martes, 28 de diciembre de 2021

DR. SVANTE AUGUST ARRHENIUS

Arrhenius nació el 19 de febrero de 1859 en Vik, finca rústica situada en las cercanías de Upsala en el condado de Sogn og Fjordane, siendo sus padres Svante Gustav Arrhenius y Caroline Thunberg.
Según cuenta Sir James Walter en un memorial dedicado al científico, publicado en 1928, el apellido proviene de un antecesor, Lasse Olofsson que en 1620 se trasladó al pueblo de Årena, la familia latinizó el apellido como Arenius, que fue modificándose en la primera mitad del siglo XIX, convirtiéndolo en Arrhenius.
A la edad de tres años, aprendió a leer por sí mismo y observando los libros de contabilidad de su padre se convirtió en un prodigio de la aritmética. Disfrutaba manejando gran cantidad de datos para descubrir relaciones matemáticas entre ellos.
La familia, para mejorar sus condiciones económicas, se trasladó en 1860 a Upsala y Svante.
A la edad de 7 años ingresó en la escuela de la Catedral, distinguiéndose en las materias de física y matemáticas, teniendo la suerte de que el rector de la escuela fuera un buen profesor de física.
A los 17 años aprobó los exámenes de admisión de la Universidad de Upsala con la intención de seguir las enseñanzas de química que impartía el profesor Teodor Cleve (1840-1905) que destacaba por sus investigaciones sobre las tierras raras y los complejos amoniacales. Parece ser que el profesor no cumplió las expectativas del estudiante y Arrhenius se trasladó en 1881 a la Universidad de Estocolmo con la intención trabajar en el laboratorio de
Erik Edlund (1819-1888)
profesor de física en la Academia Real sueca especialista en polarización e inducción.
En la primavera del año siguiente inicia sus primeras investigaciones en solitario, sobre la disminución de la polarización galvánica en función del tiempo y en 1883 presentó a la Academia de Ciencias de Suecia una memoria acerca de la conductividad galvánica de los electrolitos. 
Cabe preguntarse porqué eligió esta línea de trabajo. Sir James Walter da una sensata opinión indicando que la Ciencia, como cualquier otras actividad humana, está sometida a modas y que en aquel entonces las propiedades de las disoluciones estaban muy en boga. 
Jacobus Henricus Vant´Hoff (1852-1911) estaba muy atareado trazando las analogías entre las disoluciones diluidas y los gases; François Marie Raoult (1830-1901) desarrollaba métodos empíricos para la determinación de los pesos moleculares de las sustancias disueltas; Friedrich Wilhelm Kohlrausch (1840-1910) acababa de perfeccionar su método telefónico para determinar la conductividad eléctrica de los electrolitos y Friedrich Wilhelm Ostwald (1853-1932) trabajaba en las velocidades de reacción y afinidades de ácidos y bases en soluciones acuosas.
Volviendo a nuestro biografiado Svante Arrhenius, tomando como base sus medidas eléctricas encaminadas a explicar el comportamiento químico de los electrolitos propuso la hipótesis según la cual, en las disoluciones, los compuestos químicos disueltos están disociados en iones y su grado de disociación aumenta con la disminución de la concentración, situación que resultó ser cierta sólo para los electrolitos débiles.
En 1884 presentó esta teoría como parte de su tesis doctoral. Los miembros del tribunal, después de un examen de cuatro horas, creyendo que esta teoría era errónea, lo aprobaron con la mínima calificación posible. Quizás los miembros del tribunal prestaron muy poca atención al contenido del trabajo y es instructiva a este respecto la anécdota que cuenta el mismo Arrhenius en sus escritos. 
"Me acerqué al profesor Per Teodor Cleve, a quien admiraba mucho, y le dije: Tengo una nueva teoría de la conductividad eléctrica como causa de las reacciones químicas. Y Cleve me contestó: es muy interesante; y luego añadió: Adiós”.
El profesor Per Teodor Cleve no era un cualquiera, nacido en Estocolmo en 1840, alcanzó su título de Doctor en 1863 por la Universidad de Upsala y después de ampliar estudios en Europa y Estados Unidos, obtuvo la cátedra de química general y agrícola en su universidad en 1874. En 1879 demostró que el escandio era el ekaboro que permanecía sin adjudicar en la tabla periódica de Dimitri Ivánovich Mendeléev (1834-1907) y también en ese mismo año descubrió el talio y el holmio.
Efectivamente Cleve formó parte del tribunal que juzgó la tesis de Arrhenius dándole una nota negativa. En su descargo hay que decir que cuando años después actuó como presidente del tribunal que juzgaba los méritos de los aspirantes al premio Nobel de química, apoyó a Svante Arrhenius precisamente por la teoría que presentó en su discutida tesis doctoral. Como curiosidad diremos que la vena científica de Cleve continuó fructificando en su nieto Ulf Svante von Euler (1905-1983) fisiólogo y farmacólogo, ganador del premio Nobel de Medicina en 1970.
Svante Arrhenius creyó más en su teoría que en sus profesores, pero comprendiendo que sus ideas eran muy revolucionarias para su época, la aguó antes de exponerla en su tesis doctoral con lo que seguramente confundió al tribunal. Por otra parte fue objeto de muchos ataques, especialmente por parte del respetado William Thomson, lord Kelvin (1824-1907) aunque fue apoyada por Jacobus entre 1886 y 1890, y por Wilhelm Ostwald que se dio cuenta de las importantes consecuencias de estas ideas.
La teoría se basó en los estudios de la conductividad eléctrica de Kohlrausch, en los de las propiedades coligativas de Van´t Hoff, y en los de ciertas propiedades químicas como el calor de neutralización de Thomson. Arrhenius fue capaz de unir los resultados de distintos investigadores y hacer una generalización hoy conocida como "teoría de la disociación electrolítica". 
La aparición del texto de la teoría en alemán en 1887, la dio a conocer en el mundo de la química y el apoyo prestado por científicos como Wilhelm Ostwald, en la Universidad de Riga, Fridrich Kohlrausch en la de Würzburg, Ludwig Boltzmann (1844-1906) en la de Gratz y Jacobus van't Hoff en la Ámsterdam, contribuyó, aunque lentamente, a su general aceptación.
Las anomalías encontradas en las propiedades coligativas de los electrolitos y la conductividad eléctrica que presentaban sus disoluciones llevaron a Arrhenius a establecer su teoría, base del comportamiento de los electrolitos para el desarrollo de la Química analítica mineral y de la Electroquímica.
La teoría de la disociación se basa en los siguientes puntos:
* Cuando se disuelve en agua un ácido una base o una sal, una porción considerable se disocia espontáneamente en iones positivos y negativos que se pueden mover independientemente, y son guiados a los electrodos de signo opuesto por el campo eléctrico aplicado.
* Los electrolitos, en disolución o fundidos, se disocian parcialmente en iones cargados eléctricamente, de manera que la carga total sobre los iones positivos es igual a la carga sobre los negativos; la disolución en su conjunto es neutra.
* Los iones son los átomos o grupos de átomos que forman los radicales de los electrolitos, la carga del ion es igual a su valencia.
* Los iones están siempre en la disolución pase o no la corriente eléctrica por ellos, actúan independientemente unos de otros y de las moléculas no disociadas, y constituyen partículas distintas con propiedades físicas y químicas características.
* La disociación de un electrolito es un proceso reversible puesto que los iones originados se unen a su vez para formar de nuevo las moléculas del correspondiente compuesto. 
Todavía en la sexta dicción del libro “Tratado de Química General”, del profesor Santiago Bonilla Mirat (1844-1899) publicado en 1897 se podía leer: 
“El estudio de las propiedades de las soluciones, al que se han dedicado físicos y químicos notables, ha demostrado que el fenómeno de la disolución de una aparente sencillez cuando se le considera sólo superficialmente, es en el fondo muy complejo".
Este párrafo pone de manifiesto las dificultades que en aquellos momentos tenía la Química para explicar una de las propiedades más importantes del agua, su capacidad para disolver muchas sustancias; faltaba la idea de Arrhenius para clarificarla y por ello, yo coloco esta fecha como inicio del conocimiento fisicoquímico de las Aguas Mineromedicinales.
Volviendo a la vida de Arrhenius, encontramos que estuvo con Max Karl Planck (1858- 1947) en Kiel en 1888, regresando a Estocolmo para trabajar con Erik Edlund. 
En el año 1889 volvió a Leipzig y a Graz, mientras, sus ideas habían ido ganando adeptos incluso en Suecia y al regresar a Estocolmo en 1891 fue nombrado profesor privado de física de la Escuela Técnica Superior de Estocolmo.
A pesar de que todavía sufría una gran oposición, en 1895 fue convertido en catedrático efectivo y al año siguiente elegido rector, dignidad que ocupó hasta 1905.
Durante estos años se ocupó también de temas de Geofísica y de Química fisiológica, trabajando con Thorvald Madsen (1870-1957) en Copenhague en 1901 y con Paul Ehrlich (1854-1915) en Frankfurt Maine en 1903. 
La aceptación de su teoría por la comunidad científica le valió la obtención de la Medalla Davy en 1902 y el premio Nobel de Química en 1903, “en reconocimiento a los extraordinarios servicios prestados al avance de la química a través de su teoría de la disociación electrolítica”.
En 1904 y por invitación especial, dio un curso en la Universidad de Berkeley, California, y en 1905 la Escuela Politécnica de Charlottenburg, intentó contratarlo para la cátedra de Electroquímica, pero ahora el gobierno sueco si hizo todo lo posible para retener al sabio en su país. 
A expensas de la fundación Nobel se fundó el Instituto Nobel de Química física y Arrhenius fue nombrado director, cargo creado especialmente para él.
Uno de los asuntos más complicados que tuvo que resolver desde este cargo no fue precisamente científico. Svante Arrhenius había defendido en la Academia Sueca la candidatura de Marie Sklodowska Curie (1867-1934) para su segundo premio Nobel, esta vez en Química, que le fue concedido en 1911 “en reconocimiento de sus servicios en el avance de la Química por el descubrimiento de los elementos radio y polonio, el aislamiento del radio y el estudio de la naturaleza y compuestos de este elemento”.
Como director del Instituto le tocó actuar en un tema delicado, pues el 4 de noviembre de ese año, el diario Le Journal publicaba en su primera página el siguiente titular: “Una Historia de amor: Madame Curie y el profesor Langevin” y esta noticia no era del agrado de la rígida sociedad de la época.
Le escribió una carta en nombre del comité sugiriendo que no aceptara el premio hasta que se demostrara que las acusaciones que se le imputaban no eran ciertas. Particularmente él la apoyaba y le decía que: “Si la Academia hubiera pensado que las cartas en cuestión eran auténticas, no os habría, con toda probabilidad, otorgado el premio”. 
La respuesta de Marie Curie, fue contundente: "La decisión que me aconsejan que tome sería un error. De hecho, el premio se me ha otorgado por el descubrimiento del radio y el polonio. Creo que no hay conexión alguna entre mi trabajo científico y mi vida privada. No puedo aceptar la idea que las calumnias y difamaciones de la vida privada puedan influir en el valor de la investigación científica. Estoy segura de que muchas personas comparten esta opinión”.
La científica polaca actuando en su línea, fue a la ceremonia, el rey Gustavo le dio el premio y nadie entró en cuestiones personales, ella en su discurso, describió los trabajos científicos de otros en el campo de la radiactividad, incluyendo el de su difunto marido, pero dejando claro que el mérito del galardón era suyo.
Por otra parte, Arrhenius realizó muchos viajes por otros países visitando Alemania, Francia, Inglaterra, España y América y escribió varias obras de Química y Electroquímica y sobre algunos problemas generales de Cosmogonía y Bioquímica.
Como otros grandes científicos, no se contentó con su trabajo principal, también estudió el aumento de la velocidad de una reacción con la temperatura que en 1889 fue el primer peldaño en la edificación de la teoría de la cinética química. Postuló una ecuación, que hoy lleva su nombre, y que se puede aplicar no solo a reacciones gaseosas homogéneas sino también a reacciones en disolución y a procesos heterogéneos, aunque fracasa frecuentemente en las reacciones en cadena. 
Los resultados experimentales le permitieron deducir una nueva magnitud, la energía de activación, este concepto conduce a la elaboración de la teoría de las colisiones efectivas como forma de interpretación de las reacciones químicas a partir de las nociones de la teoría atómico-molecular de la constitución de las sustancias.
El dos veces doctor y quizás el mejor autor técnico del siglo XX, Samuel Glasstone (1897-1986) indica: “que el método más satisfactorio para expresar la influencia de la temperatura sobre la velocidad de reacción es el descrito por Svante Arrhenius en 1889 siguiendo las ideas de van´t Hoff de 1884.”
La forma integrada de la ecuación muestra que el logaritmo de la velocidad de reacción es proporcional a la temperatura absoluta y a la energía de activación.
Arrhenius sugirió que en cada sistema existe un equilibrio entre moléculas normales y moléculas activas y que éstas son las únicas que pueden tomar parte en la reacción química. En la actualidad se acepta que las moléculas adquieren la energía adicional necesaria para la reacción, denominada energía de activación, como resultado de intercambios que tienen lugar en los choques entre moléculas.
Fuera de su campo de trabajo, en 1896, Svante Arrhenius también se adelantó a su tiempo trabajando en un tema que hoy preocupa a toda la sociedad; descubrió teóricamente el calentamiento global del planeta. Su hipótesis era sencilla: en esencia, estableció una relación directa entre las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera y la temperatura. 
Posteriormente, en colaboración con el geólogo americano Thomas Chrowder Chamberlain (1843-1828) calcularon que las actividades humanas podrían provocar un aumento de las temperaturas mediante la adición de CO2 a la atmósfera. 
Su sospecha, que en aquel tiempo no se podía demostrar de forma fehaciente, fue rápidamente desautorizada por sus colegas científicos, como siempre a lo largo de su vida. Demasiado atrevida para su tiempo, con lo que el efecto invernadero se quedó inicialmente en una mera teoría, aunque el debate se mantiene vivo cien años después. No fue hasta la década de los cincuenta del siglo pasado cuando científicos californianos certificaron la teoría del calentamiento global, aunque como una mera posibilidad y como un riesgo para un futuro muy remoto, que parece que ya no lo es tanto.
En 1911 recibió en Chicago el primer ejemplar de la Medalla Willard Gibbs y en 1914 la Medalla Faraday. Junto a sus trabajos de investigación, tuvo otras publicaciones coronadas por el éxito, como su tratado de la doctrina de la inmunidad, titulado “Inmunoquimica”, en donde se ocupó de las teorías de inmunidad sostenidas por Ehrlich y así como éste suponía una neutralización de las toxinas por las antitoxinas, Arrhenius indicaba la existencia de un equilibrio semejante al existente en las soluciones electrolíticas. 


Escribió obras sobre química física y biológica, electroquímica, astronomía y física cósmica; en este último campo destacó por su idea de que la vida en la Tierra se originó por esporas vivas trasladadas a través del espacio por la presión de la luz, que plasmó en su popular obra “El desarrollo de los mundos”. Quizás por esto se dio su nombre a un cráter de la Luna y a otro de Marte y a un asteroide descubierto en 1960. 
En el libro “La ciencia al día” de Charles Gibson, se incluye una introducción del profesor Svante Arrhenius, premio Nobel de química, sobre la utilidad de las teorías. 
Por estos datos sabemos que el libro se publicó después de 1903, y que Svante Arrhenius continuaba adelantándose a su época. Terminando este prólogo escribe:
“Pero el valor de la labor teórica no suele estar limitado a la rama especial de la ciencia que es objeto directo de ella. El ejemplo de la ley de Ohm nos muestra que los trabajos de Fourier sobre la conducción del calor pudieron con ligeras modificaciones, adaptarse a la explicación de la conducción de la electricidad. Y esa misma ley, convenientemente modificada, también es aplicable a la difusión de la materia disuelta. La ley correspondiente de la difusión se llama ley de Adolf Fick, según su descubridor, y tiene precisamente la misma forma que las de Fourier y de Ohm".
Años más tarde, en 1931, el químico noruego norteamericano Lars Onsager (1903-1976) premio Nobel de química en 1968, publicó una teoría realmente sistemática y general de la termodinámica de los procesos irreversibles que es posible considerar como un axioma. 
"Los procesos, termodinámicamente hablando, pueden ser ejecutados de manera reversible o irreversible. Podemos decir que los primeros son una sucesión de estados de equilibrio que se pueden ejecutar en direcciones opuestas, mientras que en los segundos, cuando tienen lugar espontáneamente, no se ha encontrado el proceso inverso, como ocurre en el caso de la expansión de un gas".
Existen un gran número de leyes fenomenológicas que describen los procesos irreversibles en forma de proporciones; tales son la ley de Fourier entre el flujo calorífico y el gradiente de temperatura, la ley de Fick entre el flujo de materia de un componente en una mezcla y su gradiente de concentración, la ley de Ohm entre la corriente eléctrica y el gradiente de potencial, la ley de Newton entre la fuerza deformadora y el gradiente de velocidades y la ley de las reacciones químicas entre la velocidad de reacción y los potenciales químicos. 
A la explicación teórica del fundamento de todos estos fenómenos se adelantó Arrhenius, aplicándola a una serie de fenómenos que hoy utilizamos continuamente en el laboratorio y en la industria como los efectos Peltier (1785-1845), Seebeck (1770 1831) y Soret (1854-1904). 
Arrhenius se casó dos veces: la primera vez en 1894 con su alumna y asistente, Sofía Rudbeck, y en 1905 con María Johansson. Del primer matrimonio que sólo duró dos años tuvo un hijo, Olof, y del segundo, un hijo, Sven, y dos hijas, Ester y Anna-Lisa.
En septiembre de 1927 padeció un catarro intestinal agudo que le llevó a la muerte el 2 de octubre, siendo enterrado en Uppsala. 
Por otra parte el autor español Francisco Vera (1888-1967) en su “Historia de la Ciencia”, dice que: “La química actual nace con Svante Arrhenius, a quien se debe la teoría de la disociación electrolítica, que al proclamar la libertad de los iones, alumbró con destellos muchos puntos oscuros de la Electroquímica". 

* Francisco Armijo de Castro - Cien años de análisis de las Aguas Mineromedicinales - Universidad Complutense de Madrid - 2012

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