Harold Urey - Harold Urey

Harold Urey

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Harold Urey
Nascer
Harold Clayton Urey

( 1893-04-29 )29 de abril de 1893
Faleceu 5 de janeiro de 1981 (1981-01-05)(com 87 anos)
Nacionalidade Estados Unidos
Alma mater
Conhecido por
Prêmios
Carreira científica
Campos Química Física
Instituições
Orientador de doutorado Gilbert N. Lewis
Alunos de doutorado
Assinatura
Assinatura de Harold Urey.svg

Harold Clayton Urey (29 de abril de 1893 - 5 de janeiro de 1981) foi um físico-químico americano cujo trabalho pioneiro com isótopos lhe rendeu o Prêmio Nobel de Química em 1934 pela descoberta do deutério . Ele desempenhou um papel significativo no desenvolvimento da bomba atômica , bem como contribuiu para as teorias sobre o desenvolvimento da vida orgânica a partir de matéria não viva .

Nascido em Walkerton, Indiana , Urey estudou termodinâmica com Gilbert N. Lewis na Universidade da Califórnia, Berkeley . Depois de receber seu PhD em 1923, ele foi premiado com uma bolsa da American-Scandinavian Foundation para estudar no Niels Bohr Institute em Copenhagen . Ele foi um pesquisador associado na Johns Hopkins University antes de se tornar um professor associado de Química na Columbia University . Em 1931, ele começou a trabalhar com a separação de isótopos que resultou na descoberta do deutério.

Durante a Segunda Guerra Mundial, Urey voltou seu conhecimento de separação de isótopos para o problema do enriquecimento de urânio . Ele liderou o grupo localizado na Universidade de Columbia que desenvolveu a separação de isótopos usando difusão gasosa . O método foi desenvolvido com sucesso, tornando-se o único método usado no início do período pós-guerra. Após a guerra, Urey tornou-se professor de química no Instituto de Estudos Nucleares e, mais tarde, professor de química Ryerson na Universidade de Chicago .

Urey especulou que a atmosfera terrestre primitiva era composta de amônia , metano e hidrogênio. Um de seus alunos de graduação em Chicago foi Stanley L. Miller , que mostrou no experimento Miller-Urey que, se tal mistura for exposta a faíscas elétricas e água, ela pode interagir para produzir aminoácidos , comumente considerados os blocos de construção da vida. O trabalho com isótopos de oxigênio levou ao pioneirismo no novo campo da pesquisa paleoclimática . Em 1958, ele aceitou o cargo de professor titular na nova Universidade da Califórnia, San Diego (UCSD), onde ajudou a criar o corpo docente de ciências. Ele foi um dos membros fundadores da escola de química da UCSD, que foi criada em 1960. Ele se tornou cada vez mais interessado em ciências espaciais, e quando a Apollo 11 retornou amostras de rochas lunares da lua, Urey as examinou no Laboratório Receptor Lunar . O astronauta lunar Harrison Schmitt disse que Urey o abordou como voluntário para uma missão unilateral à Lua, declarando "Eu irei, e não me importo se não voltar."

Vida pregressa

Harold Clayton Urey nasceu em 29 de abril de 1893, em Walkerton, Indiana , filho de Samuel Clayton Urey, professor e ministro da Igreja dos Irmãos , e sua esposa, Cora Rebecca nascida Reinoehl. Ele tinha um irmão mais novo, Clarence, e uma irmã mais nova, Martha. A família mudou-se para Glendora, Califórnia , depois que Samuel adoeceu gravemente com tuberculose , na esperança de que o clima melhorasse sua saúde. Quando ficou claro que ele morreria, a família voltou para Indiana para morar com a mãe viúva de Cora. Samuel morreu quando Harold tinha seis anos.

Urey foi educado em uma escola primária Amish , na qual se formou com 14 anos de idade. Ele então cursou o ensino médio em Kendallville, Indiana . Depois de se formar em 1911, ele obteve um certificado de professor do Earlham College e lecionou em uma pequena escola em Indiana. Mais tarde, ele se mudou para Montana, onde sua mãe morava na época, e continuou a ensinar lá.

Urey ingressou na Universidade de Montana em Missoula no outono de 1914. Ao contrário das universidades orientais da época, a Universidade de Montana era mista tanto em alunos quanto em professores. Urey obteve o diploma de Bacharel em Ciências (BS) em zoologia lá em 1917.

Como resultado da entrada dos Estados Unidos na Primeira Guerra Mundial naquele mesmo ano, houve forte pressão para apoiar o esforço de guerra. Urey foi criado em uma seita religiosa que se opunha à guerra. Um de seus professores sugeriu que ele apoiasse o esforço do tempo de guerra trabalhando como químico. Urey conseguiu um emprego na Barrett Chemical Company na Filadélfia , fazendo TNT , em vez de ingressar no exército como soldado. Após a guerra, ele voltou para a Universidade de Montana como instrutor de química .

Uma carreira acadêmica exigia um doutorado, então em 1921 Urey matriculou-se em um programa de doutorado na Universidade da Califórnia, Berkeley , onde estudou termodinâmica com Gilbert N. Lewis . Sua primeira tentativa de tese foi sobre a ionização do vapor de césio . Ele encontrou dificuldades e Meghnad Saha publicou um artigo melhor sobre o mesmo assunto. Urey então escreveu sua tese sobre os estados de ionização de um gás ideal, que foi posteriormente publicada no Astrophysical Journal . Depois de receber seu PhD em 1923, Urey recebeu uma bolsa da American-Scandinavian Foundation para estudar no Niels Bohr Institute em Copenhagen , onde conheceu Werner Heisenberg , Hans Kramers , Wolfgang Pauli , Georg von Hevesy e John Slater . No final de sua estada, ele viajou para a Alemanha, onde conheceu Albert Einstein e James Franck .

Ao retornar aos Estados Unidos, Urey recebeu uma oferta de bolsa do National Research Council para a Harvard University , e também uma oferta para ser pesquisador associado na Johns Hopkins University . Ele escolheu o último. Antes de assumir o cargo, ele viajou para Seattle, Washington , para visitar sua mãe. No caminho, ele parou em Everett, Washington , onde conheceu a Dra. Kate Daum, uma colega da Universidade de Montana. O Dr. Daum apresentou Urey à irmã, Frieda. Urey e Frieda logo ficaram noivos. Eles se casaram na casa de seu pai em Lawrence, Kansas , em 1926. O casal teve quatro filhos: Gertrude Bessie (Elizabeth) , nascida em 1927; Frieda Rebecca, nascida em 1929; Mary Alice, nascida em 1934; e John Clayton Urey, nascido em 1939.

Na Johns Hopkins, Urey e Arthur Ruark escreveram Atoms, Quanta and Molecules (1930), um dos primeiros textos em inglês sobre mecânica quântica e suas aplicações aos sistemas atômicos e moleculares. Em 1929, Urey tornou-se professor associado de Química na Universidade de Columbia , onde seus colegas incluíam Rudolph Schoenheimer , David Rittenberg e TI Taylor.

Deutério

Na década de 1920, William Giauque e Herrick L. Johnston descobriram os isótopos estáveis do oxigênio . Os isótopos não eram bem compreendidos na época; James Chadwick não descobriria o nêutron até 1932. Dois sistemas eram usados ​​para classificá-los, com base em propriedades físicas e químicas. Este último foi determinado usando o espectrógrafo de massa . Como se sabia que o peso atômico do oxigênio era quase exatamente 16 vezes mais pesado que o hidrogênio, Raymond Birge e Donald Menzel levantaram a hipótese de que o hidrogênio também tinha mais de um isótopo. Com base na diferença entre os resultados dos dois métodos, eles previram que apenas um átomo de hidrogênio em 4.500 era do isótopo pesado.

Em 1931, Urey decidiu encontrá-lo. Urey e George Murphy calcularam a partir da série de Balmer que o isótopo pesado deve ter linhas desviadas para o azul (correspondentemente o isótopo leve desviado para o vermelho ) de 1,1 a 1,8 ångströms (1,1 × 10 −10 a 1,8 × 10 −10 metros ). Urey teve acesso a um espectrógrafo de grade de 6,4 m , um dispositivo sensível que havia sido instalado recentemente em Columbia e era capaz de resolver a série Balmer. Com uma resolução de 1 Å por milímetro, a máquina deveria ter produzido uma diferença de cerca de 1 milímetro. No entanto, como apenas um átomo em 4.500 era pesado, a linha do espectrógrafo era muito tênue. Urey, portanto, decidiu adiar a publicação de seus resultados até que tivesse evidências mais conclusivas de que era hidrogênio pesado.

Urey e Murphy calcularam a partir do modelo de Debye que o isótopo pesado teria um ponto de ebulição ligeiramente mais alto do que o leve. Aquecendo cuidadosamente o hidrogênio líquido, 5 litros de hidrogênio líquido poderiam ser destilados para 1 mililitro, que seria enriquecido no isótopo pesado de 100 a 200 vezes. Para obter cinco litros de hidrogênio líquido, eles viajaram para o laboratório de criogenia no National Bureau of Standards em Washington, DC, onde obtiveram a ajuda de Ferdinand Brickwedde , que Urey conhecera na Johns Hopkins.

A primeira amostra enviada por Brickwedde evaporou a 20 K (−253,2 ° C; −423,7 ° F) a uma pressão de 1 atmosfera padrão (100 kPa). Para sua surpresa, isso não mostrou nenhuma evidência de enriquecimento. Brickwedde então preparou uma segunda amostra evaporada a 14 K (−259,1 ° C; −434,5 ° F) a uma pressão de 53 mmHg (7,1 kPa). Nesta amostra, as linhas de Balmer para hidrogênio pesado foram sete vezes mais intensas. O jornal anunciando a descoberta do hidrogênio pesado, mais tarde denominado deutério , foi publicado em conjunto por Urey, Murphy e Brickwedde em 1932. Urey recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1934 "por sua descoberta do hidrogênio pesado". Ele se recusou a comparecer à cerimônia em Estocolmo, para que pudesse assistir ao nascimento de sua filha Mary Alice.

Trabalhando com Edward W. Washburn do Bureau of Standards, Urey posteriormente descobriu o motivo da amostra anômala. O hidrogênio de Brickwedde foi separado da água por eletrólise , resultando em uma amostra esgotada. Além disso, Francis William Aston relatou agora que seu valor calculado para o peso atômico do hidrogênio estava errado, invalidando assim o raciocínio original de Birge e Menzel. A descoberta do deutério permaneceu, no entanto.

Urey e Washburn tentaram usar a eletrólise para criar água pura e pesada . Sua técnica era sólida, mas eles foram derrotados em 1933 por Lewis, que tinha os recursos da Universidade da Califórnia à sua disposição. Usando a aproximação de Born-Oppenheimer , Urey e David Rittenberg calcularam as propriedades dos gases contendo hidrogênio e deutério. Eles estenderam isso para enriquecer compostos de carbono, nitrogênio e oxigênio. Eles poderiam ser usados ​​como rastreadores em bioquímica , resultando em uma maneira totalmente nova de examinar as reações químicas. Ele fundou o Journal of Chemical Physics em 1932, e foi seu primeiro editor, exercendo essa função até 1940.

Em Columbia, Urey presidiu a Federação Universitária para Democracia e Liberdade Intelectual. Ele apoiou a proposta do atlantista Clarence Streit de uma união federal das principais democracias do mundo e da causa republicana durante a Guerra Civil Espanhola . Ele foi um dos primeiros oponentes do nazismo alemão e ajudou cientistas refugiados, incluindo Enrico Fermi , ajudando-os a encontrar trabalho nos Estados Unidos e a se adaptarem à vida em um novo país.

Projeto Manhattan

Quando a Segunda Guerra Mundial estourou na Europa em 1939, Urey era reconhecido como um especialista mundial em separação de isótopos. Até agora, a separação envolveu apenas os elementos leves. Em 1939 e 1940, Urey publicou dois artigos sobre a separação de isótopos mais pesados, nos quais propunha a separação centrífuga. Isso assumiu grande importância devido à especulação de Niels Bohr de que o urânio 235 era físsil . Por ser considerado "muito duvidoso se uma reação em cadeia pode ser estabelecida sem separar 235 do resto do urânio", Urey iniciou estudos intensivos de como o enriquecimento de urânio poderia ser alcançado. Além da separação centrífuga, George Kistiakowsky sugeriu que a difusão gasosa pode ser um método possível. Uma terceira possibilidade era a difusão térmica . Urey coordenou todos os esforços de pesquisa de separação de isótopos, incluindo o esforço para produzir água pesada, que poderia ser usada como moderador de nêutrons em reatores nucleares .

O Comitê Executivo S-1 em Bohemian Grove , 13 de setembro de 1942. Da esquerda para a direita estão Urey, Ernest O. Lawrence , James B. Conant , Lyman J. Briggs , Eger V. Murphree e Arthur H. Compton .

Em maio de 1941, Urey foi nomeado para o Comitê de Urânio , que supervisionou o projeto de urânio como parte do Comitê de Pesquisa de Defesa Nacional (NDRC). Em 1941, Urey e George B. Pegram lideraram uma missão diplomática à Inglaterra para estabelecer cooperação no desenvolvimento da bomba atômica. Os britânicos estavam otimistas sobre a difusão gasosa, mas estava claro que tanto os métodos gasosos quanto os centrífugos enfrentavam obstáculos técnicos formidáveis. Em maio de 1943, conforme o Projeto Manhattan ganhava impulso. Urey tornou-se chefe dos Laboratórios de Materiais de Liga Substituta (Laboratórios SAM ) em Columbia, que era responsável pela água pesada e todos os processos de enriquecimento de isótopos, exceto o processo eletromagnético de Ernest Lawrence .

Os primeiros relatórios sobre o método centrífugo indicaram que não era tão eficiente quanto o previsto. Urey sugeriu que um sistema de contracorrente mais eficiente, mas tecnicamente mais complicado, seja usado em vez do método anterior de fluxo contínuo. Em novembro de 1941, os obstáculos técnicos pareciam formidáveis ​​o suficiente para que o processo fosse abandonado. As centrífugas de contracorrente foram desenvolvidas após a guerra e hoje são o método preferido em muitos países.

O processo de difusão gasosa continuou mais estimulante, embora também tivesse obstáculos técnicos a superar. No final de 1943, Urey tinha mais de 700 pessoas trabalhando para ele na difusão gasosa. O processo envolveu centenas de cascatas, nas quais o corrosivo hexafluoreto de urânio se difundiu através de barreiras gasosas, tornando-se progressivamente mais enriquecido a cada estágio. Um grande problema foi encontrar vedações adequadas para as bombas, mas de longe a maior dificuldade residia na construção de uma barreira de difusão adequada. A construção da enorme usina de difusão gasosa K-25 estava bem encaminhada antes que uma barreira adequada se tornasse disponível em quantidade em 1944. Como backup, Urey defendeu a difusão térmica.

Cansado pelo esforço, Urey deixou o projeto em fevereiro de 1945, transferindo suas responsabilidades para RH Crist. A planta K-25 começou a operar em março de 1945 e, à medida que os bugs foram resolvidos, a planta operou com notável eficiência e economia. Por um tempo, o urânio foi alimentado na planta de difusão térmica líquida S50 , depois na planta gasosa K-25 e, finalmente, na planta de separação eletromagnética Y-12 ; mas logo após o fim da guerra, as usinas de separação térmica e eletromagnética foram fechadas, e a separação foi realizada apenas pelo K-25. Junto com seu gêmeo, K-27, construído em 1946, tornou-se a principal planta de separação de isótopos no início do período pós-guerra. Por seu trabalho no Projeto Manhattan, Urey recebeu a Medalha de Mérito do diretor do Projeto, Major General Leslie R. Groves, Jr.

Anos pós-guerra

Depois da guerra, Urey tornou-se professor de química no Instituto de Estudos Nucleares e, em seguida, tornou-se professor de química Ryerson na Universidade de Chicago em 1952. Ele não continuou sua pesquisa com isótopos antes da guerra. No entanto, aplicando o conhecimento adquirido com hidrogênio ao oxigênio, ele percebeu que o fracionamento entre carbonato e água para oxigênio-18 e oxigênio-16 diminuiria por um fator de 1,04 entre 0 e 25 ° C (32 e 77 ° F). A proporção dos isótopos poderia então ser usada para determinar as temperaturas médias, supondo que o equipamento de medição fosse suficientemente sensível. A equipe incluiu seu colega Ralph Buchsbaum . O exame de uma belemnita de 100 milhões de anos indicou as temperaturas de verão e inverno que ela suportou durante um período de quatro anos. Por essa pesquisa paleoclimática pioneira , Urey recebeu a Medalha Arthur L. Day da Geological Society of America e a Medalha Goldschmidt da Geochemical Society .

Experiência de Miller-Urey

Urey fez campanha ativamente contra o projeto de lei May-Johnson de 1946 porque temia que levasse ao controle militar da energia nuclear, mas apoiou e lutou pelo projeto de lei McMahon que o substituiu e, por fim, criou a Comissão de Energia Atômica . O compromisso de Urey com o ideal de governo mundial datava de antes da guerra, mas a possibilidade de uma guerra nuclear tornava isso ainda mais urgente em sua mente. Ele deu palestras contra a guerra e se envolveu em debates no Congresso sobre questões nucleares. Ele argumentou publicamente em nome de Ethel e Julius Rosenberg , e foi chamado perante o Comitê de Atividades Não Americanas da Câmara .

Cosmoquímica e o experimento Miller-Urey

Mais tarde na vida, Urey ajudou a desenvolver o campo da cosmoquímica e recebeu o crédito de cunhar o termo. Seu trabalho com o oxigênio-18 o levou a desenvolver teorias sobre a abundância dos elementos químicos na Terra e sobre sua abundância e evolução nas estrelas. Urey resumiu seu trabalho em Os planetas: sua origem e desenvolvimento (1952). Urey especulou que a atmosfera terrestre primitiva era composta de amônia , metano e hidrogênio. Um de seus alunos de graduação em Chicago, Stanley L. Miller , mostrou no experimento Miller-Urey que, se tal mistura for exposta a faíscas elétricas e à água, ela pode interagir para produzir aminoácidos , comumente considerados os blocos de construção da vida.

Urey passou um ano no Reino Unido como professor visitante na Universidade de Oxford em 1956 e 1957. Em 1958, ele atingiu a idade de aposentadoria da Universidade de Chicago de 65 anos, mas aceitou o cargo de professor titular na nova Universidade da Califórnia , San Diego (UCSD), e mudou-se para La Jolla, Califórnia . Ele foi posteriormente nomeado professor emérito lá de 1970 a 1981. Urey ajudou a formar o corpo docente de ciências lá. Ele foi um dos membros fundadores da escola de química da UCSD, que foi criada em 1960, junto com Stanley Miller, Hans Suess e Jim Arnold .

No final dos anos 1950 e início dos anos 1960, a ciência espacial tornou-se um tema de pesquisa na esteira do lançamento do Sputnik I . Urey ajudou a persuadir a NASA a tornar as sondas não tripuladas para a lua uma prioridade. Quando a Apollo 11 retornou amostras de rochas lunares da lua, Urey as examinou no Laboratório Receptor Lunar . As amostras apoiaram a afirmação de Urey de que a lua e a Terra compartilhavam uma origem comum. Enquanto estava na UCSD, Urey publicou 105 artigos científicos, 47 deles sobre tópicos lunares. Quando questionado por que ele continuou a trabalhar tanto, ele brincou: "Bem, você sabe que não estou mais na estabilidade."

Morte e legado

Urey gostava de jardinagem e criação de Cattleya , Cymbidium e outras orquídeas . Ele morreu em La Jolla, Califórnia, e está enterrado no Cemitério Fairfield em DeKalb County, Indiana .

Além do Prêmio Nobel, ele também ganhou a Medalha Franklin em 1943, a Medalha J. Lawrence Smith em 1962, a Medalha de Ouro da Royal Astronomical Society em 1966, o Golden Plate Award da American Academy of Achievement em 1966 e o Medalha Priestley da American Chemical Society em 1973. Em 1964, ele recebeu a Medalha Nacional de Ciência . Ele se tornou um membro da Royal Society em 1947. Os nomes dele são a cratera de impacto lunar Urey , o asteróide 4716 Urey e o HC Urey Prize , concedido por realizações em ciências planetárias pela American Astronomical Society . A Harold C. Urey Middle School em Walkerton, Indiana, também recebeu o nome dele, assim como Urey Hall, o prédio de química do Revelle College, UCSD, em La Jolla e o Harold C. Urey Lecture Hall na Universidade de Montana. A UCSD também estabeleceu uma cadeira Harold C. Urey cujo primeiro titular é James Arnold.

A filha de Urey, Elizabeth Baranger , também se tornou uma física notável.

Veja também

Notas

Referências

links externos