Francis William Aston FRS [2] (1 de septiembre de 1877 - 20 de noviembre de 1945) fue un químico y físico británico que ganó el Premio Nobel de Química en 1922 por su descubrimiento, mediante su espectrógrafo de masas , de isótopos en muchos elementos no radiactivos y por su enunciación de la regla de los números enteros . [3] [4] Fue miembro de la Royal Society [2] y miembro del Trinity College, Cambridge . [5]
Francis Aston nació en Harborne , ahora parte de Birmingham, el 1 de septiembre de 1877. [6] [7] Fue el tercer hijo y segundo varón de William Aston y Fanny Charlotte Hollis. Fue educado en la Harborne Vicarage School y más tarde en el Malvern College en Worcestershire, donde fue alumno interno. En 1893, Francis William Aston comenzó sus estudios universitarios en el Mason College (que entonces era un colegio externo de la Universidad de Londres), donde recibió clases de física de John Henry Poynting y de química de Frankland y Tilden . A partir de 1896 realizó investigaciones adicionales sobre química orgánica en un laboratorio privado en la casa de su padre. En 1898 comenzó como estudiante de Frankland financiado por una beca Forster; su trabajo se centró en las propiedades ópticas de los compuestos de ácido tartárico . Comenzó a trabajar en la química de la fermentación en la escuela de elaboración de cerveza de Birmingham y fue empleado de W. Butler & Co. Brewery en 1900. Este período de empleo terminó en 1903 cuando regresó a la Universidad de Birmingham bajo la dirección de Poynting como asociado.
Con una beca de la Universidad de Birmingham , se dedicó a la investigación en física tras el descubrimiento de los rayos X y la radiactividad a mediados de la década de 1890. Aston estudió la corriente a través de un tubo lleno de gas . La investigación, realizada con tubos de descarga de fabricación propia, lo llevó a investigar el volumen del espacio oscuro de Aston . [8] [9] [10]
Tras la muerte de su padre y un viaje alrededor del mundo en 1908, fue nombrado profesor en la Universidad de Birmingham en 1909, pero se trasladó al Laboratorio Cavendish en Cambridge por invitación de JJ Thomson en 1910. [ cita requerida ]
La Universidad de Birmingham le otorgó una licenciatura en Ciencias Aplicadas/Pura en 1910 [ cita requerida ] y un DSc en Ciencias Aplicadas/Pura en 1914. [11]
Joseph John Thomson reveló la naturaleza del rayo catódico y luego descubrió el electrón, y ahora estaba investigando sobre los rayos de canal con carga positiva descubiertos por Eugen Goldstein en 1886. El método de desviar partículas en los rayos de canal mediante campos magnéticos fue descubierto por Wilhelm Wien en 1908; la combinación de campos magnéticos y eléctricos permitió la separación de diferentes iones por su relación de carga y masa. Los iones de una relación particular de carga/masa dejarían un rastro parabólico característico en una placa fotográfica, demostrando por primera vez que los átomos de un mismo elemento podían tener diferentes masas. El primer espectrómetro de masas de campo sectorial fue el resultado de estos experimentos. [12]
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Fueron las especulaciones sobre la isotopía las que dieron origen directo a la construcción de un espectrómetro de masas capaz de separar los isótopos de los elementos químicos. Aston trabajó inicialmente en la identificación de isótopos en el elemento neón y más tarde en el cloro y el mercurio.
En 1912, Aston descubrió que el neón se divide en dos partes, que corresponden aproximadamente a las masas atómicas 20 y 22. Llamó a la masa 22 "meta-neón", un nombre que tomó de la Química Oculta . [13]
La Primera Guerra Mundial estancó y retrasó su investigación sobre la obtención de pruebas experimentales de la existencia de isótopos mediante espectroscopia de masas y, durante la guerra, Aston trabajó en el Royal Aircraft Establishment en Farnborough como asistente técnico en el área de recubrimientos aeronáuticos. [ cita requerida ]
Después de la guerra, volvió a investigar en el Laboratorio Cavendish de Cambridge y terminó de construir su primer espectrógrafo de masas , sobre el que presentó su informe en 1919. [14] Las mejoras posteriores en el instrumento llevaron al desarrollo de un segundo y un tercer instrumento con un poder de resolución de masas y una precisión de masas mejorados. Estos instrumentos que empleaban enfoque electromagnético le permitieron identificar 212 isótopos naturales. En 1921, Aston se convirtió en miembro del Comité Internacional de Pesos Atómicos [15] y miembro de la Royal Society [2] y recibió el Premio Nobel de Química al año siguiente. [16]
Su trabajo sobre los isótopos también condujo a su formulación de la regla de los números enteros que establece que "la masa del isótopo de oxígeno se define como 16, y todos los demás isótopos tienen masas que son casi números enteros", una regla que se utilizó ampliamente en el desarrollo de la energía nuclear . Se midió la masa exacta de muchos isótopos, lo que llevó al resultado de que el hidrógeno tiene una masa un 1% mayor que la esperada por la masa promedio de los otros elementos. Aston especuló sobre la energía subatómica y su uso en 1936.
Isótopos [17] y Espectros de masas e isótopos [18] son sus libros más conocidos.
En su vida privada, era un deportista, practicando esquí de fondo y patinaje en invierno, durante sus visitas regulares a Suiza y Noruega ; privado de estos deportes de invierno durante la Primera Guerra Mundial, comenzó a escalar. Entre los 20 y los 25 años pasó gran parte de su tiempo libre en bicicleta. Con la invención de los vehículos motorizados construyó un motor de combustión propio en 1902 y participó en la carrera de autos Gordon Bennett en Irlanda en 1903. No contento con estos deportes, también se dedicó a la natación, al golf, especialmente con Rutherford y otros colegas en Cambridge, [19] al tenis, ganando algunos premios en torneos abiertos en Inglaterra, Gales e Irlanda y aprendiendo surf en Honolulu en 1909. Procedente de una familia de músicos, era capaz de tocar el piano, el violín y el violonchelo a un nivel tal que tocaba regularmente en conciertos en Cambridge. Visitó muchos lugares alrededor del mundo en extensas giras de viajes a partir de 1908 con un viaje a Australia y Nueva Zelanda que visitó nuevamente en 1938-1939. [2] [20]
Aston era un fotógrafo experto y estaba interesado en la astronomía . Participó en varias expediciones para estudiar los eclipses solares en Benkoeben en 1925, Sumatra en 1932, Magog en Canadá el 31 de agosto de 1932 y Kamishari Hokkaido, Japón el 19 de junio de 1936. También planeó participar en expediciones a Sudáfrica en 1940 y Brasil en 1945 más adelante en su vida. Nunca se casó.
Aston murió en Cambridge el 20 de noviembre de 1945 a la edad de 68 años. [5]
El cráter lunar Aston recibió su nombre en su honor.
La Sociedad Británica de Espectrometría de Masas otorga la Medalla Aston en su honor.
El Premio Nobel de Química 1922 fue otorgado a Francis William Aston "por su descubrimiento, mediante su espectrógrafo de masas, de isótopos, en un gran número de elementos no radiactivos, y por su enunciación de la regla de los números enteros"