Svante August Arrhenius ( / ə ˈ r iː n i ə s , ə ˈ r eɪ n i ə s / ə- REE -nee-əs, - RAY - , [3] [4] sueco: [ˈsvânːtɛ aˈrěːnɪɵs] ; 19 Febrero de 1859 – 2 de octubre de 1927) fue un científico sueco . Originalmente físico , pero a menudo referido como químico , Arrhenius fue uno de los fundadores de la ciencia de la química física . Recibió el Premio Nobel de Química en 1903, convirtiéndose en el primer premio Nobel sueco . En 1905 se convirtió en director del Instituto Nobel, donde permaneció hasta su muerte. [5]
Arrhenius fue el primero en utilizar los principios de la química física para estimar en qué medida los aumentos del dióxido de carbono atmosférico son responsables del aumento de la temperatura de la superficie de la Tierra. Su trabajo jugó un papel importante en el surgimiento de la ciencia climática moderna . [6] En la década de 1960, Charles David Keeling midió de forma fiable el nivel de dióxido de carbono presente en el aire y demostró que estaba aumentando y que, según la hipótesis del efecto invernadero, era suficiente para provocar un calentamiento global significativo . [7]
La ecuación de Arrhenius , el ácido de Arrhenius , la base de Arrhenius, el cráter lunar Arrhenius , el cráter marciano Arrhenius , [8] la montaña de Arrheniusfjellet y los laboratorios Arrhenius de la Universidad de Estocolmo fueron nombrados así para conmemorar sus contribuciones a la ciencia.
Arrhenius nació el 19 de febrero de 1859 en Vik (también escrito Wik o Wijk), cerca de Uppsala , Reino de Suecia , hijo de Svante Gustav y Carolina Thunberg Arrhenius, que eran luteranos. [9] Su padre había sido agrimensor en la Universidad de Uppsala y ascendió a un puesto de supervisión. A la edad de tres años, Arrhenius aprendió a leer por sí solo sin el estímulo de sus padres y, al observar cómo su padre sumaba números en sus libros de cuentas, se convirtió en un prodigio aritmético . Más tarde, Arrhenius sintió una profunda pasión por los conceptos matemáticos, el análisis de datos y el descubrimiento de sus relaciones y leyes. [ cita necesaria ]
A los ocho años ingresó a la escuela catedralicia local , comenzando en quinto grado, distinguiéndose en física y matemáticas , y graduándose como el estudiante más joven y capaz en 1876. [ cita requerida ]
En la Universidad de Uppsala, no estaba satisfecho con el profesor jefe de física y el único miembro de la facultad que podría haberlo supervisado en química, Per Teodor Cleve , por lo que se fue a estudiar al Instituto de Física de la Academia Sueca de Ciencias en Estocolmo bajo la dirección de el físico Erik Edlund en 1881. [10]
Su trabajo se centró en las conductividades de los electrolitos . En 1884, basándose en este trabajo, presentó a Uppsala una disertación de 150 páginas sobre la conductividad electrolítica para el doctorado . No impresionó a los profesores, entre los que se encontraba Cleve, y recibió un título de cuarta clase, pero tras su defensa fue reclasificado como de tercera clase. Posteriormente, ampliaciones de este mismo trabajo le valdrían el Premio Nobel de Química en 1903 . [11]
Arrhenius presentó 56 tesis en su disertación de 1884, la mayoría de las cuales todavía serían aceptadas hoy sin cambios o con modificaciones menores. La idea más importante de su disertación fue su explicación del hecho de que las sales cristalinas sólidas se disocian en partículas cargadas emparejadas cuando se disuelven, por lo que ganaría el Premio Nobel de Química en 1903. La explicación de Arrhenius fue que al formar una solución , la sal se disocia en partículas cargadas que Michael Faraday había dado el nombre de iones muchos años antes. La creencia de Faraday era que los iones se producían en el proceso de electrólisis , es decir, que era necesaria una fuente externa de electricidad de corriente continua para formar iones. Arrhenius propuso que, incluso en ausencia de corriente eléctrica, las soluciones acuosas de sales contenían iones. Por tanto, propuso que las reacciones químicas en solución eran reacciones entre iones. [12] [13] [14]
La disertación no impresionó a los profesores de Uppsala, pero Arrhenius la envió a varios científicos en Europa que estaban desarrollando la nueva ciencia de la química física , como Rudolf Clausius , Wilhelm Ostwald y Jacobus Henricus van 't Hoff . Quedaron mucho más impresionados y Ostwald incluso vino a Uppsala para convencer a Arrhenius de que se uniera a su equipo de investigación en Riga. Arrhenius se negó, sin embargo, porque prefería quedarse en Suecia-Noruega por un tiempo (su padre estaba muy enfermo y moriría en 1885) y había recibido un nombramiento en Uppsala. [12] [13] [14]
En una extensión de su teoría iónica, Arrhenius propuso definiciones para ácidos y bases , en 1884. Creía que los ácidos eran sustancias que producían iones de hidrógeno en solución y que las bases eran sustancias que producían iones de hidróxido en solución.
En 1885, Arrhenius recibió una beca de viaje de la Academia Sueca de Ciencias, que le permitió estudiar con Ostwald en Riga (ahora en Letonia ), con Friedrich Kohlrausch en Würzburg , Alemania , con Ludwig Boltzmann en Graz, Austria , y con Jacobus. Henricus van 't Hoff en Ámsterdam .
En 1889, Arrhenius explicó el hecho de que la mayoría de las reacciones requieren energía térmica adicional para continuar formulando el concepto de energía de activación , una barrera energética que debe superarse antes de que dos moléculas reaccionen. La ecuación de Arrhenius proporciona la base cuantitativa de la relación entre la energía de activación y la velocidad a la que se produce una reacción.
En 1891, se convirtió en profesor en el Colegio Universitario de Estocolmo ( Stockholms Högskola , ahora Universidad de Estocolmo ), siendo ascendido a profesor de física (con mucha oposición) en 1895 y rector en 1896.
Hacia 1900, Arrhenius participó en la creación de los Institutos Nobel y los Premios Nobel . Fue elegido miembro de la Real Academia Sueca de Ciencias en 1901. Durante el resto de su vida, sería miembro del Comité Nobel de Física y miembro de facto del Comité Nobel de Química. Usó sus posiciones para organizar premios para sus amigos ( Jacobus van 't Hoff , Wilhelm Ostwald , Theodore Richards ) y para intentar negárselos a sus enemigos ( Paul Ehrlich , Walther Nernst , Dmitri Mendeleev ). [15] En 1901, Arrhenius fue elegido miembro de la Academia Sueca de Ciencias, contra una fuerte oposición. En 1903 se convirtió en el primer sueco en recibir el Premio Nobel de Química . En 1905, tras la fundación del Instituto Nobel de Investigaciones Físicas en Estocolmo, fue nombrado rector del instituto, cargo que ocupó hasta su jubilación en 1927.
En 1911 ganó el primer premio Willard Gibbs. [dieciséis]
Fue elegido miembro internacional de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en 1908. [17]
Fue elegido miembro honorario de la Sociedad Química de los Países Bajos en 1909. [18]
Se convirtió en miembro extranjero de la Royal Society (ForMemRS) en 1910. [19]
Fue elegido miembro internacional de la Sociedad Filosófica Estadounidense en 1911. [20]
En 1912, fue elegido miembro honorario extranjero de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias [21]
En 1919, se convirtió en miembro extranjero de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos . [22]
Con el tiempo, las teorías de Arrhenius fueron generalmente aceptadas y recurrió a otros temas científicos. En 1902 comenzó a investigar problemas fisiológicos en términos de teoría química. Determinó que las reacciones en los organismos vivos y en el tubo de ensayo seguían las mismas leyes.
En 1904, impartió en la Universidad de California un curso de conferencias cuyo objeto era ilustrar la aplicación de los métodos de la química física al estudio de la teoría de las toxinas y antitoxinas , y que fueron publicadas en 1907 con el título Inmunoquímica . [23] [24] También centró su atención en la geología (el origen de las edades de hielo ), la astronomía , la cosmología física y la astrofísica , explicando el nacimiento del Sistema Solar por colisión interestelar. Consideró que la presión de radiación explicaba los cometas , la corona solar , la aurora boreal y la luz zodiacal .
Pensó que la vida podría haber sido transportada de un planeta a otro mediante el transporte de esporas , teoría ahora conocida como panspermia . [23] [25] Pensó en la idea de una lengua universal , proponiendo una modificación de la lengua inglesa .
Fue miembro de la junta directiva de la Sociedad Sueca de Higiene Racial (fundada en 1909), que respaldaba el mendelismo en ese momento, y contribuyó al tema de los anticonceptivos alrededor de 1910. Sin embargo, hasta 1938 la información y la venta de anticonceptivos estuvieron prohibidas en el Reino de Suecia. . Gordon Stein escribió que Svante Arrhenius era ateo. [26] [27] En sus últimos años escribió tanto libros de texto como libros populares, tratando de enfatizar la necesidad de seguir trabajando en los temas que discutía. En septiembre de 1927 sufrió un ataque de catarro intestinal agudo y murió el 2 de octubre. Fue enterrado en Upsala.
Estuvo casado dos veces, primero con su ex alumna Sofia Rudbeck (1894-1896), con quien tuvo un hijo, Olof Arrhenius , y luego con Maria Johansson (1905-1927), con quien tuvo dos hijas y un hijo.
Arrhenius era abuelo de la bacterióloga Agnes Wold , [28] del químico Svante Wold , [29] y del biogeoquímico oceánico Gustaf Arrhenius . [30]
Al desarrollar una teoría para explicar las edades de hielo , Arrhenius, en 1896, fue el primero en utilizar principios básicos de química física para calcular estimaciones de hasta qué punto los aumentos del dióxido de carbono (CO 2 ) atmosférico aumentarán la temperatura de la superficie de la Tierra a través del efecto invernadero. efecto . [7] [32] [33] Estos cálculos lo llevaron a concluir que las emisiones de CO 2 causadas por el hombre , provenientes de la quema de combustibles fósiles y otros procesos de combustión, son lo suficientemente grandes como para causar el calentamiento global. Esta conclusión ha sido ampliamente probada y ha ganado un lugar en el centro de la ciencia climática moderna. [34] [35] Arrhenius, en este trabajo, se basó en el trabajo anterior de otros científicos famosos, incluidos Joseph Fourier , John Tyndall y Claude Pouillet . Arrhenius quería determinar si los gases de efecto invernadero podrían contribuir a explicar la variación de temperatura entre los períodos glaciales e interglaciares. [36] Arrhenius utilizó observaciones infrarrojas de la luna – realizadas por Frank Washington Very y Samuel Pierpont Langley en el Observatorio Allegheny en Pittsburgh – para calcular cuánta radiación infrarroja (calor) es capturada por el CO 2 y el vapor de agua (H 2 O) en Atmósfera terrestre. Utilizando la "ley de Stefan" (más conocida como ley de Stefan-Boltzmann ), formuló lo que llamó una "regla". En su forma original, la regla de Arrhenius dice lo siguiente:
Aquí, Arrhenius se refiere al CO 2 como ácido carbónico (que se refiere sólo a la forma acuosa H 2 CO 3 en el uso moderno). La siguiente formulación de la regla de Arrhenius todavía se utiliza hoy en día: [37]
¿Dónde está la concentración de CO 2 al comienzo (tiempo cero) del período en estudio (si se usa la misma unidad de concentración para ambos y , entonces no importa qué unidad de concentración se use); es la concentración de CO 2 al final del período en estudio; ln es el logaritmo natural (= log base e ( log e )); y es el aumento de la temperatura, en otras palabras, el cambio en la tasa de calentamiento de la superficie terrestre ( forzamiento radiativo ), que se mide en vatios por metro cuadrado . [37] Derivaciones de modelos de transferencia radiativa atmosférica han encontrado que (alfa) para el CO 2 es 5,35 (± 10%) W/m 2 para la atmósfera terrestre. [38]
Basado en información de su colega Arvid Högbom , [39] Arrhenius fue la primera persona en predecir que las emisiones de dióxido de carbono provenientes de la quema de combustibles fósiles y otros procesos de combustión eran lo suficientemente grandes como para causar el calentamiento global. En su cálculo, Arrhenius incluyó la retroalimentación de los cambios en el vapor de agua así como los efectos latitudinales, pero omitió las nubes, la convección de calor hacia arriba en la atmósfera y otros factores esenciales. Su trabajo se considera actualmente menos como una cuantificación precisa del calentamiento global que como la primera demostración de que los aumentos del CO2 atmosférico causarán calentamiento global, en igualdad de condiciones.
Los valores de absorción de CO 2 de Arrhenius y sus conclusiones fueron criticados por Knut Ångström en 1900, quien publicó el primer espectro moderno de absorción infrarroja de CO 2 con dos bandas de absorción, y publicó resultados experimentales que parecían demostrar que la absorción de radiación infrarroja por el gas en la atmósfera ya estaba "saturada", por lo que agregar más no podía hacer ninguna diferencia. Arrhenius respondió enérgicamente en 1901 ( Annalen der Physik ), descartando la crítica por completo. Abordó brevemente el tema en un libro técnico titulado Lehrbuch der kosmischen Physik (1903). Más tarde escribió Världarnas utveckling (1906) (alemán: Das Werden der Welten [1907], inglés: Worlds in the Making [1908]) dirigido a una audiencia general, donde sugería que la emisión humana de CO 2 sería lo suficientemente fuerte como para evitar que el mundo entre en una nueva edad de hielo y que se necesitaría una Tierra más cálida para alimentar a una población en rápido aumento:
En este momento, la explicación consensuada es que, históricamente, el forzamiento orbital ha marcado el momento de las edades de hielo, con el CO 2 actuando como una retroalimentación amplificadora esencial . [40] [41] Sin embargo, las emisiones de CO 2 desde la revolución industrial han aumentado el CO 2 a un nivel que no se encontraba desde hace 10 a 15 millones de años, cuando la temperatura superficial promedio global era hasta 6 °C (11 °F) más cálida. que ahora y casi todo el hielo se había derretido, elevando el nivel del mar en el mundo a unos 100 pies (30 m) más alto que el actual. [42]
Arrhenius estimó, basándose en los niveles de CO 2 de su época, que reducir los niveles entre 0,62 y 0,55 disminuiría las temperaturas entre 4 y 5 °C (Celsius) y un aumento de 2,5 a 3 veces de CO 2 provocaría un aumento de temperatura de 8 a 10 °C. 9 °C en el Ártico. [32] [43] En su libro Worlds in the Making describió la teoría del "invernadero" de la atmósfera. [44]
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Portal de cienciaSvante Arrhenius (1859-1927), premio Nobel de química (1903), fue un ateo declarado y autor de La evolución de los mundos y otras obras sobre física cósmica.
