Frank Harold Spedding (22 de octubre de 1902 – 15 de diciembre de 1984) fue un químico canadiense-estadounidense . Fue un reconocido experto en tierras raras y en la extracción de metales de los minerales. El proceso de extracción de uranio ayudó a que el Proyecto Manhattan pudiera construir las primeras bombas atómicas .
Licenciado por la Universidad de Michigan y la Universidad de California en Berkeley , Spedding se convirtió en profesor adjunto y jefe del departamento de química física en el Iowa State College en 1937. Sus esfuerzos por desarrollar la escuela tuvieron tanto éxito que pasaría el resto de su carrera allí, convirtiéndose en profesor de química en 1941, profesor de física en 1950, profesor de metalurgia en 1962 y, finalmente, profesor emérito en 1973. Fue cofundador, junto con el Dr. Harley Wilhelm, del Instituto de Investigación Atómica y del Laboratorio Ames de la Comisión de Energía Atómica , y dirigió el Laboratorio Ames desde su fundación en 1947 hasta 1968.
Spedding desarrolló un método de intercambio iónico para separar y purificar tierras raras utilizando resinas de intercambio iónico y, posteriormente, utilizó el intercambio iónico para separar isótopos de elementos individuales, incluidos cientos de gramos de nitrógeno-15 casi puro . Publicó más de 250 artículos revisados por pares y tuvo 22 patentes en su propio nombre y en conjunto con otros. Unos 88 estudiantes recibieron su título de doctorado bajo su supervisión.
Spedding nació el 22 de octubre de 1902 en Hamilton, Ontario , Canadá, hijo de Howard Leslie Spedding y Mary Ann Elizabeth (Marshall) Spedding. Poco después de su nacimiento, la familia se mudó a Michigan y luego a Chicago. [1] Se convirtió en ciudadano estadounidense naturalizado a través de su padre. [2] La familia se mudó a Ann Arbor, Michigan , donde su padre trabajaba como fotógrafo, en 1918. Ingresó en la Universidad de Michigan en 1920, recibiendo una licenciatura en Ciencias (BS) en ingeniería química en 1925 y una maestría en Ciencias (MS) en química analítica al año siguiente. [1]
Como estudiante, Spedding se opuso a la explicación predominante de Friedrich August Kekulé sobre cómo se mantienen unidos los seis átomos de carbono del benceno y propuso una explicación alternativa. Su profesor, Moses Gomberg , reconoció que esta era la misma que el modelo (incorrecto) propuesto por Albert Ladenburg en 1869. Por sugerencia de Gomberg, Spedding solicitó ingresar en la Universidad de California, Berkeley , para estudiar su doctorado con Gilbert N. Lewis . Gomberg escribió una recomendación para que Spedding no solo fuera aceptado, sino que también le concedieran una beca de docencia. [3] Bajo la supervisión de Lewis, Spedding obtuvo su doctorado en Filosofía (Ph.D.) en 1929, [4] escribiendo su tesis sobre "Espectros de absorción de líneas en sólidos a bajas temperaturas en las regiones visible y ultravioleta del espectro". [1] Se publicó ese año en la Physical Review . [5]
La graduación de Spedding coincidió con el inicio de la Gran Depresión y empezó a ser difícil encontrar trabajo. Spedding recibió una beca nacional de investigación de 1930 a 1932, lo que le permitió quedarse en Berkeley y continuar su investigación sobre los espectros de los sólidos. [3] Mientras hacía senderismo en el norte de California, conoció a Ethel Annie MacFarlane, que compartía su pasión por el camping, el senderismo y el montañismo. Nacida en Winnipeg, Manitoba, se graduó en la Universidad de Saskatchewan y en la Universidad de Toronto , donde había obtenido una maestría en historia. Cuando se conocieron, ella enseñaba en la Victoria High School en Victoria, Columbia Británica . Se casaron el 21 de junio de 1931. Tuvieron una hija, Elizabeth, que nació en 1939. [6] [7] [8] [9]
De 1932 a 1934, Spedding trabajó para Lewis como profesor de química. En esa época, se interesó por la química de las tierras raras . [10] [3] Eran caras y difíciles de encontrar, y generalmente estaban disponibles solo en cantidades mínimas. En 1933 ganó el premio Irving Langmuir al químico joven más destacado. El premio incluía un premio en efectivo de 1000 dólares. Pidió dinero prestado para viajar a Chicago a recogerlo. Mientras estaba allí, se le acercó un hombre que le ofrecía varias libras de europio y samario . Su benefactor fue Herbert Newby McCoy , un profesor de química jubilado de la Universidad de Chicago , que había obtenido un suministro de estos elementos de la Lindsay Light and Chemical Company, donde eran un subproducto de la producción de torio . Unas semanas más tarde, Spedding recibió un paquete por correo que contenía frascos de los metales. [11]
En 1934, Spedding recibió una beca Guggenheim , [12] lo que le permitió estudiar en Europa. Para ahorrar dinero, Spedding y su esposa viajaron a Europa dirigiéndose hacia el oeste a través del Pacífico. Su intención era estudiar en Alemania con James Franck y Francis Simon , pero huyeron de Alemania después de que Adolf Hitler llegara al poder en marzo de 1933. En cambio, fue al Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge en Inglaterra, donde fue recibido por Ralph H. Fowler . Spedding trabajó con John Lennard-Jones y asistió a conferencias impartidas por Max Born . Visitó a Niels Bohr en Copenhague y dio una conferencia en Leningrado . [13]
Cuando Spedding regresó a los Estados Unidos en 1935, el país todavía estaba en las garras de la Gran Depresión y el mercado laboral no había mejorado. Fue profesor asistente George Fisher Baker en la Universidad de Cornell de 1935 a 1937. Era otro puesto temporal, pero le permitió trabajar con Hans Bethe . [14] [15] En un momento dado, se dirigió a la Universidad Estatal de Ohio con la esperanza de encontrar un puesto de titular. El puesto ya estaba cubierto, pero el profesor de química allí, WL Evans, sabía que Winfred F. (Buck) Coover en el Iowa State College en Ames, Iowa , tenía un puesto. "Normalmente no habría elegido el lugar", recordó Spedding más tarde, "pero estaba desesperado. Pensé: puedo ir allí y desarrollar la química física y cuando realmente haya puestos vacantes, puedo ir a otra escuela". [15]
Spedding asumió el cargo de profesor asistente y jefe del departamento de química física en el Iowa State College en 1937. Sus esfuerzos por desarrollar la escuela tuvieron tanto éxito que pasaría el resto de su carrera allí, convirtiéndose en profesor de química en 1941, profesor de física en 1950, profesor de metalurgia en 1962 y, finalmente, profesor emérito en 1973. [4]
En febrero de 1942, Estados Unidos había entrado en la Segunda Guerra Mundial y el Proyecto Manhattan estaba tomando forma. En la Universidad de Chicago, Arthur H. Compton estableció su Laboratorio Metalúrgico . Su misión era construir reactores nucleares para crear plutonio que se usaría en bombas atómicas . [16] Para obtener asesoramiento sobre el montaje de la División de Química del laboratorio, Compton, un físico, recurrió a Herbert McCoy, [17] que tenía una experiencia considerable con isótopos y elementos radiactivos. McCoy recomendó a Spedding como experto en los elementos de tierras raras, que eran químicamente similares a la serie de actínidos que incluía el uranio y el plutonio. [18] Compton le pidió a Spedding que se convirtiera en el jefe de la División de Química del Laboratorio Metalúrgico. [19]
Debido a la falta de espacio en la Universidad de Chicago, Spedding propuso organizar parte de la División de Química en el Iowa State College en Ames, donde tenía colegas que estaban dispuestos a ayudar. Se acordó que Spedding pasaría la mitad de cada semana en Ames y la otra mitad en Chicago. [20] El primer problema en la agenda era encontrar uranio para el reactor nuclear que Enrico Fermi se proponía construir. El único metal de uranio disponible comercialmente era producido por la Westinghouse Electric and Manufacturing Company , utilizando un proceso fotoquímico que producía lingotes del tamaño de una moneda de veinticinco centavos que se vendían a unos 20 dólares el gramo. Edward Creutz , el jefe del grupo responsable de la fabricación del uranio, quería una esfera de metal del tamaño de una naranja para sus experimentos. Con el proceso de Westinghouse, habría costado 200.000 dólares y habría tardado un año en producirse. [21]
El otro gran problema era la pureza del uranio. Las impurezas podían actuar como venenos de neutrones e impedir que un reactor nuclear funcionara, pero el óxido de uranio que Fermi quería para su reactor experimental contenía cantidades inaceptablemente grandes de impurezas. Como resultado, las referencias publicadas antes de 1942 normalmente indicaban su punto de fusión en torno a los 1.800 °C (3.270 °F), cuando el uranio metálico puro en realidad se funde a 1.132 °C (2.070 °F). [22] La forma más eficaz de purificar el óxido de uranio en el laboratorio era aprovechar el hecho de que el nitrato de uranio es soluble en éter . Ampliar este proceso para la producción industrial era una propuesta peligrosa; el éter era explosivo y una fábrica que utilizara grandes cantidades probablemente explotara o se incendiara. Compton y Spedding recurrieron a Mallinckrodt en Saint Louis, Missouri , que tenía experiencia con el éter. Spedding repasó los detalles con los ingenieros químicos de Mallinckrodt, Henry V. Farr y John R. Ruhoff, el 17 de abril de 1942. En pocos meses, se produjeron sesenta toneladas de óxido de uranio de alta pureza. [23] [24]
Spedding reclutó a dos profesores de química de Ames para su grupo allí, Harley Wilhelm e IB Johns. Spedding y Wilhelm comenzaron a buscar formas de crear el metal uranio. En ese momento, se producía en forma de polvo y era altamente pirofórico . Se podía prensar, sinterizar y almacenar en latas, pero para ser útil, necesitaba fundirse y moldearse. El equipo de Ames descubrió que el uranio fundido se podía moldear en un recipiente de grafito . Aunque se sabía que el grafito reaccionaba con el uranio, esto se podía controlar porque el carburo se formaba solo donde los dos entraban en contacto. [25]
Para producir uranio metálico, intentaron reducir el óxido de uranio con hidrógeno, pero no funcionó. Entonces investigaron un proceso (ahora conocido como el proceso Ames ) desarrollado originalmente por JC Goggins y otros en la Universidad de New Hampshire en 1926. Este implicaba mezclar tetracloruro de uranio y calcio metálico en un recipiente de presión de acero revestido de óxido de calcio (conocido como "bomba") y calentarlo. Pudieron reproducir los resultados de Goggin en agosto de 1942 y, para septiembre, el Proyecto Ames había producido un lingote de 4,980 kilogramos (10,98 libras). [25] [26] [27] A partir de julio de 1943, Mallinckrodt, Union Carbide y DuPont comenzaron a producir uranio mediante el proceso Ames, y Ames abandonó gradualmente su propia producción a principios de 1945. Como resultado, el Laboratorio Ames nunca se mudó a Chicago, pero Spedding estuvo presente en la Universidad de Chicago el 2 de diciembre de 1942, para presenciar la primera reacción nuclear en cadena controlada en el Chicago Pile-1 de Fermi . [28]
Durante la guerra, el laboratorio celebró sesiones informativas periódicas conocidas como "Speddinars". Además de su trabajo con uranio, el Laboratorio Ames produjo 437 libras (198 kg) de cerio extremadamente puro para los crisoles de sulfuro de cerio utilizados por los metalúrgicos del plutonio. Los temores de que los suministros mundiales de uranio fueran limitados llevaron a realizar experimentos con torio, que podía irradiarse para producir uranio-233 fisible . Se desarrolló un proceso de reducción de calcio para el torio, y se produjeron unas 4.500 libras (2.000 kg). [29]
Después de la Segunda Guerra Mundial, Spedding fundó el Instituto de Investigación Atómica y el Laboratorio Ames de la Comisión de Energía Atómica . Dirigió el Laboratorio Ames desde su fundación en 1947 hasta 1968. [4] Inicialmente se estableció en los terrenos del Iowa State College. Se construyeron edificios permanentes que se inauguraron en 1948 y 1950, y posteriormente se denominaron Wilhelm Hall y Spedding Hall. [30] Spedding fue "universalmente reconocido como uno de los principales expertos del mundo en la identificación y separación de tierras raras". [4] Desarrolló un método de intercambio iónico para separar y purificar elementos de tierras raras utilizando resinas de intercambio iónico . [31] [32] Más tarde utilizó el intercambio iónico para separar isótopos de elementos individuales, incluidos cientos de gramos de nitrógeno-15 casi puro . [33]
Durante su carrera, Spedding publicó más de 260 artículos revisados por pares, [4] y tuvo 22 patentes en su propio nombre y en conjunto con otros. Unos 88 estudiantes recibieron su título de doctorado bajo su supervisión. [34] Después de su jubilación en 1972, fue autor de 60 libros. [6] Recibió el Premio William H. Nichols de la Sociedad Química Estadounidense en 1952, la Medalla de Oro James Douglas del Instituto Estadounidense de Ingenieros Mineros, Metalúrgicos y Petroleros en 1961 y la Medalla Francis J. Clamer del Instituto Franklin en 1969. [34] Fue nominado varias veces al Premio Nobel de Química, pero nunca lo ganó. [8] Un premio llamado Premio Frank H. Spedding se presenta en la Conferencia Anual de Investigación de Tierras Raras. [35]
Spedding sufrió un derrame cerebral en noviembre de 1984 y fue hospitalizado, pero luego enviado a casa. Murió repentinamente el 15 de diciembre de 1984, [6] [8] y fue enterrado en el cementerio de la Universidad Estatal de Iowa. [36] Le sobrevivieron su esposa, su hija y tres nietos. [8] Sus documentos se encuentran en el Departamento de Colecciones Especiales de la Universidad Estatal de Iowa. [4]
