren Einfluss Auf Die Temperatur Der Erdoberfläche . Resumen de las actas de la Real Academia de Ciencias, 58, 25–58.
  • Arrhenius, Svante. Die Verbreitung des Lebens im Weltenraum . Die Umschau, Fráncfort del Meno. M., 7, 1903, 481–486.
  • Lehrbuch der kosmischen Physik (en alemán). vol. 1. Leipzig: Hirzel. 1903.
    • Lehrbuch der kosmischen Physik (en alemán). vol. 2. Leipzig: Hirzel. 1903.
  • 1906, Die vermutliche Ursache der Klimaschwankungen , Meddelanden från K. Vetenskapsakademiens Nobelinstitut, Vol 1 No 2, páginas 1–10
  • 1908, Das Werden der Welten (Mundos en formación; la evolución del universo), Editorial Académica, Leipzig, 208 páginas.

Véase también

Referencias

Notas

  1. ↑ / ə ˈ r iː n i ə s , ə ˈ r eɪ n i ə s /ⓘ ə- REE -nee-əs, - ⁠ RAY -, [ 3 ] [ 4 ] Sueco: [ ˈsvânːtɛaˈrěːnɪɵs ]

Citas

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  47. ↑ Graham, Steve (18 de enero de 2000). "Svante Arrhenius : Teoría del invernadero" . Observatorio Terrestre de la NASA. 
  48. ↑ Rasool, S. Ichtiaque; Schneider, Stephen Henry (9 de julio de 1971). "Dióxido de carbono atmosférico y aerosoles: Efectos de grandes aumentos en el clima global". Science . 173 (3992): 131– 141. Bibcode : 1971Sci...173..138R . doi : 10.1126/science.173.3992.138 . PMID 17739641 . 

Fuentes

Lecturas adicionales

  • Snelders, HAM (1970). «Arrhenius, Svante August». Diccionario de biografía científica . Vol.  1. Nueva York: Charles Scribner's Sons. págs. 296–301 . ISBN  978-0-684-10114-9.
  • Crawford, Elisabeth T. (1996). Arrhenius: de la teoría iónica al efecto invernadero . Canton, MA: Science History Publications. ISBN 978-0-88135-166-8.
  • Coffey, Patrick (2008). Catedrales de la ciencia: Las personalidades y rivalidades que forjaron la química moderna . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-532134-0.
  • Obras de Svante Arrhenius en el Proyecto Gutenberg.
  • Svante Arrhenius (1859–1927) Archivado el 11 de noviembre de 2007 en la Wayback Machine.
  • Obs 50 (1927) 363 – Obituario (un párrafo)
  • PASP 39 (1927) 385 – Obituario (un párrafo)
  • "Sobre la influencia del ácido carbónico en el aire sobre la temperatura del suelo", Arrhenius, 1896, disponible en línea y analizado en BibNum. Archivado el 16 de agosto de 2022 en Wayback Machine [haga clic en 'à télécharger' para ver el análisis en inglés].
  • Recortes de prensa sobre Svante Arrhenius en los archivos de prensa del siglo XX de la ZBW.
  • " Entrando en el Antropoceno: La ciencia del clima a principios del siglo XX ", podcast sobre Arrhenius, Guy Callendar y Charles David Keeling , Initial Conditions, Episodio 2
  • Svante Arrhenius en Nobelprize.org, incluyendo la Conferencia Nobel, 11 de diciembre de 1903: Desarrollo de la teoría de la disociación electrolítica.
  • Homenaje a la memoria de Svante Arrhenius (1859-1927): un científico adelantado a su tiempo , publicado en 2008 por la Real Academia Sueca de Ciencias de la Ingeniería.