Agnes Luise Wilhelmine Pockels (14 de febrero de 1862 - 21 de noviembre de 1935) fue una química alemana cuya investigación fue fundamental para establecer la disciplina moderna conocida como ciencia de superficies , que describe las propiedades de las superficies e interfaces líquidas y sólidas . [1]
Pockels se interesó en la investigación fundamental en la ciencia de superficies a través de observaciones de jabones y agua jabonosa en su propia casa mientras lavaba platos. Ideó una técnica de equilibrio de película superficial para estudiar el comportamiento de moléculas como jabones y surfactantes en interfaces aire-líquido . A partir de estos estudios, Pockels definió el "Punto de Pockels", que es el área mínima que una sola molécula puede ocupar en películas monomoleculares . [2]
Pockels era autodidacta . No era una científica profesional remunerada y no tenía afiliación institucional, por lo que es un ejemplo de científica ciudadana . [3]
Por el contrario, su hermano Friedrich Carl Alwin Pockels , que dio nombre al efecto Pockels , era profesor de física teórica en la Universidad de Heidelberg.
Pockels nació en Venecia , Imperio austríaco , en 1862. En ese momento, Venecia estaba bajo el dominio austríaco y el padre de Pockels sirvió en el ejército austríaco . Cuando enfermó, la familia se mudó en 1871 a Brunswick , que era parte del naciente Imperio alemán . [1] Allí, Pockels asistió a la Escuela Secundaria Municipal para Niñas. [4] Agnes estaba interesada en la química cuando era niña. Sin embargo, a las mujeres no se les permitía ingresar a las universidades para estudiar. Pockels declaró que "tenía un interés apasionado por las ciencias naturales, especialmente la física, y me hubiera gustado estudiar". (Agnes Pockels, según la traducción de Giles de Autobiographical Notes en W. Ostwald, 1932. [5] [6] )
De niña, Pockels se interesó por la ciencia, especialmente por la física. En aquella época, las mujeres en Alemania no tenían acceso a las universidades. [1] Pockels estudió ciencias en casa mientras cuidaba de sus padres. El hermano menor de Pockels, Friedrich Carl Alwin Pockels, estudió física en la Universidad de Göttingen, donde completó su licenciatura. Friedrich compartió libros de texto de la universidad con Agnes Pockels para ayudarla a estudiar desde casa. Más tarde, compartió literatura académica con Agnes Pockels para que avanzara en sus estudios. [7]
A través de sus experiencias en la realización de tareas domésticas, especialmente el lavado de platos, Pockels se interesó en el efecto de los jabones sobre el agua y, de manera más general, en el efecto de las impurezas en el agua y en el agua jabonosa. A los 18 años, comenzó a realizar experimentos en su casa para comprender las propiedades físicas del agua y las impurezas, como química aficionada . [2] [8]
Como resultado de sus intereses, a los 20 años, Pockels ideó un canal deslizante para realizar mediciones cuantitativas de las propiedades superficiales del agua jabonosa y sustancias relacionadas. En concreto, consistía en un canal, hecho de metal y de forma rectangular, de aproximadamente 70 centímetros (cm) de largo, 5 cm de ancho y 2 cm de profundidad. El canal se llenaba con agua. Se colocaba una tira de metal de aproximadamente 1,5 cm de ancho sobre el agua a lo ancho del canal para dividir la superficie del agua en dos partes. Había una regla a lo largo del canal para que la posición de la tira de metal, y por lo tanto el área de superficie de cada una de las dos partes del canal, se pudiera determinar a medida que la tira se movía a lo largo del canal. [2] [8]
Pockels perfeccionó aún más su aparato colocando un pequeño disco (normalmente de 6 milímetros de diámetro), como un botón , sobre la superficie del agua en el canal. Luego utilizó una balanza (normalmente una balanza de boticario ) para determinar la fuerza ( peso ) necesaria para levantar el disco del agua. Al comparar las fuerzas necesarias para levantar el disco del agua pura al agua que contiene impurezas, ideó una medida directa de la tensión superficial. Este aparato le permitió investigar las fuerzas superficiales de las películas monomoleculares, la tensión superficial de las emulsiones y soluciones, el efecto de las impurezas en las propiedades físicas del agua y proporcionar una comprensión de la tensioactividad. [7] [8]
El diseño del canal deslizante de Pockels se basó en los hallazgos previos del método de placas de Ludwig Wilhelmy para medir la tensión superficial. [9] El diseño de Pockels influyó en investigadores posteriores que mejoraron el método, lo que dio lugar al moderno canal de Langmuir-Blodgett , que se utiliza ampliamente en la ciencia de coloides y superficies en la época contemporánea. [8]
Pockels utilizó su canal deslizante para evaluar el efecto de pequeñas cantidades de impurezas en el agua. Estas impurezas eran, por lo general, sustancias domésticas como aceites y jabones. Con su aparato, midió la tensión superficial como la cantidad de fuerza necesaria para retirar el disco de la superficie del agua. Pockels descubrió que pequeñas cantidades de impurezas podían tener un gran efecto en la tensión superficial del agua, en comparación con el agua pura. [8]
En particular, Pockels estudió el agua jabonosa. Los jabones son ejemplos de surfactantes , que son moléculas que tienen una porción hidrófila de la molécula, mientras que el resto es hidrófoba . Estos son insolubles en el agua y tienden a residir en la superficie del agua. Al colocar pequeñas cantidades de surfactantes en su canal deslizante, Pockels descubrió que el efecto sobre la tensión superficial era pequeño. Sin embargo, una vez que el deslizador en la superficie del canal pasaba un cierto punto, el efecto sobre la tensión superficial era grande. Cuando trazó la tensión superficial en un eje de un gráfico en comparación con la posición del deslizador en su canal deslizante, la representación gráfica fue una isoterma de compresión . [8]
Utilizando sus conocimientos de química, Pockels se dio cuenta de que el punto de la isoterma de compresión en el que la tensión superficial cambia abruptamente es el punto en el que se forma una película de moléculas de surfactante que es continua y de una molécula de espesor. Esta es una monocapa del surfactante. Pockels descubrió además que este punto umbral es el mismo para una variedad de jabones surfactantes. Como sabía cuánto surfactante había en su canal deslizante, así como el área cubierta por la película de monocapa, pudo calcular el área en la superficie del agua ocupada por una sola molécula. Calculó que esta área era de 20 angstroms cuadrados (20 Å 2 ). Más tarde, cuando sus investigaciones se hicieron conocidas en la comunidad científica, esta área determinada por el canal deslizante se conoció como el Punto de Pockels. [2]
En 1891, aproximadamente diez años después de las primeras mediciones de tensión superficial de Pockels, a través de su hermano Friedrich Pockels, se enteró de que Lord Rayleigh estaba publicando estudios sobre el efecto de pequeñas cantidades de aceites en la superficie del agua. Para ella era evidente que la investigación de Lord Rayleigh estaba estrechamente relacionada con la suya. Animada por su hermano, Agnes Pockels le escribió a Lord Rayleigh para describir su aparato, sus hallazgos y el hecho de que no podía publicar sus hallazgos en las revistas científicas de la época. La correspondencia original de Pockels con Rayleigh estaba en alemán y fue traducida para Rayleigh por su esposa. En un acto de generosidad y sin la amenaza de la correspondencia de un aficionado desconocido, Rayleigh envió los hallazgos de Pockels a la revista Nature con una carta de presentación adecuada para permitir que se publicaran los hallazgos de Pockels. [6] Su primer artículo fue "Tensión superficial", en el que describía sus mediciones y hallazgos con su canal deslizante. [10]
La carta a Lord Rayleigh fue descrita en un artículo de revista de 1971 sobre el origen del equilibrio de la película superficial como "un hito en la historia de la química de superficies". [6] Lord Rayleigh conservó su correspondencia, y la carta de Pockels a él fechada el 10 de enero de 1891 comenzaba:
"Señor, ¿me perdonaría que me atreviera a molestarlo con una carta alemana sobre un tema científico? Habiendo oído hablar de las fructíferas investigaciones que usted llevó a cabo el año pasado sobre las propiedades hasta ahora poco entendidas de las superficies del agua, pensé que podría interesarle conocer mis propias observaciones sobre el tema. Por diversas razones no estoy en condiciones de publicarlas en revistas científicas, y por lo tanto adopto este medio para comunicarle las más importantes de ellas." [6]
El cuerpo de la carta de Pockels a Rayleigh describía entonces su método de canal deslizante, sus hallazgos iniciales y su evaluación de las limitaciones de sus métodos experimentales. [6] El cierre de su carta decía:
"Pensé que no debía ocultarle estos hechos que he observado, aunque no soy un físico profesional; y, rogándole nuevamente que disculpe mi atrevimiento, quedo, con sincero respeto,
Atentamente,
(firmado) Agnes Pockels" [6]
Lord Rayleigh envió la correspondencia de Pockels al editor de la revista Nature , con una carta adjunta fechada el 2 de marzo de 1891. El editor en ese momento era Sir Joseph Norman Lockyer, quien decidió publicar la correspondencia de Rayleigh y Pockels. La carta adjunta decía:
"Le agradecería que me hiciera llegar la traducción de una interesante carta que he recibido de una señora alemana que, con unos recursos muy sencillos, ha llegado a unos resultados valiosos en relación con el comportamiento de las superficies de agua contaminada. La primera parte de la carta de la señorita Pockels cubre casi el mismo tema que algunos de mis trabajos recientes y, en lo fundamental, armoniza con ellos. Las secciones posteriores me parecen muy sugerentes y plantean, aunque no respondan completamente, muchas preguntas importantes. Espero encontrar pronto la oportunidad de repetir algunos de los experimentos de la señorita Pockels". [6]
La biografía de Pockels escrita por Ostwald relata que Pockels inicialmente se acercó a los físicos de la Universidad de Göttingen para hablarles de sus hallazgos y no recibió ninguna manifestación de interés. [5]
Tras la primera publicación, los estudios de Pockels sobre las películas superficiales se aceleraron. Continuó la correspondencia con Lord Rayleigh. Estas comunicaciones enfatizaron sus hallazgos sobre la importancia de la pureza y la limpieza del equipo, incluido el reconocimiento de las dificultades en su propia experimentación con respecto a la contaminación no reconocida previamente. [6] [11]
Pockels señaló que incluso el polvo en suspensión puede afectar los resultados de su aparato experimental. Reconoció que las impurezas pueden afectar la reproducibilidad de los hallazgos experimentales. Pockels desarrolló un método refinado para evaluar películas monocapa que consiste en la deposición del compuesto de interés como una solución en benceno sobre la superficie del agua en su canal deslizante. A través de esta línea de experimentación, midió el espesor de ciertas películas monocapa como 13Å. Con la ayuda de Lord Rayleigh, la segunda publicación de Pockels apareció en la revista Nature en 1892. [6] [11]
Pockels describió el efecto calmante que pueden tener los aceites sobre los cuerpos de agua, [12] un efecto investigado por primera vez en la literatura publicada por Benjamin Franklin . [13] Su investigación se extendió a las investigaciones de otros fenómenos de superficie, incluida la capilaridad y los ángulos de contacto . [5]
Pockels publicó 14 artículos científicos, la mayoría en revistas alemanas, el último de los cuales se publicó en 1926. [14] Finalmente fue reconocida como pionera en el campo emergente de la ciencia de superficies . [12] Tras la muerte de su hermano, Friedrich Carl Alwin Pockels en 1913 y su propia mala salud, Agnes Pockels perdió contacto con muchos científicos profesionales y dejó de realizar investigaciones originales. [5]
Pockels nunca recibió un nombramiento formal por sus esfuerzos científicos. Sin embargo, publicó una serie de artículos académicos y finalmente recibió reconocimiento como pionera en el nuevo campo de la ciencia de superficies. Los comentaristas escribieron: "Cuando Langmuir recibió el Premio Nobel de Química en 1932, por su trabajo en la investigación de monocapas en sólidos y líquidos, parte de su logro se basó [...] en experimentos originales realizados por primera vez con un botón y una bandeja delgada, por una joven de 18 años que no había tenido ninguna formación científica formal". [15]
Pockels pasó gran parte de su vida cuidando a sus padres enfermos, lo que, según ella, era "muy difícil". Su padre murió en 1906 y su madre en 1914. En ese momento, Pockels también tenía mala salud, por lo que tuvo que internarse durante un tiempo en un sanatorio . Viajó por Europa por placer. [6] Durante los últimos años de Pockels, se la conoció por su papel de tía, "tía Agnes". [2]
Pockels murió en 1935 en Brunswick , Alemania , en la ciudad donde había vivido durante toda su carrera. [2]
En 1931, junto con Henri Devaux , Pockels recibió el Premio Laura R. Leonard de la Colloid Society . Al año siguiente, la Universidad Tecnológica de Braunschweig le otorgó un doctorado honorario , siendo la primera mujer en recibir tal galardón. [1] [7] [16]
Utilizando una versión mejorada de este canal deslizante, el químico estadounidense Irving Langmuir hizo descubrimientos adicionales sobre las propiedades de las moléculas de superficie, lo que le valió un Premio Nobel de Química en 1932. [17] El dispositivo de Pockels es un antecedente directo del canal de Langmuir-Blodgett , desarrollado más tarde por Langmuir y la física Katharine Blodgett . [18]
Desde 1993, la Universidad Técnica de Braunschweig otorga la Medalla Agnes Pockels a las personas que han hecho avanzar a la Universidad Técnica de Braunschweig, destacando a aquellos que han promovido la enseñanza y la investigación, especialmente a las mujeres. [19]
El Laboratorio Agnes Pockels se estableció en la Universidad Técnica de Braunschweig en 2002. Su propósito es fomentar la educación química, ayudar a los profesores de química y alentar a los niños pequeños a seguir las ciencias naturales. Se centra en los niños menores de 10 años, especialmente las niñas. En este laboratorio, los niños experimentan el aprendizaje mediante la práctica , como si fuera una manualidad, sin conocimientos teóricos ni instrumentación avanzada. [3]
Lord Rayleigh conservó la correspondencia que recibió de Pockels y su hermano Friedrich Pockels. Pockels mantuvo un diario. Estos documentos y fotografías de la familia Pockels se conservaron en la biblioteca de la Royal Society of Chemistry en Burlington House . [6] Con motivo del 70.º cumpleaños de Pockels en 1932, el químico coloidal alemán Wolfgang Ostwald publicó una biografía de Pockels. [5] El artículo de Ostwald incluye una lista de sus publicaciones y un resumen de varias de ellas. También incluye pasajes autobiográficos de Pockels. [5] Su cuñada Elisabeth (la esposa de Friedrich Pockels) también publicó una biografía de Pockels, haciendo hincapié en su vida personal. [20]
