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Svante Arrhenius

Svante August Arrhenius ( en sueco: [ ˈsvânːtɛ aˈrěːnɪɵs] ; 19 de febrero de 1859 - 2 de octubre de 1927) fue un científico sueco . Originalmente físico , pero a menudo referido como químico , Arrhenius fue uno de los fundadores de la ciencia de la química física . Recibió el Premio Nobel de Química en 1903, convirtiéndose en el primer Premio Nobel sueco . En 1905, se convirtió en el director del Instituto Nobel, donde permaneció hasta su muerte. [5]

Arrhenius fue el primero en utilizar los principios de la química física para estimar hasta qué punto el aumento del dióxido de carbono atmosférico es responsable del aumento de la temperatura superficial de la Tierra. Su trabajo jugó un papel importante en el surgimiento de la ciencia climática moderna . [6] En la década de 1960, Charles David Keeling midió de manera confiable 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 , el cráter marciano Arrhenius , [8] la montaña de Arrheniusfjellet y los Laboratorios Arrhenius de la Universidad de Estocolmo recibieron ese nombre para conmemorar sus contribuciones a la ciencia.

Biografía

Primeros años

Arrhenius nació el 19 de febrero de 1859 en Vik (también escrito Wik o Wijk), cerca de Uppsala , Reino de Suecia , hijo de Svante Gustav y Carolina Thunberg Arrhenius, que eran luteranos. [9] Su padre había sido agrimensor en la Universidad de Uppsala , ascendiendo a un puesto de supervisión. A la edad de tres años, Arrhenius aprendió a leer por sí solo sin el estímulo de sus padres y, al ver a su padre sumar números en sus libros de contabilidad, se convirtió en un prodigio de la aritmética . En su vida posterior, Arrhenius fue un profundo apasionado por los conceptos matemáticos, el análisis de datos y el descubrimiento de sus relaciones y leyes. [ cita requerida ]

A los ocho años ingresó en la escuela catedralicia local , comenzando el quinto grado, distinguiéndose en física y matemáticas , y graduándose como el estudiante más joven y capaz en 1876. [ cita requerida ]

Disociación iónica

En la Universidad de Uppsala, no estaba satisfecho con el instructor principal de física y el único miembro de la facultad que podría haberlo supervisado en química, Per Teodor Cleve , por lo que se fue a estudiar al Instituto de Física de la Academia Sueca de Ciencias en Estocolmo con el físico Erik Edlund en 1881. [10]

Su trabajo se centró en las conductividades de los electrolitos . En 1884, basándose en este trabajo, presentó una disertación de 150 páginas sobre conductividad electrolítica en Uppsala para el doctorado . No impresionó a los profesores, entre los que se encontraba Cleve, y recibió un título de cuarta clase, pero tras su defensa fue reclasificado como de tercera clase. Más tarde, las ampliaciones de este mismo trabajo le valieron el Premio Nobel de Química de 1903. [ 11]

Arrhenius expuso 56 tesis en su disertación de 1884, la mayoría de las cuales todavía serían aceptadas hoy 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 cuando se disuelven, por lo que ganaría el Premio Nobel de Química de 1903. La explicación de Arrhenius fue que al formar una solución , la sal se disocia en partículas cargadas a las que Michael Faraday había dado el nombre de iones muchos años antes. La creencia de Faraday había sido que los iones se producían en el proceso de electrólisis , es decir, era necesaria una fuente de electricidad de corriente continua externa para formar iones. Arrhenius propuso que, incluso en ausencia de una corriente eléctrica, las soluciones acuosas de sales contenían iones. Por lo tanto, propuso que las reacciones químicas en solución eran reacciones entre iones. [12] [13] [14]

La disertación no impresionó a los profesores de Uppsala, pero Arrhenius la envió a varios científicos en Europa que estaban desarrollando la nueva ciencia de la química física , como Rudolf Clausius , Wilhelm Ostwald y Jacobus Henricus van 't Hoff . Quedaron mucho más impresionados, y Ostwald incluso fue a Uppsala para persuadir a Arrhenius de unirse a su equipo de investigación en Riga. Arrhenius, sin embargo, declinó la oferta, ya que prefería quedarse en Suecia-Noruega por un tiempo (su padre estaba muy enfermo y moriría en 1885) y había recibido un nombramiento en Uppsala. [12] [13] [14]

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

Periodo 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 (ahora en Letonia ), con Friedrich Kohlrausch en Würzburg , Alemania , con Ludwig Boltzmann en Graz, Austria , y con Jacobus Henricus van 't Hoff en Ámsterdam .

En 1889, Arrhenius explicó el hecho de 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 a la que se produce una reacción.

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

Premios Nobel

Alrededor de 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 organizar premios para sus amigos ( Jacobus van 't Hoff , Wilhelm Ostwald , Theodore Richards ) y para intentar negárselos a sus enemigos ( Paul Ehrlich , Walther Nernst , Dmitri Mendeleev ). [15] En 1901, Arrhenius fue elegido miembro de la Academia Sueca de Ciencias, en contra de una fuerte oposición. En 1903 se convirtió en el primer sueco en recibir el Premio Nobel de Química . En 1905, tras la fundación del Instituto Nobel de Investigaciones Físicas en Estocolmo, fue nombrado rector del instituto, cargo que ocupó hasta su jubilación en 1927.

En 1911, ganó el primer premio Willard Gibbs. [16]

Membresías de la sociedad

Fue elegido miembro internacional de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en 1908. [17]

Fue elegido miembro honorario de la Sociedad Química de los Países Bajos en 1909. [18]

Se convirtió en miembro extranjero de la Royal Society (ForMemRS) en 1910. [19]

Fue elegido miembro internacional de la Sociedad Filosófica Americana en 1911. [20]

En 1912, fue elegido miembro honorario extranjero de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias [21].

En 1919 se convirtió en miembro extranjero de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos . [22]

Años posteriores

Tumba de la familia Arrhenius en Uppsala

Con el tiempo, las teorías de Arrhenius fueron aceptadas por todos y él se dedicó a otros temas científicos. En 1902, comenzó a investigar problemas fisiológicos en términos de teoría química. Determinó que las reacciones en los organismos vivos y en el tubo de ensayo seguían las mismas leyes.

En 1904, dictó en la Universidad de California un curso de conferencias cuyo objeto 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 . [23] [24] También dirigió su atención a la geología (el origen de las eras de hielo ), la astronomía , la cosmología física y la astrofísica , explicando el nacimiento del Sistema Solar por colisión interestelar. Consideró la presión de radiación como responsable de los cometas , la corona solar , la aurora boreal y la luz zodiacal .

Pensó que la vida podría haber sido transportada de un planeta a otro mediante el transporte de esporas , teoría ahora conocida como panspermia . [23] [25] Pensó en la idea de un lenguaje universal , proponiendo una modificación del idioma inglés .

Fue miembro de la junta directiva de la Sociedad Sueca de Higiene Racial (fundada en 1909), que en ese momento apoyaba el mendelismo , y contribuyó al tema de los anticonceptivos alrededor de 1910. Sin embargo, hasta 1938 la información y la venta de anticonceptivos estuvo prohibida en el Reino de Suecia. Gordon Stein escribió que Svante Arrhenius era ateo. [26] [27] 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 discutía. 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  [sv; fr] , y luego con Maria Johansson (1905-1927), con quien tuvo dos hijas y un hijo.

Arrhenius fue el abuelo del bacteriólogo Agnes Wold , [28] del químico Svante Wold , [29] y del biogeoquímico oceánico Gustaf Arrhenius  [sv; fr; ru; zh] . [30]

Efecto invernadero

Este artículo de 1902 atribuye a Arrhenius una teoría según la cual la combustión de carbón podría causar un grado de calentamiento global que eventualmente llevaría a la extinción humana. [31]

Al desarrollar una teoría para explicar las edades de hielo , Arrhenius, en 1896, fue el primero en usar principios básicos de química física para calcular estimaciones de la medida en que los aumentos en el dióxido de carbono atmosférico (CO 2 ) aumentarán la temperatura de la superficie de la Tierra a través del efecto invernadero . [7] [32] [33] Estos cálculos lo llevaron a concluir que las emisiones de CO 2 causadas por los humanos , por 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 centro de la ciencia climática moderna. [34] [35] 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 podrían contribuir a la explicación de la variación de temperatura entre los períodos glaciales e interglaciales. [36] Arrhenius utilizó observaciones infrarrojas de la Luna (realizadas por Frank Washington Very y Samuel Pierpont Langley en el Observatorio Allegheny de Pittsburgh ) para calcular qué cantidad de 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 la ley de Stefan-Boltzmann ), formuló lo que denominó una «regla». En su forma original, la regla de Arrhenius dice lo siguiente:

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

En este caso, 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 en la actualidad: [37]

donde es la concentración de CO 2 al principio (tiempo cero) del periodo en estudio (si se utiliza la misma unidad de concentración para ambos y , entonces no importa qué unidad de concentración se utilice); es la concentración de CO 2 al final del periodo en estudio; ln es el logaritmo natural (= log base e ( log e )); y es el aumento de la temperatura, en otras palabras el cambio en la tasa de calentamiento de la superficie de la Tierra ( forzamiento radiativo ), que se mide en vatios por metro cuadrado . [37] Las derivaciones de los modelos de transferencia radiativa atmosférica han encontrado que (alfa) para el CO 2 es 5,35 (± 10%) W/m 2 para la atmósfera de la Tierra. [38]

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

Basándose en la información de su colega Arvid Högbom , [39] Arrhenius fue la primera persona en predecir que las emisiones de dióxido de carbono procedentes 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 de calor hacia arriba en la atmósfera y otros factores esenciales. Su trabajo se considera actualmente menos como una cuantificación precisa del calentamiento global que como la primera demostración de que los aumentos del CO 2 atmosférico causarán el calentamiento global, en igualdad de condiciones.

Arrhenius en 1909

Los valores de absorción de Arrhenius para el CO2 y sus conclusiones fueron criticados por Knut Ångström en 1900, quien publicó el primer espectro de absorción infrarrojo moderno del CO2 con dos bandas de absorción y publicó resultados experimentales que parecían mostrar que la absorción de la radiación infrarroja por el gas en la atmósfera ya estaba "saturada", por lo que agregar más no podría hacer ninguna diferencia. Arrhenius respondió enérgicamente en 1901 ( Annalen der Physik ), desestimando la crítica por completo. Abordó el tema brevemente en un libro técnico titulado Lehrbuch der kosmischen Physik (1903). Más tarde escribió Världarnas utveckling (1906) (en alemán: Das Werden der Welten [1907], en español: Mundos en construcción [1908]) dirigido a un público general, donde sugirió 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 una población en rápido aumento:

"Hasta cierto punto la temperatura de la superficie de la Tierra, como veremos a continuación, está condicionada por las propiedades de la atmósfera que la rodea, y particularmente por la permeabilidad de esta última a los rayos de calor." (p. 46)
"El gran físico francés Fourier había sugerido hacia 1800 que las envolturas atmosféricas limitan las pérdidas de calor de los planetas. Sus ideas fueron desarrolladas posteriormente por Pouillet y Tyndall. Su teoría ha sido llamada la teoría del invernadero, porque pensaban que la atmósfera actuaba a la manera de los paneles de vidrio de los invernaderos." (p. 51)
"Si la cantidad de ácido carbónico [CO2 + H2O → H2CO3 ( ácido carbónico ) ] en el aire disminuyera a la mitad de su porcentaje actual, la temperatura disminuiría unos 4°; una disminución a la cuarta parte reduciría la temperatura en 8 °. Por otra parte, cualquier duplicación del porcentaje de dióxido de carbono en el aire elevaría la temperatura de la superficie terrestre en 4°; y si el dióxido de carbono se cuadruplicara, la temperatura aumentaría en 8°." (p. 53)
"Aunque el mar, al absorber el ácido carbónico, actúa como un regulador de enorme capacidad, que absorbe aproximadamente cinco sextas partes del ácido carbónico producido, reconocemos que el pequeño porcentaje de ácido carbónico en la atmósfera puede, gracias a los avances de la industria, modificarse en un grado notable en el curso de unos pocos siglos." (p. 54)
"Puesto que, ya desde que el hombre apareció sobre la Tierra, se han ido alternando épocas cálidas con épocas glaciales, debemos preguntarnos: ¿es probable que en las próximas eras geológicas nos visite un nuevo período glacial que nos lleve desde nuestros países templados a los climas más cálidos de África? No parece haber muchos motivos para tal temor. La enorme combustión de carbón por parte de nuestras instalaciones industriales basta para aumentar el porcentaje de dióxido de carbono en el aire en un grado perceptible." (p. 61)
"Con frecuencia oímos lamentaciones de que la generación actual desperdicia el carbón almacenado en la tierra sin pensar en el futuro, y nos aterroriza la terrible destrucción de vidas y propiedades que ha seguido a las erupciones volcánicas de nuestros días. Podemos encontrar una especie de consuelo en la consideración de que aquí, como en cualquier otro caso, hay bien mezclado con mal. Por la influencia del creciente porcentaje de ácido carbónico en la atmósfera, podemos esperar disfrutar de épocas con climas más uniformes y mejores, especialmente en lo que respecta a las regiones más frías de la tierra, épocas en las que la tierra producirá cosechas mucho más abundantes que en la actualidad, en beneficio de la rápida propagación de la humanidad". (p. 63)
Retrato autocromo de Auguste Léon , 1922

En este momento, la explicación de consenso aceptada es que, históricamente, el forzamiento orbital ha determinado el momento de las eras de hielo, con el CO2 actuando como una retroalimentación amplificadora esencial . [40] [41] Sin embargo, las liberaciones de CO2 desde la revolución industrial han aumentado el CO2 a un nivel no encontrado 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 los niveles del mar mundiales a aproximadamente 100 pies (30 m) más altos que los de hoy. [42]

Arrhenius estimó, basándose en los niveles de CO2 de su época, que una reducción de los niveles en 0,62–0,55 haría disminuir las temperaturas en 4–5 °C (Celsius) y un aumento de 2,5 a 3 veces el CO2 causaría un aumento de temperatura de 8–9 °C en el Ártico. [32] [43] En su libro Worlds in the Making describió la teoría del "invernadero" de la atmósfera. [44]

Obras

Véase también

Referencias

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Fuentes

Lectura adicional

Enlaces externos

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