Aston, Francis William (1877-1945). El científico británico que revolucionó la química con la espectroscopia de masas

Francis William Aston (1877-1945) fue un destacado físico y químico británico cuya contribución al desarrollo de la ciencia moderna dejó una marca indeleble. Nacido en Harborne, un suburbio de Birmingham, Aston se convirtió en una figura clave en la química y la física, especialmente por su trabajo pionero sobre espectroscopia de masas y radiactividad, lo que le valió el Premio Nobel de Química en 1922. Su legado sigue vigente, pues sus descubrimientos no solo ampliaron el entendimiento de la estructura atómica, sino que también tuvieron aplicaciones cruciales en campos como la biología, la geología y la física nuclear.

Orígenes y contexto histórico

Francis William Aston nació el 1 de septiembre de 1877 en una familia modesta, siendo el tercero de siete hermanos. Desde joven, mostró una notable inteligencia, la cual se destacó especialmente en sus primeros estudios en la escuela de la vicaría de Harborne. Posteriormente, Aston ingresó al Malvern College, donde cultivó su interés por las ciencias. Fue allí donde comenzó a consolidar su amor por la investigación científica, un camino que continuó al ingresar a la Universidad de Birmingham. En esta universidad, Aston tuvo la suerte de contar con la tutela de grandes maestros como Edward Frankland (1825-1899), en Química, y John Henry Poynting (1852-1914), en Física, figuras que influirían profundamente en su formación académica y profesional.

En sus años universitarios, Aston ya destacaba como alumno excepcional en ambas disciplinas científicas, aunque fue en la Química donde inicialmente brilló. En 1898, gracias a una beca Foster, pudo investigar las características ópticas de los derivados de los ácidos tartáricos. Los resultados de esta investigación, publicados en 1901, le trajeron reconocimiento entre sus colegas, consolidando su reputación como un investigador prometedor.

Logros y contribuciones

A comienzos del siglo XX, Aston, como muchos científicos de la época, se vio obligado a salir de la academia debido a dificultades económicas. Trabajó en los laboratorios de una empresa cervecera, donde comenzó a mostrar un mayor interés por la Física. En ese entorno, desarrolló mecanismos que mejoraron las bombas para evacuar la cerveza de los grandes contenedores, un paso que lo condujo al estudio de fenómenos de descarga de fluidos a través de tubos. Su fascinación por la física lo llevó a regresar al ámbito académico en 1903, gracias a una beca de la Universidad de Birmingham.

Durante este período, Aston tuvo la oportunidad de colaborar con el célebre físico y químico William Crookes (1832-1919) en sus experimentos con rayos catódicos. Fue entonces cuando Aston descubrió el fenómeno que más tarde se conocería como el «espacio de la oscuridad de Aston». Este descubrimiento se erigiría como uno de los pilares de su carrera científica.

En 1909, su carrera dio un giro decisivo cuando fue llamado por el renombrado químico Joseph John Thomson (1856-1940) para unirse al laboratorio de Cavendish, en la Universidad de Cambridge. Fue en ese laboratorio donde Aston realizó uno de sus descubrimientos más importantes: en 1910, descubrió la existencia de los isótopos, un concepto revolucionario en la química. En particular, identificó dos isótopos del átomo de neón, es decir, átomos con el mismo número de protones, pero con diferente masa atómica debido a la cantidad variable de neutrones. Este descubrimiento fue una de las bases de la teoría moderna de la estructura atómica.

El concepto de isótopos fue acuñado más tarde por Frederick Soddy (1877-1956), quien seguiría los pasos de Aston al profundizar en las propiedades de estos átomos. Aunque el francés Henri Antoine Becquerel (1852-1908) había realizado experimentos sobre radiactividad natural, fue el trabajo de Aston lo que finalmente consolidó el concepto de los isótopos en la ciencia.

El espectrógrafo de masas: un invento revolucionario

El descubrimiento más importante de Aston llegó en 1920, cuando, tras la Primera Guerra Mundial, regresó a la Universidad de Cambridge. Allí, construyó el aparato que lo haría mundialmente famoso: el espectrógrafo de masas, también conocido como el espectrógrafo de Aston. Este dispositivo permitió separar distintas sustancias químicas, analizarlas y localizar los isótopos de un mismo elemento, una hazaña nunca antes lograda. El espectrógrafo de masas permitió a Aston resolver el misterio de los isótopos del neón y descubrió los isótopos de otros elementos, como el cloro.

El espectrógrafo de masas es un dispositivo compuesto por varios componentes clave, como un generador de iones, una cámara de vacío, un campo electromagnético y un colector. El aparato se utiliza para acelerar partículas cargadas a través de una diferencia de potencial, desviándolas según su masa y carga eléctrica. Esto permite separar las partículas y detectar sus características, como se demuestra en las líneas oscuras de una placa fotográfica que registra el espectro de las partículas. Este invento fue fundamental para comprender mejor la estructura atómica y sus diversas aplicaciones.

El espectrógrafo de masas no solo permitió a Aston descubrir más de doscientos isótopos estables de distintos elementos, sino que también tuvo aplicaciones prácticas en áreas como la geología, la biología, la química y la física nuclear. Además, el trabajo de Aston sobre los isótopos lo llevó a formular la regla del número entero, que establece que las masas atómicas de los isótopos son números enteros, y la regla de Aston, que determina que los elementos con número atómico impar no pueden tener más de dos isótopos estables.

Reconocimientos y legado

Los logros de Aston fueron reconocidos internacionalmente. En 1922, recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo sobre espectroscopia de masas. A lo largo de su carrera, Aston también fue galardonado con otros importantes premios, como la medalla Mackenzie Davidson de la Röntgen Society (1920), la medalla Hughes (1922), el premio John Scott (1923) y la medalla Real (1938), entre muchos otros.

Aston, que nunca se casó, fue un hombre con una vida equilibrada, destacándose no solo como científico, sino también como deportista y músico. Practicó esquí, alpinismo, tenis y natación, y tenía un talento natural para tocar el violín, el violonchelo y el piano. Su carisma y su dedicación lo convirtieron en un miembro apreciado en diversos círculos académicos y sociales.

En 1921, fue nombrado miembro de la Royal Society y, en 1923, recibió el premio John Scott. Fue también miembro honorario de varias academias de ciencias, como la Academia Rusa de Ciencias y la Accademia dei Lincei.

El legado de Aston perdura hasta el día de hoy, pues su invención del espectrógrafo de masas sigue siendo una herramienta fundamental en la investigación científica. Además, su trabajo sobre los isótopos y la estructura atómica fue crucial para el desarrollo de la física nuclear y la comprensión de la radiactividad.

Obra y publicaciones

Francis William Aston dejó un importante legado escrito, con obras que siguen siendo de referencia en el campo de la física y la química. Entre sus libros más destacados se encuentran:

• Isótopos (1922)

• Unidades estructurales del Universo material (1923)

• Espectros de masas e isótopos (1933)

Estas obras compilan sus descubrimientos más importantes y consolidan su posición como uno de los científicos más influyentes de su tiempo. Su trabajo continuó siendo un pilar esencial para futuras generaciones de científicos, tanto en el ámbito académico como en el desarrollo de nuevas tecnologías.

Francis William Aston falleció el 20 de noviembre de 1945 en Cambridge, dejando un legado que sigue vivo a través de los avances que posibilitó en el estudio de la química y la física atómica.