Irving Langmuir

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Irving Langmuir (31 de enero de 1881 – 16 de agosto de 1957) fue un químico, físico e ingeniero estadounidense. Recibió el Premio Nobel de Química en 1932 por sus trabajos en química de superficies.

Irving Langmuir
Irving Langmuir

La publicación más famosa de Langmuir es el artículo de 1919 «The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules» (La disposición de los electrones en los átomos y las moléculas) en el que, basándose en la teoría del átomo cúbico de Gilbert N. Lewis y en la teoría del enlace químico de Walther Kossel, esbozó su «teoría concéntrica de la estructura atómica». Langmuir se vio envuelto en una disputa de prioridades con Lewis por este trabajo; las habilidades de presentación de Langmuir fueron en gran parte responsables de la popularización de la teoría, aunque el crédito de la teoría en sí misma pertenece principalmente a Lewis.

Mientras estuvo en General Electric, de 1909 a 1950, Langmuir avanzó en varios campos de la física y la química, inventó la lámpara incandescente llena de gas y la técnica de soldadura de hidrógeno. El Laboratorio Langmuir para la Investigación Atmosférica, cerca de Socorro (Nuevo México), fue bautizado en su honor, al igual que la revista de la Sociedad Química Americana para la ciencia de las superficies, llamada Langmuir.

Biografía

Primeros años

Irving Langmuir nació en Brooklyn, Nueva York, el 31 de enero de 1881. Fue el tercero de los cuatro hijos de Charles Langmuir y Sadie, de soltera Comings. Durante su infancia, los padres de Langmuir le animaron a observar cuidadosamente la naturaleza y a llevar un registro detallado de sus diversas observaciones. Cuando Irving tenía once años, se descubrió que tenía mala vista. Cuando se corrigió este problema, se revelaron detalles que antes se le habían escapado, y su interés por las complicaciones de la naturaleza aumentó.

Durante su infancia, Langmuir recibió la influencia de su hermano mayor, Arthur Langmuir. Arthur era un químico investigador que animó a Irving a sentir curiosidad por la naturaleza y por el funcionamiento de las cosas. Arthur ayudó a Irving a montar su primer laboratorio de química en un rincón de su habitación, y se contentó con responder a las innumerables preguntas que Irving le planteaba. Las aficiones de Langmuir incluían el montañismo, el esquí, pilotar su propio avión y la música clásica. Además de su interés profesional por la política de la energía atómica, se preocupaba por la conservación de la naturaleza.

muir sosteniendo un recipiente de vacío utilizado para sus diversos experimentos realizados a baja presión
muir sosteniendo un recipiente de vacío utilizado para sus diversos experimentos realizados a baja presión

Educación de Langmuir

Irving Langmuir asistió a varias escuelas e institutos en Estados Unidos y París (1892-1895) antes de graduarse en la Academia Chestnut Hill (1898), una escuela privada de élite situada en la acomodada zona de Chestnut Hill, en Filadelfia. Se licenció en ingeniería metalúrgica (Met.E.) en la Escuela de Minas de la Universidad de Columbia en 1903. Se doctoró en 1906 con Friedrich Dolezalek en Göttingen, por las investigaciones realizadas con el «resplandor de Nernst», una lámpara eléctrica inventada por éste. Su tesis doctoral se tituló «Sobre la recombinación parcial de los gases disueltos durante el enfriamiento». Posteriormente realizó trabajos de postgrado en química. Langmuir dio clases en el Instituto Tecnológico Stevens de Hoboken (Nueva Jersey) hasta 1909, cuando empezó a trabajar en el laboratorio de investigación de General Electric (Schenectady, Nueva York).

Aportes científicos

Sus primeras aportaciones a la ciencia proceden de su estudio de las bombillas (continuación de su trabajo de doctorado). Su primer gran desarrollo fue la mejora de la bomba de difusión, que finalmente condujo a la invención de los tubos rectificadores y amplificadores de alto vacío. Un año más tarde, él y su colega Lewi Tonks descubrieron que la vida útil de un filamento de tungsteno podía alargarse enormemente llenando la bombilla con un gas inerte, como el argón, siendo el factor crítico (pasado por alto por otros investigadores) la necesidad de una limpieza extrema en todas las etapas del proceso.

También descubrió que retorcer el filamento en una bobina apretada mejoraba su eficacia. Estos fueron avances importantes en la historia de la bombilla incandescente. Su trabajo en química de superficies comenzó en este punto, cuando descubrió que el hidrógeno molecular introducido en una bombilla de filamento de tungsteno se disociaba en hidrógeno atómico y formaba una capa de un átomo de espesor en la superficie de la bombilla.

Su ayudante en la investigación de los tubos de vacío fue su primo William Comings White.

Al seguir estudiando los filamentos en el vacío y en diferentes entornos gaseosos, comenzó a estudiar la emisión de partículas cargadas de los filamentos calientes (emisión termoiónica). Fue uno de los primeros científicos en trabajar con plasmas, y fue el primero en llamar a estos gases ionizados con ese nombre porque le recordaban al plasma sanguíneo. Langmuir y Tonks descubrieron las ondas de densidad de electrones en los plasmas, que ahora se conocen como ondas de Langmuir.

Introdujo el concepto de temperatura de los electrones y en 1924 inventó el método de diagnóstico para medir tanto la temperatura como la densidad con una sonda electrostática, ahora llamada sonda de Langmuir y comúnmente utilizada en la física del plasma. La corriente de una punta de sonda polarizada se mide en función del voltaje de polarización para determinar la temperatura y la densidad del plasma local. También descubrió el hidrógeno atómico, que puso en práctica al inventar el proceso de soldadura con hidrógeno atómico; la primera soldadura por plasma jamás realizada. Desde entonces, la soldadura por plasma se ha convertido en la soldadura por arco de tungsteno con gas.

En 1917, publicó un artículo sobre la química de las películas de aceite que posteriormente se convirtió en la base para la concesión del Premio Nobel de Química de 1932. Langmuir teorizó que los aceites formados por una cadena alifática con un grupo final hidrofílico (quizás un alcohol o un ácido) se orientaban como una película de una molécula de grosor sobre la superficie del agua, con el grupo hidrofílico abajo en el agua y las cadenas hidrofóbicas agrupadas en la superficie. El grosor de la película podía determinarse fácilmente a partir del volumen y el área conocidos del aceite, lo que permitía investigar la configuración molecular antes de que se dispusiera de técnicas espectroscópicas.

Últimos años de Irving Langmuir

Tras la Primera Guerra Mundial, Langmuir contribuyó a la teoría atómica y a la comprensión de la estructura atómica al definir el concepto moderno de niveles de valencia e isótopos.

Basándose en su trabajo en General Electric, John B. Taylor desarrolló un detector que ionizaba haces de metales alcalinos, llamado actualmente detector Langmuir-Taylor. En 1927, fue uno de los participantes de la quinta Conferencia de Física de Solvay que tuvo lugar en el Instituto Internacional de Física de Solvay en Bélgica.

Se unió a Katharine B. Blodgett para estudiar las películas finas y la adsorción superficial. Introdujeron el concepto de monocapa (una capa de material de una molécula de grosor) y la física bidimensional que describe dicha superficie. En 1932 recibió el Premio Nobel de Química «por sus descubrimientos e investigaciones en química de superficies». En 1938, los intereses científicos de Langmuir empezaron a orientarse hacia la ciencia atmosférica y la meteorología. Uno de sus primeros trabajos, aunque tangencialmente relacionado, fue una refutación de la afirmación del entomólogo Charles H. T. Townsend de que la mosca del ciervo volaba a velocidades superiores a los 800 kilómetros por hora. Langmuir estimó la velocidad de la mosca en 25 millas por hora.

Tras observar hileras de algas a la deriva en el mar de los Sargazos, descubrió una circulación superficial en la mar impulsada por el viento. Ahora se denomina circulación de Langmuir.

Durante la Segunda Guerra Mundial, Irving Langmuir trabajó en la mejora del sonar naval para la detección de submarinos y, más tarde, en el desarrollo de cortinas de humo protectoras y métodos para descongelar las alas de los aviones. Estas investigaciones le llevaron a teorizar que la introducción de hielo seco y yoduro en una nube suficientemente húmeda y de baja temperatura podía inducir precipitaciones (siembra de nubes); aunque en la práctica frecuente, sobre todo en Australia y la República Popular China, la eficacia de esta técnica sigue siendo controvertida hoy en día.

En 1953, Langmuir acuñó el término «ciencia patológica», que describe la investigación realizada de acuerdo con el método científico, pero viciada por sesgos inconscientes o efectos subjetivos. Esto contrasta con la pseudociencia, que no pretende seguir el método científico. En su discurso original, presentó la percepción extrasensorial y los platillos volantes como ejemplos de ciencia patológica; desde entonces, la etiqueta se ha aplicado a la poliagua y a la fusión fría.

Su casa de Schenectady fue declarada monumento histórico nacional en 1976.

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