William A. Klemperer (6 de octubre de 1927 - 5 de noviembre de 2017) fue un químico , físico químico y espectroscopista molecular estadounidense . Klemperer es más conocido por introducir métodos de haz molecular en la investigación de la física química, aumentando en gran medida la comprensión de las interacciones no enlazantes entre átomos y moléculas a través del desarrollo de la espectroscopia de microondas de moléculas de van der Waals formadas en expansiones supersónicas, siendo pionero en la astroquímica , incluido el desarrollo de los primeros modelos químicos en fase gaseosa de nubes moleculares frías que predijeron una abundancia del ion molecular HCO + que luego fue confirmado por la radioastronomía . [1]
Bill Klemperer nació en la ciudad de Nueva York en 1927 como hijo de dos médicos. Él y su hermano menor se criaron en Nueva York y New Rochelle. [2] Se graduó de la escuela secundaria de New Rochelle en 1944 y luego se alistó en el Cuerpo Aéreo de la Marina de los EE. UU. , donde se entrenó como artillero de cola . [1] [2] Obtuvo una licenciatura en la Universidad de Harvard en 1950, especializándose en química, y obtuvo un doctorado en química física bajo la dirección de George C. Pimentel en la Universidad de California, Berkeley , a principios de 1954. [1]
Después de un semestre como profesor en Berkeley, Bill regresó a Harvard en julio de 1954. Aunque su nombramiento inicial fue como instructor de química analítica , un puesto que se consideraba poco probable que condujera a un puesto en la facultad, [1] [2] fue nombrado profesor titular en 1965. [1] Ha permanecido asociado con Harvard Chemistry a lo largo de una larga carrera. Pasó 1968-69 en un año sabático en la Universidad de Cambridge [2] y 1979-81 como Director Asistente de Ciencias Matemáticas y Físicas en la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU . Fue científico visitante en Bell Laboratories . También se desempeñó como asesor de la NASA . [1] Klemperer se convirtió en profesor emérito en 2002, pero permaneció activo tanto en investigación como en docencia. [3]
Los primeros trabajos de Klemperer se centraron en la espectroscopia infrarroja de pequeñas moléculas que sólo son estables en fase gaseosa a altas temperaturas. Entre ellas se encuentran los haluros alcalinos, para muchos de los cuales obtuvo los primeros espectros vibracionales. El trabajo proporcionó datos estructurales básicos para muchos óxidos y fluoruros, y dio una idea de los detalles de la unión. También llevó a Klemperer a reconocer el potencial de los haces moleculares en la espectroscopia, y en particular el uso de la técnica de resonancia eléctrica para abordar problemas fundamentales en química estructural. [4]
Klemperer introdujo la técnica de enfriamiento supersónico como herramienta espectroscópica, [5] lo que aumentó la intensidad de los haces moleculares y también simplificó los espectros.
Klemperer ayudó a fundar el campo de la química interestelar. En el espacio interestelar, las densidades y las temperaturas son extremadamente bajas, y todas las reacciones químicas deben ser exotérmicas, sin barreras de activación. La química está impulsada por reacciones ion-molécula, y el modelado de Klemperer [6] de las que ocurren en las nubes moleculares ha llevado a una comprensión notablemente detallada de su rica química altamente no equilibrada. Klemperer asignó al HCO + como el portador de la misteriosa pero universal línea radioastronómica "X-ogen" a 89,6 GHz, [7] que había sido reportada por D. Buhl y LE Snyder. [8]
Klemperer llegó a esta predicción tomándose en serio los datos. Los datos del radiotelescopio mostraban una transición aislada sin desdoblamiento hiperfino; por lo tanto, no había núcleos en el portador de la señal con espín de uno o mayor ni era un radical libre con un momento magnético. El HCN es una molécula extremadamente estable y, por lo tanto, su análogo isoelectrónico, HCO + , cuya estructura y espectros podrían predecirse bien por analogía, también sería estable, lineal y tendría un espectro fuerte pero escaso. Además, los modelos químicos que estaba desarrollando predijeron que el HCO + sería una de las especies moleculares más abundantes. Los espectros de laboratorio del HCO + (tomados más tarde por Claude Woods et al. , [9] ) le dieron la razón y, por lo tanto, demostraron que los modelos de Herbst y Klemperer proporcionaban un marco predictivo para nuestra comprensión de la química interestelar.
El mayor impacto del trabajo de Klemperer ha sido en el estudio de las fuerzas intermoleculares , un campo de importancia fundamental para toda la ciencia molecular y nano. Antes de que Klemperer introdujera la espectroscopia con haces supersónicos, los espectros de especies débilmente ligadas eran casi desconocidos, ya que se habían restringido a los dímeros de unos pocos sistemas muy ligeros. Las mediciones de dispersión proporcionaban potenciales intermoleculares precisos para sistemas átomo-átomo, pero, en el mejor de los casos, proporcionaban solo información limitada sobre la anisotropía de los potenciales átomo-molécula.
Klemperer previó que podría sintetizar dímeros de casi cualquier par de moléculas que pudiera diluir en su haz y estudiar su estructura de energía mínima con exquisito detalle mediante espectroscopia rotacional. Más tarde, Klemperer y muchos otros extendieron esta técnica a otras regiones espectrales y han cambiado cualitativamente las preguntas que se podían plantear. Hoy en día, es habitual que los espectroscopistas de microondas e infrarrojos sigan su "síntesis en dos pasos" [10] para obtener el espectro de un complejo débilmente enlazado: "Compra los componentes y amplía". Klemperer cambió literalmente el estudio de las fuerzas intermoleculares entre moléculas, pasando de ser una ciencia cualitativa a una cuantitativa.
El dímero de fluoruro de hidrógeno fue el primer complejo con enlaces de hidrógeno que se estudió con estas nuevas técnicas [11] , y fue un rompecabezas. En lugar del espectro simple de rotor rígido, que habría producido una transición de 1 a 0 a 12 GHz, la transición de frecuencia más baja se observó a 19 GHz. Argumentando por analogía con el conocido espectro de inversión de efecto túnel del amoníaco, Klemperer reconoció que la clave para comprender el espectro era reconocer que HF–HF estaba experimentando un efecto túnel cuántico hacia FH–FH, intercambiando los roles de donador y aceptor de protones.
Cada nivel rotacional se dividió en dos estados de tunelización, con una separación de energía igual a la tasa de tunelización dividida por la constante de Planck . Todas las transiciones de microondas observadas implicaron un cambio simultáneo en la energía rotacional y de tunelización. La frecuencia de tunelización es extremadamente sensible a la altura y la forma de la barrera de interconversión y, por lo tanto, muestrea el potencial en las regiones clásicamente prohibidas. Las divisiones de tunelización resueltas demostraron ser comunes en los espectros de dímeros moleculares débilmente unidos.
Bill Klemperer ha recibido numerosos premios y honores, entre los que se incluyen: