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William Francis Giauque (12 de mayo de 1895 – 28 de marzo de 1982) fue un químico estadounidense nacido en Canadá y galardonado con el premio Nobel en 1949 por sus estudios sobre las propiedades de la materia a temperaturas cercanas al cero absoluto. Pasó prácticamente toda su carrera educativa y profesional en la Universidad de California, Berkeley.
Primeros Años y Educación de Giauque
William Francis Giauque nació el 12 de mayo de 1895 en Niagara Falls, Canadá. Hijo de emigrantes francocanadienses, Giauque creció en un entorno que valoraba la educación y el trabajo duro. Su familia se mudó a Michigan cuando él era aún joven, y allí pasó gran parte de su infancia. Desde temprana edad, Giauque mostró una curiosidad innata por el mundo natural, un rasgo que sería una constante en su vida.
Su inclinación por la ciencia se hizo evidente durante sus años escolares, donde sobresalió en matemáticas y ciencias naturales. Este interés lo llevó a explorar más a fondo los conceptos científicos por su cuenta, ya que las oportunidades de educación formal en esas disciplinas eran limitadas en su entorno. A pesar de estas limitaciones, Giauque mantuvo una ferviente pasión por el aprendizaje, a menudo leyendo libros científicos avanzados que estaban más allá del alcance de su nivel escolar.
Educación Secundaria y Primeros Estudios
Durante su educación secundaria, Giauque continuó destacándose académicamente, particularmente en materias relacionadas con la física y la química. Su desempeño excepcional le valió una beca para asistir a la Universidad de Michigan, donde inicialmente ingresó con la intención de estudiar ingeniería eléctrica. Sin embargo, su camino cambió drásticamente debido a un curso introductorio de química que despertó en él un profundo interés por la termodinámica, un campo que más tarde definiría su carrera.
En la Universidad de Michigan, Giauque se sumergió en el estudio de la química, atraído por la posibilidad de comprender los principios fundamentales que rigen el comportamiento de la materia. A pesar de enfrentarse a desafíos económicos, trabajó incansablemente para financiar sus estudios, aceptando trabajos diversos para cubrir sus gastos. Esta determinación y su capacidad para gestionar su tiempo de manera efectiva le permitieron no solo mantenerse a flote, sino también sobresalir académicamente.
Cambio de dirección y Universidad de California, Berkeley
El interés de Giauque por la química lo llevó a cambiar de dirección y perseguir una licenciatura en esta disciplina. Después de completar su grado en Michigan, buscó oportunidades para avanzar en su educación y profundizar su investigación. Este deseo de crecimiento intelectual lo llevó a la Universidad de California, Berkeley, una institución conocida por su fuerte enfoque en la investigación científica.
En Berkeley, Giauque se unió al laboratorio de Gilbert N. Lewis, un renombrado químico físico. Bajo la mentoría de Lewis, Giauque comenzó a explorar el campo emergente de la termodinámica de baja temperatura, un área que pronto se convertiría en su especialidad. Su trabajo en Berkeley fue riguroso y desafiante, pero Giauque se destacó por su capacidad para diseñar y llevar a cabo experimentos complejos. Su dedicación a la precisión y su enfoque meticuloso se convirtieron en características definitorias de su estilo de investigación.
Doctorado y Primeros Trabajos de Investigación
Giauque obtuvo su doctorado en química en 1922, con una tesis que se centró en la medición de las propiedades termodinámicas de los gases a bajas temperaturas. Su investigación doctoral fue pionera en muchos aspectos, y sus hallazgos sentaron las bases para futuros trabajos en el campo. Durante este tiempo, desarrolló técnicas innovadoras para medir la entropía y la capacidad calorífica, contribuciones que más tarde serían fundamentales para su carrera.
Después de completar su doctorado, Giauque se quedó en Berkeley como profesor asistente, donde continuó su investigación en termodinámica de baja temperatura. Su trabajo en esta área no solo expandió el conocimiento científico de la época, sino que también estableció nuevos estándares para la investigación experimental en química física. Su enfoque en la precisión experimental y su habilidad para diseñar aparatos de medición sofisticados le valieron un reconocimiento temprano entre sus pares.
Carrera Profesional de Giauque
William Francis Giauque mantuvo una larga y fructífera asociación con el Colegio de Química de la Universidad de California, comenzando como estudiante de pregrado y continuando como profesor y profesor emérito.
Durante su carrera, Giauque adoptó un estilo de vida riguroso, influenciado por su necesidad de trabajar a tiempo parcial para mantenerse durante sus años de estudiante. Esta disciplina se reflejó en su abstinencia de fumar y beber, así como en su dedicación al trabajo académico, que dejó poco espacio para otras actividades, incluidas las deportivas, salvo un breve período en el equipo de boxeo durante su primer año universitario.
Trayectoria investigativa y logros académicos
Giauque se interesó tanto en la ingeniería como en la química desde su juventud, recibiendo una formación significativa en ambas áreas. Sin embargo, fue la influencia de la facultad, especialmente de G. N. Lewis, la que orientó su interés hacia la investigación fundamental.
En su último año como estudiante, comenzó a trabajar en investigación de bajas temperaturas, específicamente en la tercera ley de la termodinámica, bajo la dirección de G. E. Gibson. Este trabajo inicial se convertiría en la base de su carrera científica
Tras graduarse con honores en 1920, Giauque continuó su educación gracias a una beca universitaria, obteniendo un doctorado en química en 1922, con una especialización menor en física. Su tesis, también supervisada por Gibson, se centró en la capacidad calorífica del glicerol y demostró que la tercera ley de la termodinámica no se puede aplicar directamente a sistemas desordenados como los vidrios.
A pesar de un intervalo de cuatro años entre la publicación de su trabajo de tesis y su siguiente publicación, Giauque sostuvo que un bajo número de publicaciones iniciales no es perjudicial para una carrera académica, siempre que los colegas senior sean pacientes.
Investigación en Termodinámica y Física Cuántica
Giauque fue informado por G. N. Lewis en 1922 sobre una oferta para un puesto en la facultad tras completar su doctorado. Aunque inicialmente consideró aplicar su conocimiento en problemas de ingeniería, finalmente aceptó la oferta, seducido por el ambiente de investigación del Colegio de Química.
Durante su carrera, Giauque mantuvo un interés en la ingeniería, lo que a menudo se reflejaba en su tendencia a realizar investigaciones a escala de planta piloto. Diseñó y supervisó la construcción de equipos pesados para la licuefacción de hidrógeno y helio, así como para la producción de campos magnéticos uniformes y elevados necesarios para su investigación. Además, Giauque se registró como ingeniero profesional en el estado de California.
Descubrimiento de los Isótopos del Oxígeno
Una de las contribuciones más significativas de Giauque fue el descubrimiento de los isótopos del oxígeno. A través del estudio de los espectros de moléculas diatómicas, identificó líneas espectrales que no podían explicarse con el isótopo conocido de oxígeno, 16O. Su investigación le llevó a concluir que las líneas inexplicadas correspondían a moléculas de 16O–18O.
Este descubrimiento, que desafió la autoridad del experto en isótopos F. W. Aston, quien había afirmado que solo existía 16O, proporcionó la primera prueba clara de que las moléculas retienen energía vibracional de punto cero a temperaturas absolutas cero. Además, reveló una discrepancia entre las escalas de peso atómico utilizadas por físicos y químicos, una situación que persistió hasta la adopción de la escala de 12C en 1961.
Descubrimientos Mayores y Publicaciones de Giauque
Contribuciones en la Termodinámica y la Tercera Ley
Giauque es reconocido principalmente por sus investigaciones en termodinámica, especialmente relacionadas con la tercera ley de la termodinámica. Su enfoque meticuloso y su insistencia en la precisión de las mediciones lo llevaron a realizar contribuciones significativas en el campo.
Un aspecto destacado de su trabajo fue el desarrollo y perfeccionamiento de técnicas para la medición precisa de entropías y capacidades caloríficas a temperaturas extremadamente bajas. Este enfoque fue crucial para la confirmación experimental del valor de la entropía residual de varias sustancias, incluyendo el hielo ordinario, donde colaboró con Linus Pauling para verificar teóricamente el valor experimentalmente determinado.
Desarrollos en Desmagnetización Adiabática y Magnetotermodinámica
La desmagnetización adiabática fue uno de los métodos clave desarrollados por Giauque para alcanzar temperaturas extremadamente bajas, lo que le permitió investigar las propiedades termodinámicas de varios compuestos paramagnéticos.
Aunque este método fue inicialmente un medio para estudiar la entropía, se convirtió en una herramienta esencial en criogenia. Giauque y sus colegas publicaron una serie de trabajos detallando las propiedades magnetotermodinámicas de diferentes compuestos, como sulfato de cobalto hidratado y complejos paramagnéticos de tierras raras, lo cual estableció estándares de precisión en el campo.
Investigaciones en Isótopos y Termodinámica Química
Giauque también hizo contribuciones significativas en el estudio de isótopos y sus efectos en las propiedades termodinámicas de los elementos y compuestos. Su trabajo incluyó el estudio del efecto isotópico en el oxígeno y el hidrógeno, así como la precisión en la determinación de pesos atómicos. Estos estudios no solo profundizaron la comprensión de las propiedades fundamentales de los elementos, sino que también tuvieron aplicaciones prácticas en la química analítica y la física.
Publicaciones Relevantes de Giauque
A lo largo de su carrera, Giauque publicó numerosos artículos que abarcan una amplia gama de temas en termodinámica y química física. Algunos de los más destacados incluyen estudios sobre el equilibrio de fase y la capacidad calorífica de ácidos halogenados y soluciones acuosas.
En colaboración con varios colegas, como E. W. Hornung y G. E. Brodale, exploró las propiedades termodinámicas de compuestos a bajas temperaturas, aportando datos cruciales para la comprensión de los fenómenos físicos a esas temperaturas extremas.
Premios y Honores
Giauque recibió numerosos premios y honores a lo largo de su carrera debido a sus contribuciones significativas en el campo de la termodinámica y el estudio de la entropía. En 1936, fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias, uno de los más altos reconocimientos científicos en los Estados Unidos, en reconocimiento a su trabajo excepcional y sus descubrimientos innovadores.
Premio Nobel de Química 1949
El punto culminante de su carrera fue el otorgamiento del Premio Nobel de Química en 1949. Este prestigioso galardón fue un reconocimiento a sus investigaciones sobre las propiedades termodinámicas de las sustancias a bajas temperaturas, que incluyeron el desarrollo de la técnica de desmagnetización adiabática para alcanzar temperaturas extremadamente bajas.
Su trabajo en este campo no solo avanzó el conocimiento científico, sino que también tuvo aplicaciones prácticas significativas en la física de bajas temperaturas y la química.
Membresía en Sociedades Científicas
Además de su inclusión en la Academia Nacional de Ciencias, Giauque fue también elegido miembro de la Sociedad Filosófica Americana en 1940. Esta organización, una de las sociedades académicas más antiguas de los Estados Unidos, reconoce a individuos que han hecho contribuciones destacadas a la ciencia y las humanidades. La elección de Giauque como miembro subrayó su estatus como uno de los líderes en su campo.
Para más información William Francis Giauque
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