Agnes Pockels

Agnes Luise Wilhelmine Pockels (14 de febrero de 1862 – 21 de noviembre de 1935) fue una química alemana cuyas investigaciones fueron fundamentales para establecer la disciplina moderna conocida como ciencia de superficies, que describe las propiedades de las superficies líquidas y sólidas. e interfaces.

Pockels se interesó en la investigación fundamental de la ciencia de superficies a través de observaciones de jabones y agua con jabón en su propia casa mientras lavaba los platos. Ideó una técnica de equilibrio de película superficial para estudiar el comportamiento de moléculas como jabones y tensioactivos en las interfaces aire-líquido. A partir de estos estudios, Pockels definió el "Punto Pockels" que es el área mínima que puede ocupar una sola molécula en películas monomoleculares.

Pockels era un autodidacta. Ella no era una científica profesional remunerada y no tenía afiliación institucional, por lo que es un ejemplo de científica ciudadana.

Por el contrario, su hermano Friedrich Carl Alwin Pockels, para quien se nombró el efecto Pockels, fue profesor de física teórica en la Universidad de Heidelberg.

Vida temprana y educación

Pockels nació en Venecia, Imperio austríaco, en 1862. En ese momento, Venecia estaba bajo dominio austriaco, y Pockels' Su padre sirvió en el ejército austríaco. Cuando enfermó, la familia se mudó en 1871 a Brunswick, que formaba parte del naciente Imperio Alemán. Allí, Pockels asistió a la Escuela Secundaria Municipal para Niñas. 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 afirmó que "tenía un interés apasionado por las ciencias naturales, especialmente la física, y me hubiera gustado estudiar". (Agnes Pockels, traducido por Giles de Autobiographical Notes en W. Ostwald, 1932).

Como niño, Pockels estaba interesado en la ciencia, especialmente la física. En esos días, las mujeres de Alemania no tienen acceso a las universidades. Pockels estudió ciencia en casa mientras cuidaba a sus padres. El hermano menor de Pockels Friedrich Carl Alwin Pockels estudió física en la Universidad de Göttingen, completando su grado allí. Friedrich compartió libros de texto de la universidad con Agnes Pockels para ayudar a su estudio desde casa. Más tarde compartió literatura académica con Agnes Pockels para avanzar en sus estudios.

Investigaciones científicas

Hallazgos iniciales

A través de sus experiencias en las tareas domésticas, especialmente lavando platos, Pockels se interesó por el efecto de los jabones en el agua y, más en general, por el efecto de las impurezas en el agua y el agua con jabón. A los 18 años, como química aficionada, comenzó a realizar experimentos en su casa para comprender las propiedades físicas del agua y las impurezas.

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, se trataba de una artesa, hecha de metal y de forma rectangular, de aproximadamente 70 centímetros (cm) de largo, 5 cm de ancho y 2 cm de profundidad. El abrevadero estaba lleno de agua. Se colocó una tira de metal de aproximadamente 1,5 cm de ancho encima del agua a lo ancho del canal para dividir la superficie del agua en dos partes. Había una regla a lo largo de la artesa de modo que la posición de la tira de metal, y por lo tanto el área de superficie de cada una de las dos partes de la artesa, pudiera determinarse a medida que la tira se movía a lo largo de la artesa.

Pockels desarrolló aún más su aparato colocando un pequeño disco (normalmente de 6 milímetros de diámetro), como un botón, en la superficie del agua del bebedero. Luego usó una báscula (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 de agua pura con agua que contenía impurezas, ideó una medida directa de la tensión superficial. Este aparato le permitió investigar las fuerzas superficiales de películas monomoleculares, la tensión superficial de emulsiones y soluciones, el efecto de las impurezas en las propiedades físicas del agua y le proporcionó una comprensión de la surfactancia.

Bolsillos' Diseño de canal deslizante basado en los hallazgos anteriores del método de placas de Ludwig Wilhelmy para medir la tensión superficial. Pockels' El diseño influyó en investigadores posteriores que mejoraron el método, lo que llevó al moderno canal Langmuir-Blodgett, que se utiliza ampliamente en la ciencia de coloides y superficies en la época contemporánea.

Bolsillos' determinación de puntos

Pockels utilizó su canal deslizante para evaluar el efecto de pequeñas cantidades de impurezas en el agua. Estas impurezas eran típicamente 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 podrían tener un gran efecto sobre la tensión superficial del agua, en comparación con el agua pura.

En particular, Pockels estudió agua jabonosa. Los saltos son ejemplos de surfactantes, que son moléculas que tienen una porción hidrofílica de la molécula, mientras que el resto es hidrofóbico. Estos son insolubles en el agua y tienden a residir en la superficie del agua. Al colocar pequeñas cantidades de los surfactantes en su trose deslizante, Pockels encontró que el efecto sobre la tensión superficial era pequeño. Sin embargo, una vez que el deslizador sobre la superficie del trough pasó un cierto punto, el efecto sobre la tensión superficial fue grande. Cuando trazó la tensión superficial en un eje de un gráfico en comparación con la posición de la barra deslizante en su corredera deslizante, la representación gráfica era un isotérmico de compresión.

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 tensioactivo. Pockels descubrió además que este punto umbral es el mismo para una variedad de jabones tensioactivos. Como sabía cuánto surfactante había en su canal deslizante, así como el área cubierta por la película 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 Ų). Más tarde, a medida que sus investigaciones se dieron a conocer en la comunidad científica, esta zona determinada por el canal deslizante pasó a conocerse como Pockels Point.

Primera publicación

En 1891, aproximadamente diez años después de que Pockels' Las primeras mediciones de la tensión superficial, a través de su hermano Friedrich Pockels, se dio cuenta de que John William Strutt, tercer barón Rayleigh [Lord Rayleigh] estaba publicando estudios sobre el efecto de pequeñas cantidades de aceites en la superficie del agua. Para ella estaba claro que la investigación de Lord Rayleigh estaba estrechamente relacionada con la suya. Animada por su hermano, Agnes Pockels 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. Pockels' La correspondencia original con Rayleigh estaba en idioma alemán y fue traducida para Rayleigh por su esposa. En un acto de generosidad y sin verse amenazado por la correspondencia de un aficionado desconocido, Rayleigh le remitió a Pockels su carta. hallazgos a la revista Nature con una carta de presentación adecuada para que Pockels' conclusiones que se publicarán. Su primer artículo fue "Tensión superficial", describiendo sus medidas y hallazgos con su canal deslizante.

La carta a Lord Rayleigh fue descrita en un artículo de una revista de 1971 sobre el origen del equilibrio de la película superficial como "un hito en la historia de la química de superficies". Lord Rayleigh conservó su correspondencia y la carta que Pockels le dirigió el 10 de enero de 1891 comenzaba:

"Mi Señor, - ¿Disculpe amablemente mi ventura para molestarle con una carta alemana sobre un tema científico? Habiendo oído hablar de las fructíferas investigaciones realizadas por usted el año pasado sobre las propiedades poco comprendidas de las superficies de agua, pensé que podría interesarle conocer mis propias observaciones sobre el tema. Por varias razones no estoy en condiciones de publicarlas en revistas científicas, y por lo tanto adopto este medio de comunicarles a ustedes los más importantes de ellos".

El cuerpo de la carta de Pockels a Rayleigh luego describe su método de canal deslizante, sus hallazgos iniciales y su evaluación de las limitaciones de sus métodos experimentales. El cierre de su carta decía:

"Pensé que no debía retener de ustedes estos hechos que he observado, aunque no soy un físico profesional; y otra vez rogando que disculpe mi audacia, me quedo, con sincero respeto,
Tuyo fielmente,
Agnes Pockels

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 de presentación decía:

"Seré obligado si usted puede encontrar espacio para la traducción adjunta de una carta interesante que he recibido de una señora alemana, que con aparatos muy hogareños ha llegado a resultados valiosos respetando el comportamiento de las superficies de agua contaminadas. La parte anterior de la carta de la Srta. Pockels cubre casi el mismo terreno que algunos de mis trabajos recientes, y en las principales armonías con él. Las secciones posteriores me parecen muy sugestivas, planteando, si no responden completamente, muchas preguntas importantes. Espero pronto encontrar la oportunidad de repetir algunos de los experimentos de la Srta. Pockels".

La biografía de Pockels escrita por Ostwald informa que Pockels inicialmente se había acercado a físicos de la Universidad de Göttingen sobre sus hallazgos y no recibió ninguna expresión de interés.

Carrera posterior

Tras la primera publicación, Pockels' Los estudios de películas superficiales se aceleraron. Continuó manteniendo correspondencia con Lord Rayleigh. Estas comunicaciones enfatizaron sus hallazgos sobre la importancia de la pureza y limpieza del equipo, incluido el reconocimiento de dificultades en su propia experimentación con respecto a una contaminación no reconocida previamente.

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 en 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 en 13 Å. Con la ayuda de Lord Rayleigh, la segunda publicación de Pockels apareció en la revista Nature en 1892.

Pockels describió el efecto calmante que los aceites pueden tener en los cuerpos de agua, un efecto investigado por primera vez en la literatura publicada por Benjamin Franklin. Su investigación se extendió a investigaciones de otros fenómenos superficiales, incluida la capilaridad y los ángulos de contacto.

Pockels publicó 14 artículos científicos, la mayoría en revistas alemanas, el último de ellos en 1926. Finalmente fue reconocida como pionera en el campo emergente de la ciencia de superficies. 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 cesó la investigación original.

Pockels nunca recibió un nombramiento formal para sus esfuerzos científicos. Sin embargo, publicó varios artículos académicos y finalmente recibió el 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 primero con un botón y una bandeja delgada, de una joven de 18 años que no había tenido ninguna formación científica formal."

Vida personal

Pockels pasó gran parte de su vida cuidando a sus padres enfermos, lo que, según ella, era "un gran desafío". Su padre murió en 1906 y su madre murió en 1914. En ese momento, Pockels tenía mala salud y necesitaba permanecer por un tiempo en un sanatorio. Viajó por Europa por placer. Durante Pockels' Años más tarde, fue conocida por su papel de tía, "Tía Agnes".

Pockels murió en 1935 en Brunswick, Alemania, en la ciudad donde había vivido durante toda su carrera.

Premios y legado

En 1931, junto con Henri Devaux, Pockels recibió el premio Laura R. Leonard de la Colloid Society [de ]. Al año siguiente, la Universidad Tecnológica de Braunschweig le otorgó un doctorado honoris causa, siendo la primera mujer en recibir tal premio.

Utilizando una versión mejorada de este portaobjetos, el químico estadounidense Irving Langmuir hizo descubrimientos adicionales sobre las propiedades de las moléculas de superficie, lo que le valió el Premio Nobel de Química en 1932. Pockels' El dispositivo es un antecedente directo de la depresión de Langmuir-Blodgett, desarrollado más tarde por Langmuir y la física Katharine Blodgett.

Desde 1993, la Universidad Técnica de Braunschweig otorga la Medalla Agnes Pockels a las personas que han avanzado en la Universidad Técnica de Braunschweig, destacando a aquellos que han promovido la enseñanza y la investigación, especialmente a las mujeres.

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 en la búsqueda de las ciencias naturales. Hace hincapié en los niños menores de 10 años, especialmente las niñas. En este laboratorio, los niños experimentan el aprendizaje práctico, muy parecido a un oficio, sin conocimientos teóricos ni instrumentación avanzada.

Lord Rayleigh guardaba la correspondencia que recibía de Pockels y su hermano Friedrich Pockels. Pockels llevó un diario. Estos documentos y fotografías de la familia Pockels se conservaron en la biblioteca de la Royal Society of Chemistry en Burlington House. Con motivo del evento de Pockels' En 1932, cuando cumplió 70 años, el químico coloidal alemán Wolfgang Ostwald publicó una biografía de Pockels. El artículo de Ostwald incluye una lista de sus publicaciones y un resumen de varias de ellas. También incluye pasajes autobiográficos de Pockels. Su cuñada Elisabeth (la esposa de Friedrich Pockels) también publicó una biografía de Pockels, enfatizando su vida personal.

Publicaciones

• "La tensión superficial", (1891) Naturaleza, 46, 437.
• "Sobre la contaminación relativa de la superficie de agua por cantidades iguales de diferentes sustancias", (1892) Naturaleza 47, 418.
• "Relaciones entre la tensión superficial y la contaminación relativa de las superficies de agua", (1893) Naturaleza, 48, 152.
• "Sobre la propagación del petróleo sobre el agua", (1894) Naturaleza 50, 223.
• "Beobachtungen über die Adhäsion verschiedener Flüssigkeiten an Glas", (Observaciones sobre la adhesión de diferentes líquidos en vidrio), (1898) Naturwissenschaftliche Rundschau, 14, 190.
• "Randwinkel gesättigter Lösungen an Kristallen" (Ángulos de contacto de soluciones saturadas en cristales), (1899), Naturwissenschaftliche Rundschau14, 383.
• "Untersuchungen von Grenzflächenspannungen mit der Cohäsionswaage", (Investigations of the Surface Tension with the Cohesion Balance), (1899) Annalen der Physik, 67, 668.
• "Über das spontane Sinken der Oberflächenspannung von Wasser, wässerigen Lösungen und Emulsionen", (Sobre el descenso espontáneo de la tensión superficial del agua, soluciones acuosas y emulsiones), (1902) Annalen der Physik8, 854.
• "Über Randwinkel und Ausbreitung von Flüssigkeiten auf festen Körpern" (On Contact Angles and the Flow of Fluids on Solid Bodies), (1914) Physikalische Zeitschrift, 15, 39.
• "Zur Frage der zeitlichen Veränderung der Oberflächenspannun" (Sobre los cambios de la tensión superficial con el tiempo), (1916) Physikalische Zeitschrift, 17, 141
• "Über die Ausbreitung reiner und gemischter Flüssigkeiten auf Wasser" (Sobre la propagación de líquidos puros y mixtos sobre el agua) (1916) Physikalische Zeitschrift17, 142.
• "Die Anomalie der Wasseroberfläche" (El Estado anómalo de la superficie del agua) (1917) Die Naturwissenschaften5, 137 u 149.
• "Zur Frage der Ölflecke auf Seen" (Sobre las estatuas de aceite en los lagos) (1918) Die Naturwissenschaften, 6, 118.
• "La medición de la tensión superficial con el equilibrio" (1926) Ciencia 64, 304.

Recursos adicionales

• C.H. Giles y S.D. Forrester, "Los orígenes del balance superficial: Estudios en la historia temprana de la química superficial, parte 3", Química e Industria, págs. 43 a 53 (9 de enero de 1971). (Nota: Este artículo contiene una de las historias más detalladas de Agnes Pockels, incluyendo fotos de ella y su familia.)
• Charles Tanford, Ben Franklin aceleró las olas: Una historia informal de derramar aceite sobre el agua con reflexiones sobre los altibajos de la vida científica en general, Oxford University Press, 2004.
• M. Elizabeth Derrick, "Agnes Pockels, 1862-1935", Journal of Chemical Education, vol. 59, no. 12, págs. 1030 a 1031 (Dec. 1982).
• Andrea Kruse y Sonja M. Schwarzl. "Zum Beispiel Agnes Pockels." En: Nachrichten aus der Chemie, 06, 2002.