La luz que nos trajo Langmuir

     Es la primera vez que participo en Café Hypatia, y lo voy a hacer tomando el tema del mes de un modo algo literal. Luces y sombras. Las luces serán las de las bombillas de principios del siglo XX y las sombras vienen de cuando esas bombillas se fundían.

    Esta es la historia de Irving Langmuir, premio Nobel de Química en 1932 por su trabajo en Química de Superficies. Pero, ¿qué tiene que ver la Química de Superficies con las luces y bombillas de principios del pasado siglo? Veámoslo

    Irving Langmuir nació en 1881 en Brooklyn, NY, y se educó entre USA y Europa a finales del s. XIX y principios del XX. Se graduó en metalurgia y se doctoró en química física en 1906. En 1909 lo contratan en la General Electric, para sus laboratorios de investigación cerca de NY, de los que al poco se convirtió en director asociado. Y es aquí donde empiezan las luces.

    En 1906, la General Electric había descubierto una forma de trabajar los filamentos de wolframio, que se estaban empezando a usar en las bombillas incandescentes, de manera que fueran más sencillos de trabajar y darles forma. Con esos filamentos, empezó a comercializar bombillas de W, que funcionaban a vacío, en 1911. No iban mal, daban buena luz para los estándares de la época. Sin embargo, con el uso, antes de que el filamento se rompiera y la oscuridad fuera total, el ennegrecimiento del vidrio de las bombillas conseguía avanzar esas sombras indeseadas. Pero por suerte, en esa época ya trabajaba Langmuir para la compañía. Y devolvió la luz.

    En 1913 publicó una serie de trabajos en los que demostraba que si en lugar de usar vacío, las bombillas se llenaban con un gas inerte, no se ennegrecían con el uso, y los filamentos daban más brillo y duraban más. Además, demostró que durante todo el proceso de fabricación, la extrema limpieza de los componentes era crucial para el buen funcionamiento y la alta durabilidad de las bombillas. Y así, mientras probaba distintos gases que pudieran servir para rellenar las bombillas y proteger el filamento, comenzó a arrojar luz a un nuevo campo: el de la Química de Superficies. 

    Un año después de proponer el uso de un gas inerte en las bombillas, publicó nuevos estudios. En este caso, probando el uso de hidrógeno, llegó a un nuevo descubrimiento. En primer lugar, que las moléculas formadas por dos átomos de hidrógeno, debido a las altas temperaturas que generaba el filamento, se rompían en hidrógeno atómico. En segundo lugar, que ese hidrógeno era muy reactivo y se incorporaba al filamento. Pero sorprendentemente, la cantidad que se depositaba correspondía a una única capa de átomos. Se producía el proceso conocido como adsorción. El modelo matemático para determinar la máxima cantidad de hidrógeno, o cualquier otro gas, que podía incorporarse a una superficie, lleva el nombre de Langmuir. Todo este trabajo es el que le llevó, años más tarde, a conseguir el premio Nobel de Química.

    No quedó ahí el trabajo. Poco a poco, trabajando sobre filamentos incandescentes en entornos de vacío y de diversos gases, le llevó a estudiar el efecto termoiónico. Este efecto hace que esos filamentos emitan partículas, como podrían ser electrones. Esos electrones pueden interaccionar con el gas que rodea al filamento. 

    Ese gas, al que originalmente se refería como llamas, debido al aspecto que tenían, que le recordó de alguna manera al del plasma sanguíneo, Langmuir lo denominó plasma. Y eso hizo que Langmuir fuera uno de los primeros científicos en trabajar con plasmas, además de haber acuñado el término. Además de los usos científicos que puedan tener los plasmas, todos conocemos el más lúdico, en forma de estas esferas que contienen "rayos" de luz que parecen buscar nuestro contacto.

    El trabajo de Langmuir fue extensísimo, y durante su trabajo en la General Electric, hasta su jubilación en 1950, realizó valiosísimas aportaciones a distintos campos de la química. Pero las más luminosas fueron estas que relato aquí, las que nos trajeron las luces más duraderas y con ellos consiguieron apartar las sombras del día a día de ese inicio del siglo XX.
    

Esta entrada se ha creado para participar en Café Hypatia con el tema #PVlucesysombras

BIBLIOGRAFÍA

• Chemical reactions at very low pressures. I. The clean-up of oxygen in a tungsten lamp, I. Langmuir, J. Am. Chem. Soc. 35 (1913) 105-127 https://doi.org/10.1021/ja02191a001
• Chemical reactions at very low pressures. II. The chemical clean-up of nitrogen in a tungsten lamp, I. Langmuir, J. Am. Chem. Soc. 35 (1913) 931-945 https://doi.org/10.1021/ja02197a002
• The dissociation of hydrogen into atoms. Part I. Experimental, I. Langmuir and G.M.J. Mackay, J. Am. Chem. Soc. 36 (1914) 1708-1732 https://doi.org/10.1021/ja02185a011
• The dissociation of hydrogen into atoms. Part II. Calculation of the degree of dissociation and the heat of formation, I. Langmuir and G.M.J. Mackay, J. Am. Chem. Soc. 37 (1915) 417-458  https://doi.org/10.1021/ja02168a002
• Flames of atomic hydrogen, I. Langmuir, Ind. Eng. Chem. 19 (1927) 667-674  https://doi.org/10.1021/ie50210a009
• Generación de un plasma con un dispositivo análogo al usado por Langmuir: https://youtu.be/EwK4Bn_7IVc