Walther Nernst (1864-1941). El físico y químico que revolucionó la termodinámica

Walther Nernst, una de las figuras más influyentes en la física y la química del siglo XX, nació en Briesen, Prusia Occidental, en 1864 y falleció en Ober-Zibelle, cerca de Muskau, en 1941. Su legado científico permanece vigente gracias a sus aportes esenciales en campos como la termodinámica, la electroquímica, y la fotoquímica. Fue pionero en teorías que sentaron las bases de la comprensión moderna de los fenómenos físico-químicos, formulando principios que aún se enseñan en las universidades y aplican en laboratorios de todo el mundo.

Orígenes y contexto histórico

Walther Nernst vivió en un momento de efervescencia científica y transformación industrial en Europa. A finales del siglo XIX y principios del XX, Alemania se consolidó como una potencia en investigación científica. En este contexto, Nernst se formó académicamente, estudiando física en cuatro universidades alemanas, una señal de su ambición y compromiso intelectual.

Su carrera académica y profesional se desarrolló en importantes centros de investigación como la Universidad de Gotinga, donde en 1891 se convirtió en profesor y fundó un centro especializado en el estudio de los electrólitos, anticipando la relevancia futura de este campo tanto en física como en química.

Además, Nernst fue testigo y protagonista de una época marcada por avances cruciales en la comprensión de la materia, la energía y las leyes que las gobiernan. Su vida y obra se inscriben en el marco de una revolución científica que modificó para siempre la manera de concebir la naturaleza.

Logros y contribuciones

Las contribuciones de Walther Nernst abarcan múltiples disciplinas científicas. A continuación, se destacan algunas de sus aportaciones más significativas:

Electroquímica y teoría de las soluciones

En 1889, Nernst hizo una contribución fundamental al estudio de las soluciones, proponiendo una teoría sobre la fuerza electromotriz de las pilas. Esta teoría explicó de forma cuantitativa cómo la energía eléctrica puede generarse por diferencias de concentración de iones, sentando las bases de la electroquímica moderna.

Además, acuñó el concepto de presión de disolución, una idea clave en la comprensión de los equilibrios químicos en soluciones y en el desarrollo posterior de la termodinámica química.

Tercera ley de la termodinámica

Uno de los hitos más relevantes de su carrera fue el desarrollo del teorema del calor, más tarde reconocido como la tercera ley de la termodinámica. Esta ley establece que «todos los cristales perfectos tienen la misma entropía en el cero absoluto», lo que implica que la entropía de un sistema tiende a un valor constante y mínimo cuando se aproxima al cero absoluto de temperatura.

En 1906, Nernst demostró empíricamente que los calores específicos y los coeficientes de dilatación tienden a cero en las proximidades del cero absoluto. Esta observación reforzó la validez de su teorema y lo posicionó como una autoridad en termodinámica.

Innovaciones tecnológicas

Además de sus aportes teóricos, Nernst también incursionó con éxito en la innovación tecnológica. Diseñó una lámpara eléctrica de incandescencia cuya patente vendió por un millón de marcos, una suma enorme para la época. Esta lámpara, conocida como la lámpara de Nernst, utilizaba un filamento hecho de óxidos de circonio y de itrio que emitía una luz blanca agradable y eficiente. Todavía hoy se utiliza en algunos laboratorios debido a su calidad y rendimiento.

Contribuciones en fotoquímica

En el ámbito de la fotoquímica, Nernst propuso una explicación para la reacción rápida entre hidrógeno y cloro, describiéndola como una reacción en cadena basada en el cloro atómico. Este planteamiento anticipó la importancia de los mecanismos en cadena, un concepto que sería crucial en la comprensión de muchas reacciones químicas complejas, incluidos procesos nucleares y biológicos.

Teoría de indicadores y soluciones buffer

Nernst también realizó importantes aportes en la teoría de indicadores químicos y en el estudio de las soluciones buffer, esenciales para mantener el pH constante en muchas reacciones químicas y procesos biológicos. Su enfoque termodinámico permitió cuantificar y modelar estas soluciones con precisión, facilitando su aplicación en laboratorios y en la industria farmacéutica.

Momentos clave en la vida de Walther Nernst

A lo largo de su carrera, Walther Nernst vivió varios momentos clave que marcaron tanto su desarrollo profesional como su legado científico. Entre los más destacados:

• 1889: Contribuye a la teoría de soluciones y deduce la teoría sobre la fuerza electromotriz de las pilas.

• 1891: Es nombrado profesor en la Universidad de Gotinga y funda un centro de estudios sobre electrólitos.

• 1893: Publica Teoría química, obra fundamental en físico-química.

• 1905: Se convierte en profesor de química-física en la Universidad de Berlín.

• 1906: Demuestra que los calores específicos y coeficientes de dilatación tienden a cero cerca del cero absoluto.

• 1920: Se le concede el Premio Nobel de Química, que recibe formalmente en 1921.

• 1925: Es nombrado director del Instituto de Física de Berlín.

• 1941: Fallece en Ober-Zibelle, cerrando una vida de logros científicos excepcionales.

Relevancia actual

El legado de Walther Nernst sigue vigente en múltiples áreas de la ciencia y la tecnología. Su formulación de la tercera ley de la termodinámica continúa siendo un pilar en la enseñanza y aplicación de la física, especialmente en campos como la criogenia, la física de materiales y la química cuántica.

Asimismo, su modelo sobre la fuerza electromotriz de las pilas sigue siendo un recurso pedagógico clave en la electroquímica moderna, y su comprensión de los procesos en cadena en reacciones fotoquímicas ha influido en áreas que van desde la síntesis química hasta el estudio de reacciones atmosféricas.

Su invención de la lámpara de incandescencia basada en materiales cerámicos ha sido precursora de tecnologías de iluminación avanzada y sigue utilizándose en entornos donde se requiere luz blanca estable y de alta calidad.

Las contribuciones de Nernst también han impactado indirectamente la industria farmacéutica y la bioquímica a través de sus estudios sobre soluciones buffer, esenciales para el diseño de medicamentos, análisis clínicos y procedimientos de laboratorio.

Finalmente, el reconocimiento que obtuvo con el Premio Nobel de Química en 1920 refuerza su estatus como uno de los científicos más influyentes de su tiempo, comparable a figuras como Max Planck, Albert Einstein o Marie Curie. Su vida y obra no solo transformaron el conocimiento científico, sino que también demostraron cómo la investigación rigurosa puede traducirse en beneficios prácticos para la humanidad.

Bibliografía

• Teoría química (1893).