Svante August Arrhenius

ÍNDICE




BIOGRAFÍA



Svante August Arrhenius nació en Uppsala, Suecia, el 19 de Febrero de 1859. Su padre, Svante Gustaf Arrhenius, y su madre, Carolina Christina Thunberg, eran granjeros. A pesar de las condiciones en las que se crió ha llegado a ser reconocido como uno de los mejores físico-químicos de todos los tiempos.
Svante August Arrhenius
Svante August Arrhenius

Desde pequeño mostró su gran capacidad para cálculos aritméticos, y ya en el colegio, se interesó por las matemáticas y las físicas. En 1876 entró en la universidad de su ciudad natal, donde estudió matemáticas, química y física. Se doctoró en 1884 con una tesis donde exponía sus teorías sobre la conducción de la electricidad a través de las disoluciones, de cómo los electrolitos se disociaban en sus iones cuando se encontraban en disolución y la fuerza relativa de dichos iones según fuesen ácidos o bases. Estas teorías fueron rechazadas por, tanto alumnos como profesores de la universidad; sin embargo, la tesis llegó a oídos de expertos químicos extranjeros como Ostwald, Boltzmann y van't Hoff, los cuales le tendieron la mano ofreciéndole trabajo. Así, su prestigio comenzó su ascenso en su propio país.
Algunos de sus logros laborales abarcan cargos como profesor de física de la universidad donde cursó sus estudios universitarios, alcanzando el grado de catedrático y convirtiéndose en rector. También trabajó en el Real Instituto de Tecnología de Estocolmo y fue director del Instituto Nobel de fisicoquímica.
Su trabajo se dedicó, en gran parte, a la investigación. Entre algunas de sus hipótesis más destacadas se puede encontrar la teoría que explicaba la formación de cometas estelares a partir de la presión de la radiación, el planteamiento de lo que se obtendría en la Tierra a consecuencia del aumento del efecto invernadero producido por la contaminación de gases nocivos como en dióxido de carbono, un modelo de lo que en nuestros días conocemos como inmunología y una teoría conocida como cosmogónica en la que plasmaba la evolución de los astros. Aunque la más conocida es aquella que explica el nacimiento de la vida en la Tierra gracias a unas bacterias, denominadas como esencias de la vida, que se encuentran dispersas por el universo para llegar a un planeta idóneo donde surge la vida. Esta idea fue bautizada como ‘’panspermia’’ por Arrhenius.

Gracias a sus descubrimientos y siguiendo su exposición de las distintas hipótesis, el químico Jacobus Van't Hoff promulgó la denominada ecuación de Arrhenius, la cual se utiliza con el fin de comprobar la dependencia de la constante de velocidad de una reacción química con la temperatura a la que se lleva a cabo:


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Su trabajo se vio reconocido por fin cuando fue galardonado con la medalla Davy de la Royal Society de Londres en 1902.Un año más tarde recibió el premio Nobel de química y en 1911 la prestigiosa medalla Gibbs de los Estados Unidos. Todo ello en honor a sus numerosas obras las cuales han sido imprescindibles para la evolución de la ciencia posterior. Algunas de ellas son Tratado de física cósmica y Las teorías de la química, la Tierra y el Universo.
Finalmente murió el día 2 de Octubre de 1927 en Estocolmo.




PREMIO NOBEL(1903)




En 1881, Arrhenius decidió ampliar conocimientos en Estocolmo, bajo el físico Erik Edlund. Le interesaba especialmente la electricidad, y pronto la aplicó al estudio de la Química; (como van ‘t Hoff con su teoría de la presión osmótica).Presentó su tesis doctoral, (Investigaciones sobre la conductividad galvánica de los electrolitos),en 1884 para explicar por qué en algunas disoluciones, la aparente aparición de “moléculas extra” y la conducción de la corriente eléctrica que se daba, estaban relacionados.

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Arrhenius postuló que muchas sustancias, al disolverse en agua, se disocian. La molécula de agua tiene un carácter polar, es decir, aun siendo neutra, uno de sus extremos está cargado positivamente y el opuesto negativamente. Puesto que a muchas sustancias, como la sal común (cloruro de sodio, NaCl) les sucede lo mismo, al disolverlas en agua, la molécula de sal se disocia en los dos iones que la componen, Na+ y Cl-.Y esta disolución de sal en agua, con propiedades nuevas debido a la carga eléctrica de los iones disueltos, es lo que se denomina un electrolito.



Berzelius, había propuesto una relación entre la electricidad y las propiedades químicas de las sustancias que tuvo gran aceptación en la primera mitad del siglo XIX. Sin embargo, la teoría de Berzelius era cualitativa e incompleta, y no explicaba muchos experimentos. Pero la tesis de Arrhenius tenía un análisis cuantitativo, magnitudes y fórmulas detalladas que explicaban los experimentos con una precisión muchísimo mayor que la de Berzelius.

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La tesis fue aprobada, pero recibió calificación de cuarto grado, (las ideas de Arrhenius seguían sin ser aceptadas por todas laspersonas de la época). De modo que, en los años siguientes, el sueco viajó de un lugar a otro, formándose y trabajando con otros científicos (Boltzmann, Ostwald, Kohlrausch, van ‘t Hoff …) desarrollando la nueva rama de la electroquímica. Durante estos años Arrhenius fue capaz de demostrar la influencia de la disociación electrolítica sobre la presión osmótica, la reducción del punto de congelación y aumento del punto de ebullición de soluciones que contengan electrolitos.

Una vez reconocido su genio, en 1891 enseñaba ya en la Stockholms Högskola, en 1895 era catedrático de Física allí, y en 1896 se convirtió en rector. Fue una de las figuras principales involucradas en el establecimiento de los Premios Nobel y los Institutos Nobel. Fue admitido en la Real Academia Sueca de las Ciencias en 1901, y formó parte del Comité de Física . Finalmente recibió el premio nobel de química en 1903 y sería incluso admitido en la Royal Society británica.


TEORÍA DE ÁCIDOS Y BASES



Arrhenius formuló en su tesis doctoral la teoría de la disolución electrolítica. Definió a las sustancias ácidas como sustancias químicas que contienen hidrógeno y al ser disueltas en agua se producía una concentración de iones de hidrógeno o protones, mayor que la del agua pura. Y definió a la base como una sustancia química que al ser disuelta en agua produce iones hidroxilo OH-.

Sin embargo esta teoría formulada por Arrhenius fue objeto de una serie de críticas:

Una primera es que el concepto de ácido se limita a especies químicas que contienen hidrógeno en su estructura, y lo mismo pasa con las bases, ya que se limita a las especies químicas que contienen iones hidroxilo.
Una segunda crítica es que ésta teoría formulada por Arrhenius sólo se refiere a disoluciones acuosas, cuando se conocen muchas reacciones ácido-base que se dan en ausencia de agua.

En la época en la que vivió Arrhenius, se reconocía a una especie como ácido cuando en una disolución acuosa tenía las siguientes características:
Si la especie química está bien disuelta y tiene un sabor agrio; si al poner en contacto la disolución con un papel tornasol éste cambiaba su color de azul a rojo; si reaccionan con metales activos tales como el magnesio, hierro y el zinc produciendo hidrógeno gaseoso H2 (g); al reaccionar con los compuestos denominados bases, forman agua y sales, compuestas éstas sales por los iones del ácido y la base.

Arrhenius propuso entonces que las propiedas de caracterizan a los ácidos son en realidad las propiedades del ion hidrógeno H+, siendo los ácidos compuestos químicos que liberan iones hidrógeno H+ en una disolución acuosa.

Al igual que los ácidos, en la época de Arrhenius se reconocía a las bases cuando en disolución acuosa tenían unas determinadas características:
Si la base está bien disuelta la mezcla tiene un sabor amargo; al poner en contacto el papel tornasol con la disolución éste cambia su color de rojo a azul; al tacto éstas sustancias son resbaladizas y jabonosas; y cuando reaccionan con los ácidos dan como productos agua y sales.

En este caso Arrhenius también propuso que las propiedades de las bases son en realidad las propiedades del ion hidróxido OH-, siendo las bases sustancias químicas que liberan iones hidróxido OH- en una disolución acuosa.

Cuando un ácido reacciona con una base, ésta reacción se denomina neutralización. Ya que al mezclar una determinada cantidad de ácido con una determinada cantidad de base hace que "neutralice" las características de la base perdiendo sus propiedades, dando como resultado agua y sales. Por lo que el sabor de éste tipo de disoluciones es salado.
La reacción de neutralización para su defición sería:
H+ + OH- -> H2O + sales

Resumiendo, las definiciones de Arrhenius son:

Los ácidos liberan iones hidrógeno H+ en agua.
Las bases liberan iones hidróxido OH- en agua.

Las definiciones que propuso Arrhenius nos pueden ser útiles en la actualidad siempre que se trate de disoluciones acuosas.

A continuación un breve video que muestra algunas de las características que poseen tanto los ácidos como las bases:





TEORÍA DEL EFECTO INVERNADERO


Arrhenius, en 1896, fue el 1º en calcular cómo el CO2 atmosférico retiene en la atmósfera la radiación infrarroja proveniente del Sol. Utilizando las observaciones por infrarrojos de la Luna por Frank Washington y Samuel Pierpont Langley en el Observatorio Allegheny para calcular la absorción de la radiación infrarroja por CO2 y vapor de agua atmosféricos concluyó que la duplicación de la cantidad de este gas en la atmósfera subiría la temperatura media del planeta entre 5-6 °C. También predijo que en un planeta más caliente habría mayor evaporación del agua del océano que aumentaría la concentración de vapor de agua en la atmósfera, lo que bloquearía más energía infrarroja dentro de ella aumentando las temperaturas. Por contra, también vio que habría más nubes y que por el efecto albedo se reflejarían más rayos solares, lo que enfriaría el planeta.



Aun así, predijo que la emision humana de gases de efecto invernadero evitaría que el planeta entrase en una nueva edad de hielo. Hoy sabemos que estas glaciaciones y períodos de calentamiento global son debidos a ciclos de cambio en la órbita de la Tierraal alejarse o acercarse del Sol respectivamente, si bien también influye el nivel de efecto invernadero existente en ese período en la Tierra.

Mediante la «Ley de Stefan-Boltzmann » formuló su Ley de efecto invernadero.efectoinvernadero.gif
“Si la cantidad de ácido carbónico(CO2) aumenta en progresión geométrica, el aumento de la temperatura aumentará casi en progresión aritmética”

ΔF = α ln(C/C0)

Arrhenius estimó que reducir a la mitad el CO2 atmosférico disminuiría las temperaturas 4-5 ° C y una duplicación del CO2 provocaría un aumento de temperatura de 5-6 ° C . En su publicación de 1906, Arrhenius ajustó el valor hacia abajo a un aumento de 1.6 ° C (incluyendo vapor de agua : 2,1 ° C).




TEORÍA DEL ION ELECTRÓN


Svante Arrhenius químico sueco quien durante el período de 1883-1887 desarrollo su teoría de la disociación electrolítica propuso que en soluciones acuosas los electrólitos fuertes existen principalmente como partículas cargadas llamadas iones. Estos iones se mueven con relativa libertad en solución y durante la electrólisis.

Las conclusiones de Arrhenius se basaron principalmente en sus experimentos sobre el punto de congelación de las soluciones.
Arrhenius entonces definió a los ácidos como sustancias del tipo HX que en solución se disocian produciendo H+ y X-, definiendo a las bases MOH, como sustancias que en solución producen M+ y OH-, y a la neutralización como el resultado de la combinación de esos iones.


Cuando el HCI se disuelve en el agua (aq) sus moléculas se disocian en la forma:


HCl ® H+ (aq) + Cl- (aq)


Este mismo comportamiento puede aplicarse a los ácidos típicos:

y extenderse a otros ácidos.


De acuerdo con su idea de disociación iónica, la existencia en todos los casos de iones H+ libres en la disolución, llevó a Arrhenius a postular que el carácter ácido está relacionado directamente con la capacidad de una sustancia para dar en disolución acuosa iones H+. La diferencia en la fuerza de los ácidos se puede cuantificar mediante la medida de la conductividad eléctrica de sus respectivas disoluciones acuosas; cuanto más fuerte es un ácido mejor conduce la electricidad. Según la teoría de Arrhenius, la relación entre ambos hechos es clara. La reacción de disociación de un ácido en disolución es un caso particular de equilibrio químico.


Representando por AH la fórmula de un ácido genérico, la reacción de disociación del ácido se puede escribir, de acuerdo con las ideas de Arrhenius, en la forma:


AH « A-(aq) + H+(aq)


En los ácidos fuertes la reacción estaría desplazada hacia la derecha de modo que abundarían más los iones H+(aq), ya que todo el AH estaría prácticamente disociado. Ello explicaría a la vez el fuerte carácter ácido y su elevada conductividad, debida a la abundancia en la disolución de iones portadores de carga. Por el contrario, en los ácidos débiles el grado de disociación sería pequeño, es decir, sólo una pequeña fracción de sustancia estaría disuelta en forma de iones, estando el equilibrio desplazado hacia la izquierda.


De acuerdo con las ideas de Arrhenius, un esquema explicativo análogo podría aplicarse a las bases. Los hidróxidos, que eran las bases mejor conocidas, al disolverse en el agua se disociarían en la forma:


KOH ® K+(aq) + (OH)-(aq)

NaOH ® Na+(aq) + (OH)-(aq)

Mg(OH)2 ® Mg+2(aq) + 2(OH)-(aq)


Generalizando los resultados de las anteriores reacciones, Arrhenius concluyó que eran bases todas aquellas sustancias capaces de dar en disolución acuosa iones OH-.


Al igual que para los ácidos, la fuerza de una base y su conductividad estarían relacionadas entre sí y ambas, con el grado de disociación que presenta dicha base en disolución acuosa.


Aun cuando no sean las únicas sustancias que se comportan como bases, las combinaciones de óxidos metálicos con el agua, es decir, los hidróxidos, son bases típicas. Las disoluciones acuosas de bases fuertes, como el hidróxido de sodio (NaOH) o el hidróxido de potasio (KOH), son agresivas o cáusticas con los tejidos animales blandos, como las mucosas; de ahí que el NaOH se denomine usualmente sosa cáustica y el KOH potasa cáustica. Sus disoluciones acuosas reciben el nombre de lejías.



La Neutralización


Tal como puede ver arriba, los ácidos sueltan H+ en la solución y las bases sueltan OH-. Si fuésemos a mezclar un ácido y una base, el ión H+ se combinaría con el ión OH- ion para crear la molécula H2O, o simplemente agua:


H+(aq) + OH-(aq) H2O


La reacción neutralizante de un ácido con una base siempre producirá agua y sal, tal como se muestra abajo:


Ácido Base Agua Sal

HCl + NaOH H2O + NaCl

HBr + KOH H2O + KBr


Aunque Arrhenius ayudó a explicar los fundamentos de la química sobre ácidos y bases, lastimosamente sus teorías tenían límites. Por ejemplo, la definición de Arrhenius no explica por qué algunas substancias como la levadura común (NaHCO3) puede actuar como una base, a pesar de que no contenga iones de hidrógeno.


Si la concentración de base es suficiente, todos los iones H+ procedentes del ácido serán neutralizados por los OH- procedentes de la base. Un exceso de base otorgará a la disolución resultante un carácter básico. Por el contrario, la existencia de iones H+ no neutralizados, debido a un exceso de ácido, dará lugar a que la disolución tenga carácter ácido.


Aun cuando la teoría de Arrhenius tiene esa validez restringida característica de las primeras aproximaciones, constituyó, sin embargo, un adelanto importante en la explicación de los procesos químicos, y a pesar de sus limitaciones, se sigue aún utilizando por su sencillez en aquellas circunstancias en las que la facilidad de comprensión pesa más que el estricto rigor científico.


TEORÍA DE LA PANSPERMIA



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Panspermia es la hipótesis que sugiere que las bacterias o la esencia de la vida prevalecen diseminadas por todo el Universo y que la vida comenzó en la Tierra gracias a la llegada de tales semillas a nuestro planeta.
A pesar que esta explicación ya la consideró Anaxágoras, en 1903, el científico sueco Svante Arrhenius popularizó este término al desarrollar una hipótesis cosmogónica en sus libros ("Escritos de la física cósmica" y "El devenir de los mundos").
Para Arrhenius, los astros no son entes extraños entre sí, separados por inmensos vacíos y sin más relaciones que sus atracciones y radiaciones. Se intercambian muchas cosas, tales como electricidad, materia y hasta gérmenes vivientes. Esta conclusión de Arrhenius condujo a darle el nombre a su hipótesis como de exogénesis o panspermia.

Para Arrhenius, el mundo es infinito y los astros están distribuidos uniformemente en él. El Universo es una inmensa máquina térmica funcionando entre manantiales calientes (las estrellas) a los fríos (las nebulosas). La presión de la radiación es una fuerza que emana de los cuerpos luminosos y repele a los cuerpos ligeros. Las partículas expelidas por el Sol, terminarían por aglutinarse, constituyendo centros de condensación. Así se explicaría que se trasladase vida o incluso moléculas necesarias para formar vida de un astro a otro.

TEORÍA DE ARRHENIUS



Arrhenius dedujo que la expresión de la velocidad puede escribirse como producto de un factor dependiente de la temperatura por otro dependiente de la composición, es decir:
velocidad= f1(temperatura) f2(composición)
velocidad= Kf2 (composición)

En estas reacciones químicas, el factor dependiente de la temperatura se ajusta a la ecuación de Arrhenius.
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En esta ecuación, K0 representa el factor de frecuencia y Ea, la energía de activación de la reacción.Con esta expresión nos ajustamos a un amplio rango de temperaturas experimentales, siendo una primera aproximación para el estudio del efecto de la temperatura sobre la ecuación cinética.

Con esta expresión podemos deducir;A temperatura constante cuanto mayor es la Ea, más pequeña será la constante de velocidad y por lo tanto más lenta será la velocidad de reacción.Sin embargo, si las velocidades de reacción son rápidas, tendrán una Ea pequeña. A partir de consideraciones termodinámicas, se obtiene la ecuación de Arrhenius. Para una reacción elemental cuyas velocidades sean lo suficientemente rápidas y así alcanzar un equilibrio dinámico, la ecuación de van´t Hoff enuncia:
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Suponiendo que la reacción sea:
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donde K1 y K2 son las constantes de velocidad directa e inversa respectivamente. Las constantes de velocidad se relacionan entre sí por medio de la siguiente expresión:
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En la que si sustituimos la anterior, obtenemos:
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El hecho de que la diferencia de derivadas sea igual a sugiere la posibilidad de que cada una de estas derivadas pueda igualarse a un término de la forma:
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Ei es el nivel energético

Integrando cualquiera de las dos últimas ecuaciones anteriores y suponiendo que la constante de integración sea ln K0, obtenemos un resultado en forma de la ecuación de Arrhenius
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Otra posible derivación de la expresión de Arrhenius está basada en el concepto de estado de transición o activado. Supongamos que el producto C de la reacción09.gif sólo esté formado por la descomposición de una forma activada de los reactivos A y B, a la que denominaremos (AB)*. La reacción tiene lugar por medio de las reacciones elementales siguientes:
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Si la primera etapa es mucho más rápida que la segunda etapa la concentración de (AB)* la podremos expresar de esta forma:
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donde K* es la constante de equilibrio para la formación de (AB)*. Utilizando esta última ecuación, la velocidad de reacción (velocidad de formación de C) queda dada por la velocidad de la etapa de descomposición de primer orden
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Si integramos la ecuación de van´t Hoff, reemplazando K por K*, el resultado será
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siendo I la constante de integración. Al combinar estas dos últimas ecuaciones y comparándola con la ecuación de Arrhenius, podemos decir:
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Puesto que AB*, es la energía requerida para formar el estado activado a partir de A y B, es la expresión de Boltzmann para la fracción de moléculas que tienen una energía en exceso de la energía promedio. Esto le da un significado a la energía de activación E de la ecuación de Arrhenius. En la siguiente figura vemos que este valor es la barrera de energía que debe superarse para formar (AB)* y finalmente el producto C.

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Si tenemos en cuenta la reacción 17.gifcomo de segundo orden en ambas direcciones; para que así que las moléculas de H2 e I2 reaccionen dando IH, es necesario que antes choquen. Donde una cierta fracción de estas moléculas adquirirá la energía de activación suficiente y formará moléculas activadas. En la siguiente figura se indica la naturaleza indefinida de los enlaces del complejo activado por medio de líneas discontinuas. En esta situación el complejo activado puede dar lugar a productos o bien se pueden formar de nuevo los reactivos de partida.


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La teoría de Arrhenius es el primer paso para dar una interpretación molecular de los procesos que ocurren en una reacción química. Sin embargo, la teoría no conduce a resultados cuantitativos, por lo que se han desarrollado otras, que basándose en las ideas de Arrhenius, pueden predecir en casos sencillos los resultados experimentales.





BIBLIOGRAFIA



http://es.wikipedia.org/wiki/Svante_August_Arrhenius
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/Arrhenius-bio.html
http://www.biografiasyvidas.com/biografia/a/fotos/arrhenius.jpg


http://www.biografiasyvidas.com/biografia/a/arrhenius.htm
http://centros5.pntic.mec.es/ies.salvador.dali1/primeroa/arrhenius/biografa.htm

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http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/arrhenius-bio.html
"On the Influence of Carbonic Acid in the Air Upon the Temperature of the Ground

http://www.eoearth.org/topics/view/49463/