Harold Clayton Urey ForMemRS ( / ˈ j ʊər i / YOOR -ee ; 29 de abril de 1893 - 5 de enero de 1981) fue un físico-químico estadounidense cuyo trabajo pionero sobre isótopos le valió el Premio Nobel de Química en 1934 por el descubrimiento del deuterio . Desempeñó un papel importante en el desarrollo de la bomba atómica , además de contribuir a las teorías sobre el desarrollo de la vida orgánica a partir de materia no viva . [1]
Nacido en Walkerton, Indiana , Urey estudió termodinámica con Gilbert N. Lewis en la Universidad de California, Berkeley . Después de recibir su doctorado en 1923, la Fundación Estadounidense-Escandinava le concedió una beca para estudiar en el Instituto Niels Bohr de Copenhague . Fue investigador asociado en la Universidad Johns Hopkins antes de convertirse en profesor asociado de química en la Universidad de Columbia . En 1931 comenzó a trabajar en la separación de isótopos que dio como resultado el descubrimiento del deuterio.
Durante la Segunda Guerra Mundial, Urey dedicó sus conocimientos sobre la separación de isótopos al problema del enriquecimiento de uranio . Dirigió el grupo ubicado en la Universidad de Columbia que desarrolló la separación de isótopos mediante difusión gaseosa . El método se desarrolló con éxito y se convirtió en el único método utilizado a principios del período de posguerra. Después de la guerra, Urey se convirtió en profesor de química en el Instituto de Estudios Nucleares y más tarde en profesor Ryerson de química en la Universidad de Chicago .
Urey especuló que la atmósfera terrestre primitiva estaba compuesta de amoníaco , metano e hidrógeno. Uno de sus estudiantes de posgrado en Chicago fue Stanley L. Miller , quien demostró en el experimento Miller-Urey que, si dicha mezcla se exponía a chispas eléctricas y agua, podía interactuar para producir aminoácidos , comúnmente considerados los componentes básicos de la vida. El trabajo con isótopos de oxígeno lo llevó a ser pionero en el nuevo campo de la investigación paleoclimática . En 1958, aceptó un puesto como profesor titular en la nueva Universidad de California, San Diego (UCSD), donde ayudó a crear la facultad de ciencias. Fue uno de los miembros fundadores de la escuela de química de la UCSD, que se creó en 1960. Se interesó cada vez más en la ciencia espacial, y cuando el Apolo 11 devolvió muestras de rocas lunares de la Luna, Urey las examinó en el Laboratorio de Recepción Lunar . El astronauta lunar Harrison Schmitt dijo que Urey se le acercó como voluntario para una misión unidireccional a la Luna y le dijo: "Iré y no me importa si no vuelvo". [2]
Harold Clayton Urey nació el 29 de abril de 1893 en Walkerton, Indiana , hijo de Samuel Clayton Urey, [3] [4] maestro de escuela y ministro de la Iglesia de los Hermanos , [5] y su esposa, Cora. Rebecca, de soltera Reinoehl. [6] De ascendencia mayoritariamente alemana, el apellido tenía orígenes ingleses. [7] Tenía un hermano menor, Clarence, y una hermana menor, Martha. La familia se mudó a Glendora, California , después de que Samuel enfermara gravemente de tuberculosis , con la esperanza de que el clima mejorara su salud. Cuando quedó claro que moriría, la familia regresó a Indiana para vivir con la madre viuda de Cora. Samuel murió cuando Harold tenía seis años. [8] [4]
Urey fue educado en una escuela primaria Amish , de la cual se graduó a la edad de 14 años. Luego asistió a la escuela secundaria en Kendallville, Indiana . [6] Después de graduarse en 1911, obtuvo un certificado de maestro de Earlham College , [9] y enseñó en una pequeña escuela en Indiana. Más tarde se mudó a Montana, donde vivía entonces su madre, y continuó enseñando allí. [5]
Urey ingresó a la Universidad de Montana en Missoula en el otoño de 1914. [10] A diferencia de las universidades orientales de la época, la Universidad de Montana era mixta tanto para estudiantes como para profesores. [4] Urey obtuvo una licenciatura en zoología allí en 1917. [11]
Como resultado de la entrada de Estados Unidos en la Primera Guerra Mundial ese mismo año, hubo una fuerte presión para apoyar el esfuerzo bélico. Urey se había criado en una secta religiosa que se oponía a la guerra. Uno de sus profesores le sugirió que apoyara el esfuerzo en tiempos de guerra trabajando como químico. Urey aceptó un trabajo en Barrett Chemical Company en Filadelfia , fabricando TNT , en lugar de unirse al ejército como soldado. [4] Después de la guerra, regresó a la Universidad de Montana como instructor de química . [12] [9]
Una carrera académica requería un doctorado, por lo que en 1921 Urey se inscribió en un programa de doctorado en la Universidad de California, Berkeley , donde estudió termodinámica con Gilbert N. Lewis . [13] Su intento inicial de tesis fue sobre la ionización del vapor de cesio . Tuvo dificultades y Meghnad Saha publicó un artículo mejor sobre el mismo tema. [14] [15] Urey luego escribió su tesis sobre los estados de ionización de un gas ideal , que fue publicada posteriormente en el Astrophysical Journal . [16] Después de recibir su doctorado en 1923, Urey recibió una beca de la Fundación Estadounidense-Escandinava para estudiar en el Instituto Niels Bohr en Copenhague , donde conoció a Werner Heisenberg , Hans Kramers , Wolfgang Pauli , Georg von Hevesy y John Más tarde . Al concluir su estancia, viajó a Alemania, donde conoció a Albert Einstein y James Franck . [17]
Al regresar a los Estados Unidos, Urey recibió una oferta de una beca del Consejo Nacional de Investigación para la Universidad de Harvard , y también recibió una oferta para ser investigador asociado en la Universidad Johns Hopkins . Eligió esto último. Antes de asumir el trabajo, viajó a Seattle, Washington , para visitar a su madre. En el camino, pasó por Everett, Washington , donde conoció a la Dra. Kate Daum, colega de la Universidad de Montana. [18] El Dr. Daum le presentó a Urey a su hermana, Frieda. Urey y Frieda pronto se comprometieron. Se casaron en la casa de su padre en Lawrence, Kansas , en 1926. [12] La pareja tuvo cuatro hijos: Gertrude Bessie (Elizabeth) , nacida en 1927; Frieda Rebeca, nacida en 1929; María Alice, nacida en 1934; y John Clayton Urey, nacido en 1939. [19]
En Johns Hopkins, Urey y Arthur Ruark escribieron Atoms, Quanta and Molecules (1930), uno de los primeros textos en inglés sobre mecánica cuántica y sus aplicaciones a sistemas atómicos y moleculares. [17] En 1929, Urey se convirtió en profesor asociado de química en la Universidad de Columbia , donde entre sus colegas se encontraban Rudolph Schoenheimer , David Rittenberg y TI Taylor. [20]
En la década de 1920, William Giauque y Herrick L. Johnston descubrieron los isótopos estables del oxígeno . Los isótopos no se entendían bien en ese momento; James Chadwick no descubriría el neutrón hasta 1932. Para clasificarlos se utilizaban dos sistemas, basados en propiedades químicas y físicas. Este último se determinó mediante el espectrógrafo de masas . Como se sabía que el peso atómico del oxígeno era casi exactamente 16 veces más pesado que el del hidrógeno, Raymond Birge y Donald Menzel plantearon la hipótesis de que el hidrógeno también tenía más de un isótopo. Basándose en la diferencia entre los resultados de los dos métodos, predijeron que sólo un átomo de hidrógeno entre 4.500 era del isótopo pesado. [21]
En 1931, Urey se propuso encontrarlo. Urey y George M. Murphy (1903–1968) [22] [23] calcularon a partir de la serie de Balmer que el isótopo pesado debería tener líneas desplazadas al azul (en correspondencia, el isótopo ligero desplazado al rojo ) de 1,1 a 1,8 ångströms (1,1 × 10 −10 a 1,8 × 10 −10 metros ). Urey tuvo acceso a un espectrógrafo de rejilla de 21 pies (6,4 m) , un dispositivo sensible que se había instalado recientemente en Columbia y era capaz de resolver la serie de Balmer. Con una resolución de 1 Å por milímetro, la máquina debería haber producido una diferencia de aproximadamente 1 milímetro. [24] Sin embargo, dado que sólo un átomo de cada 4.500 era pesado, la línea en el espectrógrafo era muy tenue. Por lo tanto, Urey decidió retrasar la publicación de sus resultados hasta que tuviera pruebas más concluyentes de que se trataba de hidrógeno pesado. [21]
Urey y Murphy calcularon a partir del modelo de Debye que el isótopo pesado tendría un punto de ebullición ligeramente mayor que el ligero. Calentando cuidadosamente el hidrógeno líquido, se podrían destilar 5 litros de hidrógeno líquido hasta obtener 1 mililitro, que se enriquecería en el isótopo pesado entre 100 y 200 veces. Para obtener cinco litros de hidrógeno líquido, viajaron al laboratorio de criogenia de la Oficina Nacional de Estándares en Washington, DC, donde obtuvieron la ayuda de Ferdinand Brickwedde , a quien Urey había conocido en Johns Hopkins. [24]
La primera muestra que envió Brickwedde se evaporó a 20 K (−253,2 °C; −423,7 °F) a una presión de 1 atmósfera estándar (100 kPa). Para su sorpresa, esto no mostró evidencia de enriquecimiento. Luego, Brickwedde preparó una segunda muestra evaporada a 14 K (-259,1 °C; -434,5 °F) a una presión de 53 mmHg (7,1 kPa). En esta muestra, las líneas de Balmer para el hidrógeno pesado eran siete veces más intensas. [21] El artículo que anunciaba el descubrimiento del hidrógeno pesado, más tarde llamado deuterio , fue publicado conjuntamente por Urey, Murphy y Brickwedde en 1932. [25] Urey recibió el Premio Nobel de Química en 1934 "por su descubrimiento del hidrógeno pesado". . [26] Se negó a asistir a la ceremonia en Estocolmo, para poder estar presente en el nacimiento de su hija Mary Alice. [27] Fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense y de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos al año siguiente. [28] [29]
Trabajando con Edward W. Washburn de la Oficina de Normas, Urey descubrió posteriormente la causa de la muestra anómala. El hidrógeno de Brickwedde se había separado del agua mediante electrólisis , lo que dio como resultado una muestra agotada. Además, Francis William Aston había informado que su valor calculado para el peso atómico del hidrógeno era incorrecto, invalidando así el razonamiento original de Birge y Menzel. Sin embargo, el descubrimiento del deuterio se mantuvo. [21]
Urey y Washburn intentaron utilizar la electrólisis para crear agua pesada pura . Su técnica era sólida, pero en 1933 se les adelantó Lewis, que tenía los recursos de la Universidad de California a su disposición. [30] Utilizando la aproximación de Born-Oppenheimer , Urey y David Rittenberg calcularon las propiedades de los gases que contienen hidrógeno y deuterio. Extendieron esto a compuestos enriquecedores de carbono, nitrógeno y oxígeno. Estos podrían usarse como trazadores en bioquímica , lo que daría como resultado una forma completamente nueva de examinar reacciones químicas. [31] Fundó el Journal of Chemical Physics en 1932 y fue su primer editor, ocupando ese cargo hasta 1940. [32]
En Columbia, Urey presidió la Federación Universitaria para la Democracia y la Libertad Intelectual. Apoyó la propuesta del atlantista Clarence Streit de una unión federal de las principales democracias del mundo y la causa republicana durante la Guerra Civil Española . Fue uno de los primeros oponentes del nazismo alemán y ayudó a los científicos refugiados, incluido Enrico Fermi , a encontrar trabajo en los Estados Unidos y a adaptarse a la vida en un nuevo país. [33]
Cuando estalló la Segunda Guerra Mundial en Europa en 1939, Urey era reconocido como un experto mundial en separación de isótopos. Hasta ahora, la separación había involucrado sólo a los elementos ligeros. En 1939 y 1940, Urey publicó dos artículos sobre la separación de isótopos más pesados en los que proponía la separación centrífuga. Esto adquirió gran importancia debido a la especulación de Niels Bohr de que el uranio 235 era fisible . [34] Debido a que se consideraba "muy dudoso que se pueda establecer una reacción en cadena sin separar 235 del resto del uranio", [35] Urey comenzó estudios intensivos sobre cómo se podría lograr el enriquecimiento de uranio. [36] Aparte de la separación centrífuga, George Kistiakowsky sugirió que la difusión gaseosa podría ser un método posible. Una tercera posibilidad era la difusión térmica . [37] Urey coordinó todos los esfuerzos de investigación de separación de isótopos, incluido el esfuerzo para producir agua pesada, que podría usarse como moderador de neutrones en reactores nucleares . [38] [39]
En mayo de 1941, Urey fue nombrado miembro del Comité sobre Uranio , que supervisó el proyecto de uranio como parte del Comité de Investigación de Defensa Nacional (NDRC). [40] En 1941, Urey y George B. Pegram encabezaron una misión diplomática a Inglaterra para establecer una cooperación en el desarrollo de la bomba atómica. Los británicos eran optimistas acerca de la difusión gaseosa, [41] pero estaba claro que tanto el método gaseoso como el centrífugo enfrentaban formidables obstáculos técnicos. [42] En mayo de 1943, cuando el Proyecto Manhattan cobró impulso. Urey se convirtió en jefe de los Laboratorios de Materiales de Aleaciones Sustitutos ( SAM Laboratories ) en tiempos de guerra en Columbia, que eran responsables del agua pesada y de todos los procesos de enriquecimiento de isótopos excepto el proceso electromagnético de Ernest Lawrence . [43]
Los primeros informes sobre el método centrífugo indicaron que no era tan eficiente como se predijo. Urey sugirió que se utilizara un sistema de contracorriente más eficiente pero técnicamente más complicado en lugar del método de flujo continuo anterior. En noviembre de 1941, los obstáculos técnicos parecían lo suficientemente formidables como para abandonar el proceso. [44] Las centrífugas a contracorriente se desarrollaron después de la guerra y hoy en día son el método preferido en muchos países. [45]
El proceso de difusión gaseosa siguió siendo más alentador, aunque también tuvo que superar obstáculos técnicos. [46] A finales de 1943, Urey tenía más de 700 personas trabajando para él en la difusión gaseosa. [47] El proceso involucró cientos de cascadas, en las que el corrosivo hexafluoruro de uranio se difundió a través de barreras gaseosas, enriqueciéndose progresivamente en cada etapa. [46] Un problema importante fue encontrar sellos adecuados para las bombas, pero, con diferencia, la mayor dificultad residió en construir una barrera de difusión adecuada. [48] La construcción de la enorme planta de difusión gaseosa K-25 ya estaba en marcha antes de que en 1944 se dispusiera de una barrera adecuada en cantidad. Como respaldo, Urey defendió la difusión térmica. [49]
Agotado por el esfuerzo, Urey abandonó el proyecto en febrero de 1945 y entregó sus responsabilidades a RH Crist. [50] La planta K-25 comenzó a funcionar en marzo de 1945 y, a medida que se solucionaron los errores, la planta funcionó con notable eficiencia y economía. Durante un tiempo se alimentó uranio a la planta de difusión térmica líquida S50 , luego a la gaseosa K-25, y finalmente a la planta de separación electromagnética Y-12 ; pero poco después de que terminó la guerra, las plantas de separación térmica y electromagnética fueron cerradas y la separación fue realizada únicamente por el K-25. Junto con su gemela, la K-27, construida en 1946, se convirtió en la principal planta de separación de isótopos a principios del período de posguerra. [51] [49] Por su trabajo en el Proyecto Manhattan, Urey recibió la Medalla al Mérito de manos del director del Proyecto, el Mayor General Leslie R. Groves, Jr. [50]
Después de la guerra, Urey se convirtió en profesor de química en el Instituto de Estudios Nucleares , y luego se convirtió en profesor Ryerson de química en la Universidad de Chicago en 1952. [9] No continuó su investigación de antes de la guerra con isótopos. Sin embargo, al aplicar los conocimientos adquiridos con el hidrógeno al oxígeno, se dio cuenta de que el fraccionamiento entre carbonato y agua para el oxígeno-18 y el oxígeno-16 disminuiría en un factor de 1,04 entre 0 y 25 °C (32 y 77 °F). La proporción de los isótopos podría utilizarse entonces para determinar las temperaturas medias, suponiendo que el equipo de medición fuera suficientemente sensible. El equipo incluía a su colega Ralph Buchsbaum . El examen de una belemnita de 100 millones de años indicó las temperaturas de verano e invierno que había soportado durante un período de cuatro años. Por esta investigación paleoclimática pionera , Urey recibió la Medalla Arthur L. Day de la Sociedad Geológica de América y la Medalla Goldschmidt de la Sociedad Geoquímica . [52] Mientras estaba en la Universidad de Chicago, Urey contribuyó a la ecuación de Urey-Bigeleisen-Mayer , un modelo de fraccionamiento de isótopos estables.
Urey hizo campaña activamente contra el proyecto de ley May-Johnson de 1946 porque temía que condujera al control militar de la energía nuclear, pero apoyó y luchó por el proyecto de ley McMahon que lo reemplazó y finalmente creó la Comisión de Energía Atómica . El compromiso de Urey con el ideal de un gobierno mundial databa de antes de la guerra, pero la posibilidad de una guerra nuclear lo hizo aún más urgente en su mente. Realizó giras de conferencias contra la guerra y participó en debates del Congreso sobre cuestiones nucleares. Argumentó públicamente en nombre de Ethel y Julius Rosenberg y fue llamado ante el Comité de Actividades Antiamericanas de la Cámara . [53]
Más tarde, Urey ayudó a desarrollar el campo de la cosmoquímica y se le atribuye haber acuñado el término. Su trabajo sobre el oxígeno-18 le llevó a desarrollar teorías sobre la abundancia de elementos químicos en la Tierra y sobre su abundancia y evolución en las estrellas. Urey resumió su trabajo en Los planetas: su origen y desarrollo (1952). Urey especuló que la atmósfera terrestre primitiva estaba compuesta de amoníaco , metano e hidrógeno. Uno de sus estudiantes de posgrado en Chicago, Stanley L. Miller , demostró en el experimento Miller-Urey que, si una mezcla de este tipo se expone a chispas eléctricas y al agua, puede interactuar para producir aminoácidos , comúnmente considerados los componentes básicos de la vida. [54]
Urey pasó un año en el Reino Unido como profesor visitante en la Universidad de Oxford en 1956 y 1957. [55] En 1958, alcanzó la edad de jubilación de 65 años en la Universidad de Chicago, pero aceptó un puesto como profesor titular en la nueva Universidad de California, San Diego (UCSD), y se mudó a La Jolla, California . Posteriormente fue nombrado profesor emérito allí de 1970 a 1981. [56] [57] [9] Urey ayudó a desarrollar la facultad de ciencias allí. Fue uno de los miembros fundadores de la escuela de química de la UCSD, que se creó en 1960, junto con Stanley Miller, Hans Suess y Jim Arnold . [56] [58]
A finales de los años cincuenta y principios de los sesenta, la ciencia espacial se convirtió en un tema de investigación tras el lanzamiento del Sputnik 1 . Urey ayudó a persuadir a la NASA para que diera prioridad a las sondas no tripuladas a la Luna. Cuando el Apolo 11 devolvió muestras de rocas lunares de la Luna, Urey las examinó en el Laboratorio de Recepción Lunar . Las muestras respaldaron la afirmación de Urey de que la Luna y la Tierra compartían un origen común. [56] [58] Mientras estuvo en UCSD, Urey publicó 105 artículos científicos, 47 de ellos sobre temas lunares. Cuando se le preguntó por qué seguía trabajando tan duro, bromeó: "Bueno, ya sabes que ya no soy titular". [59]
Urey disfrutaba de la jardinería y la cría de Cattleya , Cymbidium y otras orquídeas . [60] Murió en La Jolla, California, y está enterrado en el cementerio de Fairfield en el condado de DeKalb, Indiana . [9]
Además de su Premio Nobel, también ganó la Medalla Franklin en 1943, la Medalla J. Lawrence Smith en 1962, la Medalla de Oro de la Royal Astronomical Society en 1966, el Premio Placa de Oro de la Academia Americana de Logros en 1966, [61 ] y la Medalla Priestley de la Sociedad Química Estadounidense en 1973. En 1964 recibió la Medalla Nacional de Ciencias . [62] Se convirtió en miembro de la Royal Society en 1947. [63] Llevan su nombre el cráter de impacto lunar Urey , [9] el asteroide 4716 Urey , [64] y el Premio HC Urey , otorgado por logros en ciencias planetarias por el Sociedad Astronómica Estadounidense . [65] La escuela secundaria Harold C. Urey en Walkerton, Indiana, también lleva su nombre, [66] al igual que Urey Hall, el edificio de química en Revelle College, UCSD, en La Jolla [67] y Harold C. Urey. Sala de conferencias de la Universidad de Montana. [68] UCSD también ha establecido una cátedra Harold C. Urey cuyo primer titular fue James Arnold. [69]
La hija de Urey, Elizabeth Baranger , también se convirtió en una física notable. [70]
El nombre es inglés.
El resto de mis abuelos son alemanes.
Sus nombres son Hofstettler.
Hofstettler es una corrupción.
Fue Hochstettler o algo así.
Y Eckhart y Reinoehl, muy alemanes, ya ves.
Urey Hall lleva el nombre del instructor y ex alumno de la UM Harold C. Urey, quien recibió el Premio Nobel de Química en 1934 por su descubrimiento del deuterio, la forma pesada del hidrógeno.
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