Leo Brewer (13 de junio de 1919, St. Louis , Missouri - 22 de febrero de 2005, Lafayette, California ) fue un químico físico estadounidense. [1] Considerado el fundador de la química moderna de alta temperatura, Brewer recibió su licenciatura en el Instituto de Tecnología de California en 1940 y su doctorado en la Universidad de California, Berkeley , en 1942. Brewer se unió al Proyecto Manhattan después de su trabajo de posgrado y se unió a la facultad de la Universidad de California, Berkeley en 1946. Leo Brewer se casó con Rose Strugo (fallecida en 1989) en 1945. Tuvieron tres hijos, Beth Gaydos, Roger Brewer y Gail Brewer. Murió en 2005 como resultado de un envenenamiento por berilio por su trabajo en la Segunda Guerra Mundial .
Brewer pasó los primeros diez años de su vida con su familia en Youngstown, Ohio , donde su padre trabajaba como zapatero. En 1929, a raíz de la Gran Depresión, su familia se mudó a Los Ángeles, California . Solo seis años después, Brewer decidió asistir al Instituto Tecnológico de California. Como estudiante de pregrado en Caltech , Leo Brewer estuvo fuertemente influenciado por los profesores E. Swift y D. Yost, y tuvo su primer contacto con la investigación estudiando los equilibrios y la cinética de la hidratación de olefinas con los profesores D. Pressman y HJ Lucas. Después de la licenciatura en 1940, el profesor Linus Pauling lo persuadió de realizar instrucción avanzada en la Universidad de California, Berkeley , donde continuó los estudios cinéticos con el profesor Axel Olson. A la sombra de la entrada de los Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial , Brewer realizó su doctorado. con firme determinación, y completó su disertación sobre el efecto de los electrolitos en la cinética de las reacciones acuosas en noviembre de 1942, después de sólo 28 meses.
Después de su trabajo de doctorado, Brewer fue reclutado inmediatamente por el profesor de la UC Berkeley Wendell Mitchell Latimer para unirse al grupo de investigación de alto secreto en tiempos de guerra que se conocería como el Proyecto del Distrito de Ingeniería de Manhattan. Asignado para trabajar con el profesor ED Eastman (cuya salud en deterioro lo obligó a retirarse del proyecto poco después de que el trabajo hubiera comenzado), Brewer encabezó un grupo compuesto por Leroy Bromley, Paul Gilles y Norman Lofgren, asignado con la triple tarea de predecir las posibles propiedades de alta temperatura del elemento recién descubierto plutonio , entonces disponible solo en cantidades traza; desarrollar materiales refractarios capaces de contener plutonio fundido sin contaminación excesiva, incluso si las peores predicciones fueran ciertas; y desarrollar un procedimiento microanalítico para la determinación de oxígeno .
La primera de estas tareas condujo a un examen fundamental del comportamiento de todos los elementos a alta temperatura y dio como resultado una serie de artículos que describen el comportamiento a alta temperatura de metales, óxidos, haluros y muchos otros compuestos. La segunda tarea condujo al desarrollo de los sulfuros refractarios de cerio (Ce), torio (Th) y uranio (U). La tercera tarea condujo al desarrollo de un micrométodo de análisis de metales electropositivos utilizando un baño de platino fundido .
El resultado inmediato de la investigación fue la creación del nuevo material, el sulfuro de cerio (CeS), a partir del cual fabricaron varios cientos de crisoles para su uso en el Laboratorio Nacional de Los Álamos . Los crisoles de Brewer estuvieron listos cuando el plutonio estuvo disponible.
En 1946, tras su servicio como miembro del Proyecto Manhattan , Brewer fue nombrado profesor adjunto en el Departamento de Química de la Universidad de California . Fue ascendiendo de forma constante hasta alcanzar el rango de profesor titular en 1955. Brewer fue miembro del cuerpo docente del Departamento de Química durante más de sesenta años, durante los cuales dirigió a 41 candidatos a doctorado y a casi dos docenas de investigadores asociados posdoctorales.
Además de su nombramiento académico, Brewer estuvo asociado con el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (anteriormente Laboratorio de Radiación Lawrence) de 1943 a 1994, y se desempeñó como director de la División de Investigación de Materiales Inorgánicos del LBNL desde su creación en 1961 hasta 1975.
El doble nombramiento de Brewer le brindó la oportunidad de desempeñar un papel activo en todos los niveles de instrucción académica, tanto dentro como fuera del laboratorio. Además de impartir instrucción en el aula sobre química del estado sólido, equilibrios heterogéneos y química inorgánica, Brewer también dictó conferencias y supervisó el trabajo de laboratorio para cursos de laboratorio de química de primer año, análisis cuantitativo avanzado, análisis instrumental, síntesis inorgánica, reacciones inorgánicas y química orgánica, así como cursos de termodinámica química desde el segundo año hasta el nivel de estudiante de posgrado. Para garantizar un alto nivel de instrucción incluso en los niveles más básicos, Brewer inició un curso para asistentes de enseñanza de química de primer año que revisaba los principios y certificaba su capacidad para cumplir adecuadamente con sus responsabilidades.
Brewer era un profesor atento y talentoso que era muy admirado por sus estudiantes y colegas. En 1966, el Senado Académico de la Universidad de California en Berkeley lo eligió para dictar la conferencia anual de investigación de la facultad. El título de su conferencia fue "Una amplia educación universitaria conduce a la astroquímica". En 1988, en reconocimiento a sus logros como docente, recibió el premio Henry B. Linford a la enseñanza distinguida de la Sociedad Electroquímica . Tras su retiro oficial de la Universidad de California en Berkeley en 1989, se le otorgó la mención de Berkeley y se celebró un simposio académico en su honor.
Brewer fue fundamental en la fundación del Comité del Consejo Nacional de Investigación sobre Química de Alta Temperatura de la Academia Nacional de Ciencias , así como en la organización de la primera Conferencia de Investigación Gordon sobre Química de Alta Temperatura en 1960. A pedido de la Comisión de Energía Atómica y sus sucesores, la Administración de Investigación y Desarrollo Energético y el Departamento de Energía , Brewer trabajó en numerosos comités, incluido el Consejo del DOE para Ciencias de los Materiales y el Comité de Selección del DOE para el Premio Fermi .
También mantuvo estrechos vínculos con organizaciones que representaban a la comunidad científica internacional, incluida la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y el Organismo Internacional de Energía Atómica .
Brewer formó parte de los consejos asesores editoriales de muchas revistas académicas y series de monografías académicas respetadas, entre ellas Journal of Physical Chemistry Solids (1956-1992), Progress in Organic Chemistry ( 1958-1969), Journal of Chemistry Physics (editor asociado, 1959-1963), Progress in Inorganic Chemistry (1967-2005), Progress in Solid State Chemistry (1967-1996), High Temperature Science (fundador, 1968-2005), Journal of Chemistry Thermodynamics (1969-1978), Journal of Solid State Chemistry (1969-1984), Journal of the Electrochemical Society (editor divisional, 1976-1984), Journal of Chemical & Engineering Data y Journal of Physical Chemistry Ref. Datos (1978-1981, 1989-1992), el Metals Handbook (coeditor, 1983), la Princeton Series in the Physico-Chemical Sciences for Technology (coeditor, 1983-2005) y el Handbook of Chemistry and Physics (1991).
Además, Brewer compiló y mantuvo por sí solo la Parte II de la Bibliografía sobre química y física de materiales de alta temperatura .
Además de su distinguida carrera como químico y educador, Brewer también era un ávido jardinero que tenía un gran interés en la vida vegetal nativa de California. En 1965, se convirtió en uno de los miembros fundadores de la California Native Plant Society . Una especie de manzanita recibió su nombre en honor a su contribución al estudio y la preservación de la flora nativa de California: Arctostaphylos uva-ursi leo-breweri, también conocida como "Manzanita de Leo Brewer".
Además de su trabajo editorial, Brewer escribió casi 200 artículos sobre diversos temas avanzados en el campo de la termodinámica. Además, en 1961, él y Kenneth Pitzer revisaron el texto clásico de Gilbert N. Lewis y Merle Randall de 1923, Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances .
Aunque la investigación de Brewer cubrió una gama inusualmente amplia de temas y empleó una multitud de técnicas, desde la teoría hasta la espectroscopia, su enfoque principal fue la termodinámica de alta temperatura, la ciencia de los materiales (incluidos los materiales de contención refractarios), los estudios de fases metálicas y el desarrollo de la teoría del enlace metálico , incorporando los conceptos de promoción de electrones y la teoría generalizada del ácido-base . También estuvo involucrado en diferentes puntos de su carrera con la astrofísica y la cerámica.
Los primeros trabajos de Brewer sobre altas temperaturas también demostraron que el vapor en equilibrio por encima del CuCl estaba formado principalmente por moléculas de Cu3Cl3 a presiones normales. Esta simple observación condujo a lo que se conocería como la Regla de Brewer. Demostró que cuando el vapor y las fases condensadas están en equilibrio, las especies de vapor se vuelven más complejas a medida que aumenta la temperatura. Esto incluye la formación de polímeros y estados de oxidación inusuales. Su regla se convirtió en la base del campo de la química de alta temperatura.
Gran parte de su investigación se centró en resolver discrepancias entre los valores experimentales informados y los valores predichos por los modelos de enlace químico. En muchos casos, se demostró que los datos informados eran erróneos y se confirmó la fiabilidad del modelo. Algunos ejemplos son las demostraciones de que las entalpías de formación de C(g) y N(g) eran mucho mayores que los valores ampliamente aceptados. La compilación de Brewer de las propiedades termodinámicas y los diagramas de fase de 101 sistemas binarios de molibdeno proporciona muchos ejemplos del uso de modelos predictivos cuando no se dispone de datos experimentales fiables.
En algunos casos, los resultados experimentales se confirmaron y fue necesario mejorar los modelos. Un ejemplo sería el descuido de las especies de polímeros gaseosos a altas temperaturas. El estudio realizado en tiempos de guerra descubrió evidencia de polimerización en vapores de alta temperatura. Esto condujo a una teoría general que predijo que los vapores saturados de alta temperatura serían mezclas complejas de especies y que la complejidad aumentaría con el aumento de la temperatura. Estas predicciones han sido confirmadas por los trabajadores de alta temperatura para muchos sistemas. Los estudios refractarios iniciados con los sulfuros se extendieron a estudios de siliciuros y boruros y otras fases refractarias. La experiencia del Proyecto Manhattan sobre el uso de platino para reducir la volatilidad de los lantánidos y actínidos se extendió a una amplia gama de compuestos intermetálicos de metales de transición mediante el uso de la correlación de Engel de estructuras electrónicas y cristalinas que ha llevado a la predicción de las estructuras y composiciones de las fases de la mayoría de los dos mil millones de diagramas de fases multicomponentes de los metales de transición.
Brewer dedicó un gran esfuerzo a la caracterización de las propiedades termodinámicas a altas temperaturas, y las evaluaciones críticas de las propiedades termodinámicas del Proyecto Manhattan se actualizaron periódicamente. Una de las compilaciones de Brewer cubrió las propiedades termodinámicas de las fases sólida, líquida y gaseosa de los elementos y sus óxidos entre la temperatura ambiente y la temperatura por encima de los 3000 K. Las aplicaciones termodinámicas de estos datos quedaron bien ilustradas en la segunda edición de la Termodinámica de Lewis y Randall , que Brewer y Kenneth Pitzer revisaron en 1961. El interés global de Brewer en todos los elementos se ilustra con un artículo de 1951 sobre la distribución de equilibrio de los elementos en el campo gravitacional de la Tierra.
Brewer realizó una amplia gama de estudios espectroscópicos tanto a altas temperaturas como en matrices para determinar las propiedades termodinámicas de los vapores a alta temperatura. Entre 1950 y 1970, Brewer publicó muchos artículos sobre el análisis de los espectros producidos por moléculas gaseosas a alta temperatura. Varios de estos artículos describían un método de haz molecular para determinar sus estados electrónicos fundamentales. Cuando George Pimentel desarrolló el aislamiento de matrices a baja temperatura en la UC Berkeley, Brewer produjo muchos artículos sobre los espectros de sus moléculas a alta temperatura en una matriz inerte congelada. Brewer también tenía un interés de largo plazo en los estados electrónicos del I2, y tenía varios artículos sobre sus notables complejidades.
Gran parte de la investigación posterior de Brewer se dirigió a caracterizar las interacciones ácido-base generalizadas extremadamente fuertes de Lewis entre los lantánidos, actínidos y metales de transición de la mano izquierda con los metales del grupo del platino. Se utilizó una combinación de celdas de electrolito sólido de alta temperatura, equilibrio con óxidos, carburos y nitruros y mediciones de presión de vapor. Se demostró que estos intermetálicos estaban entre los más estables de todos los tipos de compuestos, como predijo la teoría de Engel. Engel había sugerido una correlación entre el número de electrones de conducción y la estructura cristalina de los metales. Brewer amplió este concepto para incluir la naturaleza de los electrones d y f, y el concepto de interacciones ácido-base. Comenzando las investigaciones con estudiantes universitarios, puso a prueba estas ideas calentando ZrC con el metal noble platino, y descubrió que la formación de ZrPt3 liberaba una gran cantidad de energía a pesar de la gran estabilidad de ZrC. A lo largo de varios años, Brewer desarrolló la teoría de Brewer-Engel para tales enlaces, y publicó muchos artículos sobre su aplicación.
Los logros profesionales de Brewer fueron reconocidos con numerosos premios y honores, entre ellos el Premio LH Baekeland de la Sociedad Química Estadounidense (1953), [2] el Premio EO Lawrence de la Comisión de Energía Atómica (1961), el Premio Olin Palladium de la Sociedad Electroquímica (1971), [3] y el Premio William Hume-Rothery de la Sociedad Metalúrgica del Instituto Americano de Minería (1983). Brewer también fue miembro del Guggenheim Fellow (1950) y miembro electo de la Academia Nacional de Ciencias (1959), la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias (1979) y la Sociedad Estadounidense de Metales . En 1984, sus antiguos alumnos y colegas prepararon un homenaje especial en su honor, publicado bajo el título Modern High Temperature Science.
Parcialmente adaptado de un ensayo autobiográfico escrito por Leo Brewer, así como ensayos biográficos preparados por sus colegas y estudiantes, incluidos Paul Gilles, Karen Kruschwitz, Rollie Myers, Gerd Rosenblatt, Herbert L. Strauss , Richard M. Brewer y Jane Scheiber.
En 1960 le diagnosticaron cáncer, que fue tratado mediante la extirpación quirúrgica del ojo derecho y de una parte considerable del tejido facial periorbitario y del hueso. Creía que esto se debía a su trabajo con sustancias químicas tóxicas o radiactivas, pero no le causó ninguna reducción o impedimento significativo en su trabajo. [4]