Gilbert Newton Lewis
Gilbert Newton Lewis FRS foi um físico-químico estadunidense e ex-decano da Faculdade de Química da Universidade da Califórnia em Berkeley. Lewis é mais conhecido por sua descoberta da ligação covalente e seu conceito de pares de elétrons; sua notação de Lewis e outras contribuições à teoria das ligações de valência moldaram as teorias modernas da ligação química. Lewis contribuiu com sucesso para termodinâmica química, fotoquímica e separação isotópica, e também é conhecido por seu conceito de ácidos e bases. Ele também pesquisou sobre a relatividade e a física quântica e, em 1926, cunhou o termo "fóton" para a menor unidade de energia radiante.
G. N. Lewis nasceu em 1875 em Weymouth, Massachusetts. Estudou na Universidade Harvard e mais tarde na Universidade de Leipzig e na Universidade de Göttingen, tendo dirigido o gabinete de pesos e medidas no Laboratório Governamental das Filipinas (1904-1905). De 1907 a 1912 foi professor de Físico-química no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Em 1912 mudou-se para a Universidade da Califórnia em Berkeley, onde foi professor de química e reitor até a sua morte. Como professor, ele incorporou princípios termodinâmicos no currículo de química e reformou a termodinâmica química de maneira matematicamente rigorosa, acessível aos químicos comuns. Ele começou a medir os valores de energia livre termodinâmica relacionados a vários processos químicos, orgânicos e inorgânicos. Em 1916, ele também propôs sua teoria da ligação e adicionou informações sobre elétrons na tabela periódica dos elementos químicos. Em 1933, ele iniciou sua pesquisa sobre separação de isótopos. Lewis trabalhou com hidrogênio e conseguiu purificar uma amostra de água pesada. Ele então apresentou sua teoria de ácidos e bases e trabalhou na fotoquímica durante os últimos anos de sua vida.
Em 1921, Lewis foi o primeiro a propor uma equação empírica descrevendo a falha dos eletrólitos fortes em obedecer à lei da ação das massas, um problema que havia confundido os químicos físicos por vinte anos. Suas equações empíricas para o que ele chamou de força iônica foram posteriormente confirmadas como estando de acordo com a equação de Debye–Hückel para eletrólitos fortes, publicada em 1923. Ao longo de sua carreira, Lewis publicou sobre muitos outros assuntos além daqueles mencionados nesta entrada, variando da natureza dos quanta de luz à economia da estabilização de preços. Nos últimos anos de sua vida, Lewis e o estudante de graduação Michael Kasha, seu último associado de pesquisa, estabeleceram que a fosforescência de moléculas orgânicas envolve emissão de luz de um elétron em um estado tripleto excitado (um estado no qual dois elétrons têm seus vetores de spin orientados na mesma direção, mas em orbitais diferentes) e mediram o paramagnetismo deste estado tripleto.
Termodinâmica
A maioria dos interesses duradouros de Lewis teve origem durante seus anos em Harvard. O mais importante foi a termodinâmica, um assunto no qual Richards era muito ativo naquela época. Embora a maioria das relações termodinâmicas importantes fossem conhecidas em 1895, elas eram vistas como equações isoladas, e ainda não haviam sido racionalizadas como um sistema lógico, a partir do qual, dada uma relação, o resto poderia ser derivado. Além disso, essas relações eram inexatas, aplicando-se apenas a sistemas químicos ideais. Esses eram dois problemas pendentes da termodinâmica teórica. Em dois artigos teóricos longos e ambiciosos em 1900 e 1901, Lewis tentou fornecer uma solução. Lewis introduziu o conceito termodinâmico de atividade e cunhou o termo "fugacidade". Sua nova ideia de fugacidade, ou "tendência de escape", era uma função com as dimensões de pressão que expressava a tendência de uma substância passar de uma fase química para outra. Lewis acreditava que a fugacidade era o princípio fundamental a partir do qual um sistema de relações termodinâmicas reais poderia ser derivado. Essa esperança não se realizou, embora a fugacidade tenha encontrado um lugar duradouro na descrição de gases reais.
Teoria da valência
Por volta de 1902, Lewis começou a usar desenhos inéditos de átomos cúbicos em suas notas de aula, nos quais os cantos do cubo representavam possíveis posições de elétrons. Lewis mais tarde citou essas notas em seu artigo clássico de 1916 sobre ligação química, como sendo a primeira expressão de suas ideias. Um terceiro grande interesse que se originou durante os anos de Lewis em Harvard foi sua teoria da valência. Em 1902, ao tentar explicar as leis da valência aos seus alunos, Lewis concebeu a ideia de que os átomos eram construídos por uma série concêntrica de cubos com elétrons em cada canto. Este "átomo cúbico" explicava o ciclo de oito elementos na tabela periódica e estava de acordo com a crença amplamente aceita de que as ligações químicas eram formadas por transferência de elétrons para dar a cada átomo um conjunto completo de oito. Esta teoria eletroquímica da valência encontrou sua expressão mais elaborada no trabalho de Richard Abegg em 1904, mas a versão de Lewis desta teoria foi a única a ser incorporada em um modelo atômico concreto. Novamente, a teoria de Lewis não interessou seus mentores de Harvard, que, como a maioria dos químicos americanos da época, não tinham gosto por tal especulação. Lewis não publicou sua teoria do átomo cúbico, mas em 1916 ela se tornou uma parte importante de sua teoria da ligação de par de elétrons compartilhado.
Ácidos e bases
Em 1923, ele formulou a teoria do par de elétrons das reações ácido-base. Nesta teoria de ácidos e bases, um "ácido de Lewis" é um receptor de par de elétrons e uma "base de Lewis" é um doador de par de elétrons. Neste ano ele também publicou uma monografia sobre suas teorias da ligação química. Baseado no trabalho de J. Willard Gibbs, era conhecido que as reações químicas procediam a um equilíbrio determinado pela energia livre das substâncias participantes. Lewis passou 25 anos determinando energias livres de várias substâncias. Em 1923, ele e Merle Randall publicaram os resultados deste estudo, que ajudou a formalizar a termodinâmica química moderna.
Água pesada
Lewis foi o primeiro a produzir uma amostra pura de óxido de deutério (água pesada) em 1933 e o primeiro a estudar a sobrevivência e o crescimento de formas de vida em água pesada. Ao acelerar deuterons (núcleos de deutério) no ciclotron de Ernest O. Lawrence, ele foi capaz de estudar muitas das propriedades dos núcleos atômicos. Durante os anos 1930, ele foi mentor de Glenn T. Seaborg, que foi mantido para trabalho de pós-doutorado como assistente de pesquisa pessoal de Lewis. Seaborg passou a ganhar o Prêmio Nobel de Química de 1951 e teve o elemento seabórgio nomeado em sua honra enquanto ainda estava vivo.
O4 Tetraoxigênio
Em 1924, ao estudar as propriedades magnéticas de soluções de oxigênio em nitrogênio líquido, Lewis descobriu que moléculas de O4 eram formadas. Esta foi a primeira evidência de oxigênio tetratômico.
Relatividade e física quântica
Em 1908, ele publicou o primeiro de vários artigos sobre relatividade, no qual derivou a relação massa-energia de uma maneira diferente da derivação de Albert Einstein. Em 1909, ele e Richard C. Tolman combinaram seus métodos com a relatividade especial. Em 1912, Lewis e Edwin Bidwell Wilson apresentaram um trabalho importante em física matemática que não apenas aplicou geometria sintética ao estudo do espaço-tempo, mas também notou a identidade de um mapeamento de compressão do espaço-tempo e uma transformação de Lorentz. Em 1926, ele cunhou o termo "fóton" para a menor unidade de energia radiante (luz). Na verdade, o resultado de sua carta à Nature não foi o que ele havia pretendido. Na carta, ele propôs que um fóton fosse um elemento estrutural, não energia. Ele insistiu na necessidade de uma nova variável, o número de fótons. Embora sua teoria diferisse da teoria quântica da luz introduzida por Albert Einstein em 1905, seu nome foi adotado para o que Einstein havia chamado de quantum de luz (Lichtquant em alemão).
