Actualizado en octubre 25, 2024
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Kazimierz Fajans (Kasimir Fajans en muchas publicaciones; 27 de mayo de 1887 – 18 de mayo de 1975) fue un fisicoquímico polaco-estadounidense de origen polaco-judío, pionero en la ciencia de la radiactividad y codescubridor del elemento químico protactinio.
Infancia y educación
Kasimir Fajans nació el 27 de mayo de 1887. Fue el segundo de cinco hijos nacidos de Herman y Vanda (de soltera Volberg) Fajans. Su idioma cotidiano era el polaco, no el yidis.
Sus padres tenían parientes que habían tenido éxito en varias áreas, como la ciencia, la medicina, la música, la fotografía, y habían sido miembros del gobierno y participado en movimientos patrióticos polacos.
En su infancia, Fajans recibió lecciones privadas en casa durante varios años. Más tarde, asistió a la escuela secundaria, donde se enfocó en las ciencias naturales. Dado que Polonia era parte del Imperio Ruso en ese momento, se requería que todas las escuelas usaran exclusivamente el ruso como idioma de instrucción, y no se permitía hablar polaco.
El primer evento relacionado con la actividad científica de Fajans ocurrió cuando tenía nueve años, durante unas vacaciones familiares en un balneario de verano. Su padre le trajo libros sobre los recién descubiertos rayos X. Las primeras imágenes de los huesos de la mano humana en esos libros causaron una gran impresión en Fajans.
Educación superior de Fajans
Mientras tanto, la situación política en Polonia empeoró. Incluso a nivel universitario, todos los cursos debían ser enseñados en ruso, y el número de estudiantes judíos admitidos estaba limitado. Por lo tanto, Fajans decidió abandonar Polonia. Con la aprobación de su padre, optó por estudiar biología en la Universidad de Leipzig. Sin embargo, pronto se interesó por la química y perdió su interés en la biología. Esto se debió en parte al hecho de que uno de sus profesores era el renombrado Wilhelm Ostwald, quien ocupaba el cargo de profesor de química en la universidad.
El ambiente científico en la facultad de química de Leipzig resultó ser muy estimulante, y Fajans trató de asistir a tantos seminarios como le fue posible. A pesar de que no entendía completamente todo lo que se discutía en esos seminarios, valoró la oportunidad de conocer a científicos destacados.
Ostwald se retiró en 1907, lo que a su vez llevó a la partida de otros profesores destacados, incluyendo a M. Bodenstein y R. Luther. Ese mismo año, Fajans se mudó a Heidelberg, donde estudió con Georg Bredig. Este científico estaba interesado en la catálisis, un campo novedoso en la intersección de la química física y orgánica, lo que se ajustaba a los intereses de Fajans. Como resultado de su trabajo conjunto con Bredig, Fajans obtuvo su doctorado y fue galardonado con el Premio Victor Meyer en octubre de 1909.
Durante su último semestre en Heidelberg, Fajans conoció a Salomea Kaplan, una estudiante de medicina con la que se casó poco después.
Trabajo con Rutherford
Fajans sentía que le faltaba conocimiento en el campo de la química orgánica, por lo que decidió continuar su trabajo en esta área y utilizar ese conocimiento para avanzar en el campo de la química física. Postuló para una posición de investigación en el laboratorio de Ernest Rutherford en Manchester. Sin embargo, antes de partir a Inglaterra, Fajans y Salomea se casaron.
Rutherford tenía una habilidad especial para utilizar experimentos muy simples para lograr resultados significativos. Sin duda, la admiración de Fajans por este destacado científico y su enfoque influyeron en su futura metodología para el estudio de átomos, moléculas, líquidos y sólidos.
Se suponía que Fajans regresaría a Heidelberg después de completar su trabajo en Manchester. Sin embargo, su mentor de doctorado, Bredig, siguió a Fritz Haber a Karlsruhe y en 1911 invitó a Fajans a unirse a él como asistente principal. Aprobó la invitación. Sin embargo, en Karlsruhe no había una escuela de medicina donde Salomea pudiera continuar su educación, por lo que se quedó en Manchester, y Fajans la visitó periódicamente.
Radioquímica
Junto con sus estudiantes en Karlsruhe, Fajans logró avances significativos en la radioquímica. Al leer la regla de Lukas-Lerch sobre la desintegración radioactiva (la regla de que todos los elementos que emiten radiación se vuelven más nobles), Fajans declaró que no podía ser verdad. A finales de 1912, afirmó que solo la desintegración beta conducía a la formación de un elemento más noble. Esto, a su vez, condujo al descubrimiento de la famosa Ley de Desplazamientos Radiactivos.
Con la ayuda de la Ley de Desplazamientos de Fajans, él y Herinck descubrieron el elemento con el número atómico 91 en forma de uno de sus isótopos de vida corta, al que llamaron brevium. Por desgracia, generalmente se atribuye a Otto Hahn y Lise Meitner el mérito del descubrimiento de este elemento (protactinio). Lo hicieron cinco años después que Fajans, basándose en sus investigaciones.
Fajans también descubrió otra regla importante en la radioquímica. Era la relación entre la masa atómica y la estabilidad de los isótopos radiactivos (o miembros de lo que inicialmente llamó «pleyadas» de elementos). Esta regla solo comenzó a tener importancia en la década de 1940 con el desarrollo de la física nuclear.
Cuando estalló la Primera Guerra Mundial en 1914, la situación en Karlsruhe empeoró. La mayoría de los estudiantes tuvo que abandonar la universidad. A Fajans, un súbdito ruso, no se le permitió enseñar, solo trabajar en el laboratorio. Tenía que registrarse a diario en una comisaría de policía.
Antes de que terminara la guerra, Polonia se convirtió en un país independiente, y Fajans tenía la esperanza de conseguir un puesto en la Universidad de Varsovia. Sin embargo, esto no sucedió. Fritz Haber en Berlín expresó interés en que Fajans se uniera a él, pero luego surgió otra oferta, y por invitación de Wilhelm Stöckel, Fajans fue a la Universidad de Múnich en lugar de Berlín en 1917.
Fajans se adentra en la fisicoquímica
Cuando llegó a Múnich, en lugar de seguir investigando en radioquímica, Fajans comenzó a estudiar los factores que determinan las propiedades químicas de los átomos y las moléculas en los estados sólido, líquido y gaseoso. Podría decirse que aquí comenzó la carrera de Fajans en el campo de la química física. No volvió a trabajar en radioquímica hasta casi 20 años después de dejar Alemania.
En 1928, Fajans publicó sus ideas sobre la importancia de la polarización mutua de iones y cationes. Esta se convirtió en un tema constante de sus investigaciones a lo largo de su carrera. Despreciaba la teoría entonces popular de la aditividad de los radios iónicos.
Las conferencias de Fajans en la Universidad de Cornell en 1930 y su posterior publicación permitieron a la audiencia estadounidense conocer más sobre su trabajo. Al mismo tiempo, Fajans recibió la noticia feliz de que la Fundación Rockefeller planeaba financiar un nuevo Instituto de Química Física en Múnich, con él como director. Fue construido en 1932 y constaba de un edificio de tres pisos bien equipado con una terraza en la azotea para recibir a los invitados y celebrar laboratorios posteriores al almuerzo.
Desafortunadamente, a Fajans no le esperaba mucho tiempo para disfrutar de su nuevo instituto. La ascensión de Hitler significaba que eventualmente tendría que abandonar Múnich con su familia. La Fundación Rockefeller esperaba que el régimen fascista cayera pronto y le pidió a Fajans que tuviera paciencia. Sin embargo, no aparecieron nuevos estudiantes, y la esposa de Fajans tuvo que ayudarlo en el laboratorio. Sus conocidos estaban siendo marcados y enviados a campos de concentración. En 1934, Fajans publicó uno de sus últimos trabajos realizados en Alemania en una revista alemana de química física y al año siguiente se vio obligado a abandonar el país.
Su hijo mayor, Edgar, nació en Manchester, por lo que Fajans pudo obtener la ciudadanía británica. Acababa de obtener un doctorado en Filosofía en Frankfurt y pudo ir a Londres a trabajar con F. D. Donnan. El joven Stefan, nacido en Múnich, fue enviado a una escuela interna en Cambridge. A Fajans solo le quedaba encontrar un trabajo adecuado. Un nombramiento para una beca de un año en Cambridge le permitió completar algunas de sus investigaciones. Antes de partir de Múnich, se le ofreció un puesto de profesor en la Universidad de Michigan y en 1936, Fajans llegó a Ann Arbor con su esposa y su hijo menor.
Vida en Estados Unidos de Fajans
A diferencia de Europa, en los círculos de químicos estadounidenses se prestaba relativamente poca atención al tema de la polarización iónica, que estaba en el centro de la mayoría de los trabajos de Fajans.
El papel de la polarización iónica en la determinación del estado, la capacidad de reacción, la solubilidad y las estructuras cristalinas de los elementos y compuestos fue ampliamente ignorado. En su lugar, para explicar algunos de los mismos fenómenos, se utilizaban ampliamente las reglas de «relación de radios», aunque los resultados de la caracterización de compuestos simples como los haluros de cesio y talio no encajaban en esta teoría.
La teoría de los pares electrónicos octetos, el efecto mesomérico, la resonancia y la hibridación eran un lenguaje científico común que proporcionaba una unificación cualitativa de toda la química. Sin embargo, los investigadores estadounidenses a menudo no utilizaban esta terminología en sus trabajos y asumían un nivel cuestionablemente alto de fundamento cuántico en algunas afirmaciones cualitativas.
Trabajo en época de guerra
La mayoría de las investigaciones iniciales de Fajans y sus estudiantes en Míchigan se centraron en la radioquímica. Esto se debió al acceso gratuito al ciclotrón, que estaba ubicado profundamente bajo tierra en el edificio de la facultad de física. La presencia del ciclotrón desempeñó un papel importante en la decisión de Fajans de mudarse a Míchigan.
En 1940, también se difundió ampliamente la opinión de que, como Soddy, Born, Haber y Hahn antes que él, recibiría el Premio Nobel. Sin embargo, la entrega del premio se suspendió en el período de 1940 a 1942 y, por razones desconocidas, no lo recibió más tarde. Fajans fue candidato para unirse al Proyecto Manhattan, pero el hecho de que tuviera familiares cercanos en Polonia lo excluyó.
Los dispositivos electrónicos introducidos en el laboratorio de radioquímica en los 20 años transcurridos desde sus investigaciones anteriores no le parecieron nada especial, y su interés en esta área se desvaneció pronto.
Alrededor de cinco años después de su llegada a Míchigan, uno de sus doctorandos fue Theodor Berlin. Berlin estaba interesado en la química teórica y la física, y su colaboración con Fajans condujo a la última gran contribución de Fajans a la química física: la teoría cuántica de la unión y estructura químicas.
Fajans y la química industrial
Los años 1945-1960 probablemente sean el período de mayor productividad de Fajans en los Estados Unidos, en gran parte debido a su colaboración con la comunidad química industrial. Su colaboración con la Fundación de Investigación en Vidrio de 1944 a 1947, que representaba a las empresas de la industria del vidrio, resultó en la escritura de un artículo en coautoría con Norbert Kreidl sobre la teoría de la formación del vidrio. Esta colaboración fructífera en la industria del vidrio concluyó cuatro años después de su creación debido a razones de legislación antimonopolio.
Fajans no consideraba su teoría cuántica como una teoría cuantitativa compleja de unión y estructura. Pero estaba firmemente convencido de que superaba las ampliamente utilizadas concepciones cualitativas de la teoría de valencia y estaba más en línea con la teoría física fundamental, incluyendo la mecánica cuántica.
A diferencia de la comunidad industrial, la comunidad académica estadounidense se mostró en gran medida hostil o, en el mejor de los casos, indiferente a la teoría cuántica de Fajans.
Una de las principales razas por las que la influencia de Fajans en la comunidad académica estadounidense fue mínima fue el dominio de la química orgánica y la química metalorgánica en los círculos químicos estadounidenses, así como el relativo desdén por la química clásica del estado sólido tal como se desarrolló en Europa continental después de la Primera Guerra Mundial. Esto llevó a que sus colegas estadounidenses no apreciaran ni comprendieran la mayor parte de su trabajo innovador sobre la polarización iónica.
Últimos años
Fajans se sintió insatisfecho porque, a diferencia de muchos de sus colegas en el campo de la radioquímica, no recibió el Premio Nobel. Posiblemente, el Premio Nobel otorgado a Odd Hassel, quien fue asistente de Fajans en Múnich, también lo decepcionó, ya que no lo consideraba uno de sus alumnos más destacados. Por supuesto, a Fajans le resultó difícil aceptar el premio otorgado a Polanyi, con quien a menudo discrepaba en teorías de unión química.
Después de un año de licencia académica, Fajans se convirtió en profesor honorario en 1957. Después de jubilarse, continuó escribiendo activamente artículos sobre la polarización iónica y la teoría cuántica hasta principios de la década de 1970. El 18 de mayo de 1975, Fajans falleció debido a problemas cardíacos y renales. Su esposa, Salomeya, mantuvo contacto con muchos de sus antiguos alumnos y amigos hasta su muerte en 1982.
Aportes científicos de Fajans
Química Orgánica
Fajans escribió su tesis doctoral en Heidelberg sobre el tema «La separación parcial de isómeros estereoquímicos mediante catálisis asimétrica». Su descubrimiento en el curso de este trabajo, que involucraba la descarboxilación dirigida del ácido cámforo, se convirtió en la primera aplicación de un compuesto sintético para imitar las propiedades catalíticas estereoespecíficas de las enzimas.
Radioquímica
En Manchester, el trabajo de Fajans incluyó el descubrimiento de ramificaciones en las transformaciones de radioelementos y la medición de periodos de semidesintegración del orden de 10-1 y 10-3 segundos, lo que resultó en publicaciones conjuntas con Mosley y Macover.
Fajans fue uno de los primeros en convencerse de que el peso atómico de un elemento no era una constante fundamental, como se pensaba comúnmente. Junto con Lambert y Richards, determinó el peso atómico del plomo obtenido de minerales radiactivos y lo comparó con el peso del plomo normal. El resultado fue que el plomo de la nueva muestra de mineral tenía un peso atómico más bajo, 206.5, en comparación con 207.2 del plomo normal. Fajans y P. Beer también formularon reglas para la coprecipitación de trazas de elementos radiactivos, que fueron confirmadas y ampliadas por Fritz Paneth y complementadas por Fajans y sus colegas, así como Otto Hahn entre 1913 y 1926.
Termoquímica
Uno de los primeros frutos del trabajo de Fajans en fisicoquímica fue la demostración experimental de lo que se denominaría el ciclo Born-Fajans-Haber en la termoquímica. Esta investigación se publicó en 1919. Las investigaciones termoquímicas de Fajans también se aplicaron a diamantes, grafito y compuestos alifáticos y aromáticos.
Polarización de Iones y Teoría «Quanticles»
En 1920, Fajans y H. Grimm, durante el estudio de los haluros de sodio y potasio, reconocieron que asignar radios constantes a los iones era incorrecto. Para 1923, basándose en un trabajo continuo con Georg Jos, propuso una dependencia del radio aniónico del efecto polarizador del catión[8]. Es importante destacar que Fajans presentó y aplicó la forma de teoría del campo cristalino décadas antes de que se aplicara a las transiciones espectroscópicas d-d.
En 1925, Fajans predijo que el NaF (en lugar del CsF, como afirmó Coulson) sería el haluro alcalino más polar y, 38 años después, esta predicción fue confirmada experimentalmente por investigadores canadienses.
Otros trabajos de investigación de Fajans mientras estaba en Múnich incluyeron la fotoquímica, la absorción de colorantes y extensas investigaciones refractométricas.
El término «quanticle» se introdujo públicamente en los trabajos de Fajans y Berlin en una reunión de primavera de la Sociedad Química Estadounidense en Detroit en 1943. Fajans y Berlin lo propusieron como una cantidad que describía con precisión la «teoría de grupos electrónicos cuantificados en relación con una o varias cargas positivas o núcleos». De esta manera, el quanticle del catión de sodio se representó como Na1+ en lugar de (Na11+)1228, que ya nos es familiar, y Cl1- para un quanticle aniónico similar al argón (Cl17+)122838 .
Los quanticles electrónicos de dos núcleos se identificaron con números romanos I, II, como en N2= N5+(I2II8)N5+, para diferenciarlos de los conocidos números cuánticos de Bohr y Hund-Mulliken. La teoría, desarrollada gracias al estudio prolongado de Fajans sobre la polarización y la deformación de iones y la comparación de moléculas como H2 y Li2, utilizó conceptos de cambios continuos y discretos en la distribución electrónica durante la formación de moléculas, lo que resultó en una cuantización de la densidad electrónica en relación con los núcleos cargados positivamente.
En 1951, se publicó un artículo que resumía el trabajo de Fajans y Berlin sobre quanticles. El artículo discutía moléculas homonucleares y heteronucleares y la presencia de regiones de unión y antiunión en el espacio entre los núcleos. El trabajo también confirmaba la validez del teorema de Hellmann-Feynman, que anteriormente había sido objeto de críticas por parte de Coulson y otros científicos.
Fajans y Stephen Barber realizaron un estudio de vidrios de óxido de boro. Sus resultados se publicaron en 1952. El artículo destacó la inadecuación de la teoría de red al describir estados de vidrio a temperaturas bajas y moderadas. Se propuso una estructura molecular con enlaces débiles que se fortalecían gradualmente a temperaturas más altas. Fajans y Stephen Barber sugirieron que el óxido de boro, en algunos casos, se comportaba como si tuviera una estructura similar a P4O10. Aunque Jay D. Mackenzie y otros científicos no estuvieron de acuerdo con esta interpretación controvertida, Fajans y Barber encontraron seguidores, incluido N.N. Sobolev y sus colegas en Rusia.
Para más información Kasimir J. Fajans (1887-1975)
Un día como hoy nació el químico polaco-estadounidense Kasimir Fajans, codescubridor del protactinio. Conoce su vida aquí y visítanos para más de la #química y la #ciencia
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