Walther Nernst

El nuevo teorema de calor (1926)

Walther Hermann Nernst ForMemRS ()pronunciación alemana: [en español] ()escucha); 25 junio 1864 – 18 noviembre 1941) fue un químico alemán conocido por su trabajo en termodinámica, química física, electroquímica y física del estado sólido. Su formulación del teorema de calor Nernst ayudó a allanar el camino para la tercera ley de la termodinámica, por la que ganó el Premio Nobel de Química de 1920. También es conocido por desarrollar la ecuación Nernst en 1887.

Vida y carrera

Primeros años

Nernst nació en Briesen en Prusia Occidental (ahora Wąbrzeźno, Polonia) de Gustav Nernst (1827–1888) y Ottilie Nerger (1833–1876). Su padre era juez rural. Nernst tenía tres hermanas mayores y un hermano menor. Su tercera hermana murió de cólera. Nernst fue a la escuela primaria en Graudenz. Estudió física y matemáticas en las universidades de Zürich, Berlín, Graz y Würzburg, donde se doctoró en 1887. En 1889 terminó su habilitación en la Universidad de Leipzig.

Atributos personales

Se decía que Nernst tenía una mentalidad mecánica, ya que siempre estaba pensando en formas de aplicar nuevos descubrimientos a la industria. Sus pasatiempos incluían la caza y la pesca. A su amigo Albert Einstein le divertía "su vanidad infantil y su autocomplacencia" "Su propio estudio y laboratorio siempre presentó aspectos de caos extremo que sus compañeros de trabajo llamaron apropiadamente 'el estado de máxima entropía'".

Historia familiar

Nernst se casó con Emma Lohmeyer en 1892 con quien tuvo dos hijos y tres hijas. Ambos hijos de Nernst murieron luchando en la Primera Guerra Mundial. Con sus colegas de la Universidad de Leipzig, Jacobus Henricus van't Hoff y Svante Arrhenius, estaba estableciendo las bases de un nuevo campo de investigación teórico y experimental dentro de la química y sugirió prender fuego a las vetas de carbón no utilizadas para aumentar la temperatura global. Fue un crítico vocal de Adolf Hitler y el nazismo, y dos de sus tres hijas se casaron con hombres judíos. Tras la llegada de Hitler al poder emigraron, uno a Inglaterra y el otro a Brasil.

Carrera

Walther Nernst en 1889.

Nernst comenzó la universidad en Zúrich en 1883, luego, después de un interludio en Berlín, regresó a Zúrich. Escribió su tesis en Graz, donde Boltzmann fue profesor, aunque trabajó bajo la dirección de Ettinghausen. Descubrieron el efecto Nernst: que un campo magnético aplicado perpendicularmente a un conductor metálico en un gradiente de temperatura da lugar a una diferencia de potencial eléctrico. Luego, se mudó a Würzburg con Kohlrausch, donde presentó y defendió su tesis. Ostwald lo reclutó para el primer departamento de química física en Leipzig. Nernst se mudó allí como asistente, trabajando en la termodinámica de las corrientes eléctricas en soluciones. Ascendido a profesor, enseñó brevemente en Heidelberg y luego se mudó a Göttingen. Tres años más tarde, se le ofreció una cátedra en Munich, para mantenerlo en Prusia el gobierno creó una cátedra para él en Göttingen. Allí, escribió un célebre libro de texto Química teórica, que fue traducido al inglés, francés y ruso. También derivó la ecuación de Nernst para el potencial eléctrico generado por concentraciones desiguales de un ion separado por una membrana que es permeable al ion. Su ecuación es ampliamente utilizada en fisiología celular y neurobiología.

La lámpara de filamento eléctrico de carbón que se usaba entonces era tenue y costosa porque requería un vacío en su bombilla. Nernst inventó un radiador de cuerpo sólido con un filamento de óxidos de tierras raras, conocido como el resplandor de Nernst, que sigue siendo importante en el campo de la espectroscopia infrarroja. El calentamiento óhmico continuo del filamento da como resultado la conducción. El resplandor funciona mejor en longitudes de onda de 2 a 14 micrómetros. Da una luz brillante pero solo después de un período de calentamiento. Nernst vendió la patente por un millón de marcos, sabiamente sin optar por regalías porque pronto se introdujo la lámpara de filamento de tungsteno llena de gas inerte. Con sus riquezas, Nernst en 1898 compró el primero de los dieciocho automóviles que tuvo durante su vida y una finca de más de quinientas hectáreas para la caza. Aumentó la potencia de sus primeros automóviles llevando un cilindro de óxido nitroso que podía inyectar en el carburador. Después de dieciocho años productivos en Göttingen, investigando la presión osmótica y la electroquímica y presentando una teoría de cómo conducen los nervios, se mudó a Berlín y recibió el título Geheimrat.

Nernst 1912, retrato de Max Liebermann

En 1905, propuso su "Nuevo teorema del calor", más tarde conocido como la Tercera ley de la termodinámica. Demostró que a medida que la temperatura se acerca al cero absoluto, la entropía se acerca a cero, mientras que la energía libre permanece por encima de cero. Este es el trabajo por el que se le recuerda mejor, ya que permitió a los químicos determinar las energías libres (y, por lo tanto, los puntos de equilibrio) de las reacciones químicas a partir de mediciones de calor. Theodore Richards afirmó que Nernst había robado su idea, pero a Nernst se le atribuye casi universalmente el descubrimiento. Nernst se hizo amigo del Kaiser Wilhelm, a quien persuadió para que fundara el Kaiser Wilhelm Gesellschaft para el Avance de las Ciencias con un capital inicial de once millones de marcos. El laboratorio de Nernst descubrió que a bajas temperaturas los calores específicos caían notablemente y probablemente desaparecerían en el cero absoluto. Esta caída fue predicha para líquidos y sólidos en un artículo de 1909 de Albert Einstein sobre la mecánica cuántica de calores específicos a temperaturas criogénicas. Nernst quedó tan impresionado que viajó hasta Zúrich para visitar a Einstein, que era relativamente desconocido en Zúrich en 1909, por lo que la gente decía: "Einstein debe ser un tipo inteligente si el gran Nernst viene desde Berlín hasta Zurich para hablar con él." Nernst y Planck presionaron para establecer una cátedra especial en Berlín y Nernst donó a su dotación. En 1913 viajaron a Suiza para persuadir a Einstein de que lo aceptara; un trabajo de ensueño: una cátedra nombrada en la mejor universidad de Alemania, sin deberes docentes, dejándolo libre para la investigación.

En 1911, Nernst y Max Planck organizaron la primera Conferencia Solvay en Bruselas. Al año siguiente, el pintor impresionista Max Liebermann pintó su retrato.

En 1914, los Nernst estaban entreteniendo a compañeros de trabajo y estudiantes que habían traído a su finca en un vagón de tren privado cuando se enteraron de que se había declarado la guerra. Sus dos hijos mayores ingresaron al ejército, mientras que el padre se alistó en el cuerpo de conductores voluntarios. Apoyó al ejército alemán contra las acusaciones de barbarie de su oponente al firmar el Manifiesto de los Noventa y Tres. El 21 de agosto de 1914, envió documentos desde Berlín al comandante del ala derecha alemana en Francia, avanzando con ellos durante dos semanas hasta que pudo ver el resplandor de las luces de París por la noche. La marea cambió en la batalla del Marne. Cuando comenzó el estancamiento en las trincheras, regresó a casa. Se puso en contacto con el coronel Max Bauer, el oficial de estado mayor responsable de las municiones, con la idea de expulsar a los defensores de sus trincheras con proyectiles lanzando gases lacrimógenos. Cuando se probó su idea, uno de los observadores fue Fritz Haber, quien argumentó que se necesitarían demasiados proyectiles, que sería mejor liberar una nube de gas venenoso más pesado que el aire; el primer ataque con una nube de cloro el 22 de abril de 1915 no fue apoyado por un fuerte ataque de infantería, por lo que la posibilidad de que el gas rompiera el estancamiento había desaparecido irrevocablemente. Nernst recibió la Cruz de Hierro de segunda clase. Como Asesor Científico del Estado Mayor en el Ejército Imperial Alemán, dirigió la investigación sobre explosivos, gran parte de la cual se realizó en su laboratorio, donde desarrollaron perclorato de guanidina. Luego trabajó en el desarrollo de morteros de trinchera. Fue condecorado con la Cruz de Hierro de primera clase y posteriormente con el Pour le Mérite. Cuando el alto mando estaba considerando desencadenar una guerra submarina sin restricciones, le pidió al Kaiser una oportunidad para advertir sobre el enorme potencial de Estados Unidos como adversario. No quisieron escuchar, Ludendorff lo reprendió a gritos por "tonterías incompetentes". Publicó su libro Los fundamentos del nuevo teorema del calor. Ambos hijos habían muerto en el frente.

En 1918, después de estudiar fotoquímica, propuso la teoría de la reacción atómica en cadena. Afirmó que cuando una reacción en la que se forman átomos libres que pueden descomponer las moléculas objetivo en más átomos libres daría como resultado una reacción en cadena. Su teoría está íntimamente relacionada con el proceso natural de Fisión Nuclear.

En 1920, él y su familia huyeron brevemente al extranjero porque era uno de los científicos en la lista aliada de criminales de guerra. Más tarde ese año recibió el Premio Nobel de química en reconocimiento a su trabajo sobre termoquímica. Fue elegido Rector de la Universidad de Berlín para 1921-1922. Estableció una agencia para canalizar fondos gubernamentales y privados a jóvenes científicos y se negó a convertirse en embajador en los Estados Unidos. Durante dos infelices años, fue presidente del Physikalisch-Technische Reichsanstalt (Laboratorio Nacional de Física), donde no pudo hacer frente a la "mezcla de mediocridad y burocracia". En 1924, se convirtió en director del Instituto de Química Física de Berlín.

En 1927, la disminución del calor específico a bajas temperaturas se extendió a los gases. Estudió las teorías de los rayos cósmicos y la cosmología.

Aunque un comunicado de prensa lo describió como "completamente antimusical", Nernst desarrolló un piano eléctrico, el "Neo-Bechstein-Flügel" en 1930 en asociación con las empresas Bechstein y Siemens, sustituyendo la caja de resonancia por amplificadores de válvulas. El piano usaba pastillas electromagnéticas para producir un sonido amplificado y modificado electrónicamente de la misma manera que una guitarra eléctrica. De hecho, fue pianista, acompañando en ocasiones al violín de Einstein.

En 1933, Nernst se enteró de que un colega, con quien esperaba colaborar, había sido despedido del departamento por ser judío. Nernst inmediatamente viajó en taxi para ver a Haber para solicitar un puesto en su Instituto, que no estaba controlado por el gobierno, solo para enterarse de que Haber se mudaría a Inglaterra. Pronto, Nernst estuvo en problemas por negarse a completar un formulario del gobierno sobre sus orígenes raciales. Se retiró de su cátedra pero fue despedido de la junta del Instituto Kaiser Wilhelm. Vivía tranquilamente en el campo; en 1937 viajó a Oxford para recibir un doctorado honoris causa, visitando también a su hija mayor, su esposo y sus tres nietos. Nernst sufrió un ataque cardíaco severo en 1939. Murió en 1941 en Gau, Baja Silesia, Prusia Oriental (ahora Niwica, Polonia) y fue enterrado tres veces. Fue enterrado por primera vez cerca del lugar de su muerte. Sin embargo, sus restos fueron trasladados a Berlín, donde fue enterrado por segunda vez. Finalmente fueron trasladados nuevamente y enterrados cerca de Max Planck, Otto Hahn y Max von Laue en Göttingen, Alemania.

Honores

En 1923, el botánico Ignatz Urban publicó Nernstia, que es un género de plantas con flores de México, en la familia Rubiaceae y nombrado en su honor.

Publicaciones

• Walther Nernst, "Razonamiento de la química teórica: Nueve documentos (1889-1921)" (Ger., Begründung der Theoretischen Chemie: Neun Abhandlungen, 1889-1921). Frankfurt am Main: Verlag Harri Deutsch, c. 2003. ISBN 3-8171-3290-5
• Walther Nernst, "Las bases teóricas y experimentales del nuevo teorema de calor" (Ger., Die theoretischen und experimentellen Grundlagen des neuen Wärmesatzes). Halle [Ger.] W. Knapp, 1918 [tr. 1926]. [ed., this is a list of thermodynamical papers from the physico-chemical institute of the University of Berlin (1906-1916); Traducción disponible por Guy Barr LCCN 27-2575
• Walther Nernst, "Química Teórica desde el punto de vista de la ley de Avogadro y la termodinámica" (Ger., Theoretische Chemie vom Standpunkte der Avogadroschen Regel und der Thermodynamik). Stuttgart, F. Enke, 1893 [5a edición, 1923]. LCCN po28-417

Fuentes citadas

• Stone, A. Douglas (2013) Einstein y el Quantum. Princeton University Press. ISBN 1-4915-3104-5