Bisogna ammettere che la scienza ha le sue caste. L'uomo il cui principale apparecchio è l'equazione differenziale guarda dall'alto in basso chi usa un galvanometro, e questi a sua volta guarda dall'alto in basso coloro che pasticciano con cose appiccicose e puzzolenti nelle provette.
Gilbert Newton Lewis era un chimico fisico americano e un ex Dean del College of Chemistry dell'University of California, Berkeley. Lewis era noto soprattutto per la sua scoperta del legame covalente e il suo concetto di coppie di elettroni; le sue strutture di Lewis e altri contributi alla teoria del legame di valenza hanno plasmato le moderne teorie del legame chimico. Lewis ha contribuito con successo alla termodinamica chimica, alla fotochimia e alla separazione isotopica, ed è anche noto per il suo concetto di acidi e basi. Lewis ha anche ricercato sulla relatività e la fisica quantistica, e nel 1926 ha coniato il termine "fotone" per la più piccola unità di energia radiante.
G. N. Lewis nacque nel 1875 a Weymouth, Massachusetts. Dopo aver conseguito il dottorato in chimica dall'Harvard University e aver studiato all'estero in Germania e nelle Filippine, Lewis si trasferì in California nel 1912 per insegnare chimica all'University of California, Berkeley, dove divenne Dean del College of Chemistry e vi rimase per il resto della sua vita. Come professore, ha incorporato i principi termodinamici nel curriculum di chimica e ha riformato la termodinamica chimica in modo matematicamente rigoroso e accessibile ai chimici ordinari. Ha iniziato a misurare i valori di energia libera legati a vari processi chimici, sia organici che inorganici. Nel 1916, ha anche proposto la sua teoria del legame e ha aggiunto informazioni sugli elettroni nella tavola periodica degli elementi chimici. Nel 1933, ha iniziato la sua ricerca sulla separazione isotopica. Lewis ha lavorato con l'idrogeno ed è riuscito a purificare un campione di acqua pesante. Ha poi sviluppato la sua teoria di acidi e basi, e ha svolto lavori in fotochimia negli ultimi anni della sua vita.
Sebbene fosse stato nominato 41 volte, G. N. Lewis non ha mai vinto il Premio Nobel per la Chimica, causando una controversia importante del Premio Nobel. D'altra parte, Lewis ha insegnato e influenzato numerosi laureati Nobel a Berkeley inclusi Harold Urey Premio Nobel 1934, William F. Giauque Premio Nobel 1949, Glenn T. Seaborg Premio Nobel 1951, Willard Libby Premio Nobel 1960, Melvin Calvin Premio Nobel 1961 e così via, trasformando Berkeley in uno dei centri di chimica più prestigiosi del mondo. Il 23 marzo 1946, Lewis è stato trovato morto nel suo laboratorio di Berkeley dove stava lavorando con il cianuro di idrogeno; molti hanno postulato che la causa della sua morte fosse il suicidio. Dopo la morte di Lewis, i suoi figli hanno seguito la carriera del padre nella chimica, e la Lewis Hall nel campus di Berkeley è intitolata a lui.
Biografia
Primi anni
Lewis nacque nel 1875 e crebbe a Weymouth, Massachusetts, dove esiste una strada intitolata a lui, G.N. Lewis Way, fuori da Summer Street. Inoltre, l'ala del dipartimento di chimica della nuova Weymouth High School è stata intitolata in suo onore. Lewis ricevette la sua istruzione primaria a casa dai suoi genitori, Frank Wesley Lewis, un avvocato di carattere indipendente, e Mary Burr White Lewis. Ha imparato a leggere all'età di tre anni ed era intellettualmente precoce. Nel 1884 la sua famiglia si trasferì a Lincoln, Nebraska, e nel 1889 ricevette la sua prima istruzione formale presso la scuola preparatoria dell'università.
Nel 1893, dopo due anni all'University of Nebraska, Lewis si trasferì all'Harvard University, dove ha ottenuto il B.S. nel 1896. Dopo un anno di insegnamento alla Phillips Academy di Andover, Lewis tornò a Harvard per studiare con il chimico fisico T. W. Richards e ha ottenuto il Ph.D. nel 1899 con una dissertazione su potenziali elettrochimici. Dopo un anno di insegnamento a Harvard, Lewis ha usufruito di una borsa di viaggio verso la Germania, il centro della chimica fisica, e ha studiato con Walther Nernst a Göttingen e con Wilhelm Ostwald a Lipsia. Mentre lavorava nel laboratorio di Nernst, Lewis apparentemente sviluppò un'inimicizia permanente con Nernst. Negli anni successivi, Lewis iniziò a criticare e denunciare il suo ex insegnante in molte occasioni, definendo il lavoro di Nernst sul suo teorema del calore "un episodio spiacevole nella storia della chimica". Un amico svedese di Nernst, Wilhelm Palmær, era membro del Comitato Nobel per la Chimica. Ci sono prove che ha utilizzato le procedure di nomina e relazione del Nobel per bloccare un Premio Nobel per Lewis in termodinamica nominando Lewis per il premio tre volte, e poi usando la sua posizione di membro della commissione per scrivere relazioni negative.
Harvard, Manila e MIT
Dopo il suo soggiorno nel laboratorio di Nernst, Lewis tornò ad Harvard nel 1901 come istruttore per altri tre anni. Gli fu assegnato l'incarico di istruttore in termodinamica ed elettrochimica. Nel 1904 Lewis gli fu concesso un congedo e divenne Sovrintendente di Pesi e Misure per il Bureau of Science a Manila, Filippine. L'anno successivo tornò a Cambridge, Massachusetts quando il Massachusetts Institute of Technology MIT lo ha nominato in una posizione di facoltà, nella quale ha avuto l'opportunità di unirsi a un gruppo di eminenti chimici fisici sotto la direzione di Arthur Amos Noyes. Divenne assistente professore nel 1907, professore associato nel 1908 e professore ordinario nel 1911.
University of California, Berkeley
G. N. Lewis ha lasciato il MIT nel 1912 per diventare professore di chimica fisica e Dean del College of Chemistry all'University of California, Berkeley. Il 21 giugno 1912, ha sposato Mary Hinckley Sheldon, figlia di un professore di lingue romanze di Harvard. Hanno avuto due figli, entrambi diventati professori di chimica, e una figlia. Nel 1913, ha aderito all'Alpha Chi Sigma a Berkeley, la fratellanza professionale di chimica.
Mentre era a Berkeley, Lewis ha insegnato e influenzato numerosi futuri laureati Nobel inclusi Harold Urey Premio Nobel 1934, William F. Giauque Premio Nobel 1949, Glenn T. Seaborg Premio Nobel 1951, Willard Libby Premio Nobel 1960, Melvin Calvin Premio Nobel 1961 e così via. Grazie ai suoi sforzi, il College of Chemistry a Berkeley divenne uno dei principali centri di chimica al mondo. Nel 1913, è stato eletto all'National Academy of Sciences. Ha rassegnato le dimissioni nel 1934, rifiutando di dichiarare la causa delle sue dimissioni; è stato ipotizzato che fosse dovuto a una disputa sulla politica interna di quell'istituzione o al mancato riconoscimento di coloro che aveva nominato. La sua decisione di dimettersi potrebbe essere stata scatenata dal risentimento per l'assegnazione del Premio Nobel per la chimica del 1934 al suo studente, Harold Urey, per la scoperta del deuterio, un premio che Lewis certamente sentiva di dover condividere per il suo lavoro sulla purificazione e caratterizzazione dell'acqua pesante.
Morte
Il 23 marzo 1946, uno studente laureato ha trovato il corpo senza vita di Lewis sotto un banco di lavoro nel laboratorio a Berkeley. Lewis stava lavorando a un esperimento con cianuro di idrogeno liquido, e i fumi mortali da una linea rotta si erano infiltrati nel laboratorio. Il coroner ha stabilito che la causa della morte era la malattia coronarica, a causa della mancanza di segni di cianosi, ma alcuni credono che potrebbe essere stato un suicidio. Il professore emerito di Berkeley William Jolly, che ha riferito i vari punti di vista sulla morte di Lewis nel suo libro del 1987 sulla storia del College of Chemistry dell'UC Berkeley, From Retorts to Lasers, ha scritto che un personaggio di alto livello del dipartimento credeva che Lewis si fosse suicidato.
Se la morte di Lewis fosse davvero un suicidio, una possibile spiegazione era la depressione causata da un pranzo con Irving Langmuir. Langmuir e Lewis avevano una lunga rivalità, risalente alle estensioni di Langmuir della teoria di Lewis sul legame chimico. A Langmuir era stato assegnato il Premio Nobel per la chimica del 1932 per il suo lavoro sulla chimica delle superfici, mentre Lewis non aveva ricevuto il premio nonostante fosse stato nominato 41 volte. Nel giorno della morte di Lewis, Langmuir e Lewis si erano incontrati a pranzo a Berkeley, incontro che Michael Kasha ricordò solo anni dopo. I colleghi hanno riferito che Lewis è tornato dal pranzo di cattivo umore, ha giocato una partita di bridge deprimente con alcuni colleghi, poi è tornato a lavorare nel suo laboratorio. Un'ora dopo, è stato trovato morto. I documenti di Langmuir presso la Library of Congress confermano che era stato nel campus di Berkeley quel giorno per ricevere una laurea honoris causa.
Lewis Hall a Berkeley, costruito nel 1948, è intitolato in suo onore.
Realizzazioni scientifiche
Termodinamica
La maggior parte degli interessi duraturi di Lewis ebbero origine durante i suoi anni ad Harvard. Il più importante era la termodinamica, una materia in cui Richards era molto attivo in quel periodo. Sebbene la maggior parte delle importanti relazioni termodinamiche fossero note nel 1895, erano viste come equazioni isolate, e non erano ancora state razionalizzate come un sistema logico, da cui, data una relazione, il resto potrebbe essere derivato. Inoltre, queste relazioni erano inesatte, applicabili solo a sistemi chimici ideali. Questi erano due problemi eccezionali della termodinamica teorica. In due lunghi e ambiziosi articoli teorici nel 1900 e 1901, Lewis ha cercato di fornire una soluzione. Lewis ha introdotto il concetto termodinamico di attività e ha coniato il termine "fugacità". La sua nuova idea di fugacità, o "tendenza di fuga", era una funzione con le dimensioni della pressione che esprimeva la tendenza di una sostanza a passare da una fase chimica all'altra. Lewis credeva che la fugacità fosse il principio fondamentale dal quale potrebbe essere derivato un sistema di relazioni termodinamiche reali. Questa speranza non si è realizzata, anche se la fugacità ha trovato un posto duraturo nella descrizione dei gas reali.
I primi articoli di Lewis rivelano anche una consapevolezza insolitamente avanzata delle idee di J. W. Gibbs e P. Duhem sull'energia libera e il potenziale termodinamico. Queste idee erano ben note ai fisici e ai matematici, ma non alla maggior parte dei chimici pratici, che le consideravano astruse e inapplicabili ai sistemi chimici. La maggior parte dei chimici si basava sulla termodinamica familiare del calore entalpia di Berthelot, Ostwald e Van't Hoff, e sulla scuola calorimetrica. Il calore di reazione non è, naturalmente, una misura della tendenza dei cambiamenti chimici a verificarsi, e Lewis si rese conto che solo l'energia libera e l'entropia potevano fornire una termodinamica chimica esatta. Ha derivato l'energia libera dalla fugacità; ha cercato, senza successo, di ottenere un'espressione esatta per la funzione di entropia, che nel 1901 non era stata definita a basse temperature. Richards ha provato e fallito anche lui, e non fino a quando Nernst non ha avuto successo nel 1907 è stato possibile calcolare le entropie in modo inequivocabile. Sebbene il sistema basato sulla fugacità di Lewis non sia durato, il suo primo interesse per l'energia libera e l'entropia si è rivelato molto fruttuoso, e gran parte della sua carriera è stata dedicata a rendere questi concetti utili accessibili ai chimici pratici.
Ad Harvard, Lewis ha anche scritto un articolo teorico sulla termodinamica della radiazione del corpo nero in cui postulava che la luce ha una pressione. Successivamente ha rivelato che era stato scoraggiato dal perseguire questa idea dai suoi colleghi più anziani e conservatori, che erano ignari che Wilhelm Wien e altri stavano perseguendo con successo la stessa linea di pensiero. L'articolo di Lewis rimase inedito; ma il suo interesse per la radiazione e la teoria quantistica, e successivamente la relatività, scaturiva da questo primo sforzo abortito. Sin dall'inizio della sua carriera, Lewis considerava se stesso sia chimico che fisico.
Teoria della valenza
Attorno al 1902 Lewis ha iniziato a usare disegni inediti di atomi cubici nelle sue note di lezione, in cui gli angoli del cubo rappresentavano possibili posizioni degli elettroni. Lewis ha successivamente citato queste note nel suo articolo classico del 1916 sul legame chimico, come prima espressione delle sue idee.
Un terzo grande interesse che ebbe origine durante i suoi anni ad Harvard era la sua teoria della valenza. Nel 1902, mentre cercava di spiegare le leggi della valenza ai suoi studenti, Lewis concepì l'idea che gli atomi fossero costruiti da una serie concentrica di cubi con elettroni a ogni angolo. Questo "atomo cubico" spiegava il ciclo di otto elementi della tavola periodica ed era in accordo con la credenza ampiamente accettata che i legami chimici fossero formati dal trasferimento di elettroni per dare a ogni atomo una serie completa di otto. Questa teoria elettrochimica della valenza trovò la sua espressione più elaborata nel lavoro di Richard Abegg nel 1904, ma la versione di Lewis di questa teoria era l'unica ad essere incorporata in un modello atomico concreto. Ancora una volta, la teoria di Lewis non interessò ai suoi mentori di Harvard, che, come la maggior parte dei chimici americani di quel tempo, non avevano gusto per tale speculazione. Lewis non pubblicò la sua teoria dell'atomo cubico, ma nel 1916 divenne una parte importante della sua teoria del legame di coppie di elettroni condivisi.
Nel 1916, pubblicò il suo articolo classico sul legame chimico "The Atom and the Molecule" in cui formulò l'idea di quello che sarebbe diventato noto come il legame covalente, costituito da una coppia di elettroni condivisi, e definì il termine molecola dispari il termine moderno è radicale libero quando un elettrone non è condiviso. Ha incluso quelle che divennero note come strutture di punto di Lewis così come il modello di atomo cubico. Queste idee sul legame chimico furono ampliate da Irving Langmuir e divennero l'ispirazione per gli studi sulla natura del legame chimico di Linus Pauling.
Acidi e basi
Nel 1923, ha formulato la teoria del legame di coppie di elettroni delle reazioni acido-base. In questa teoria di acidi e basi, un "acido di Lewis" è un accettore di coppie di elettroni e una "base di Lewis" è un donatore di coppie di elettroni. Questo stesso anno ha anche pubblicato una monografia sulle sue teorie del legame chimico
