Irving langmuir: the miracle of science

Quimica nova

Gugliotti, Marcos¹ 

[1] Universidade de São Paulo, São Paulo

关键词: Irving Langmuir;    chemistry;    industrial research.  ;     ;    INTRODUÇÃO Irving Langmuir1-2 nasceu no Brooklyn;    Nova Iorque;    em 31 de janeiro de 1881;    e foi o terceiro filho de Charles Langmuir;    um próspero profissional do ramo de seguros;    e Sadie Comings Langmuir. Seus pais viajavam constantemente;    em função da carreira de Charles;    e as comunicações com os filhos eram feitas por meio de cartas;    o que para muitos historiadores fez com que Langmuir desenvolvesse uma notável habilidade em escrever. Langmuir foi muito incentivado por seus pais a observar a natureza;    e a manter registros destas observações. Ainda na infância;    por influência de seu irmão mais velho Arthur;    um químico industrial de prestígio;    Langmuir mostrou-se bastante interessado em Ciência. Graduou-se em Engenharia Metalúrgica pela Escola de Minas da Universidade Columbia em 1903;    e recebeu o título de Ph.D. em 1906 pela Universidade de Göttingen na Alemanha;    sob a orientação de Walther Nernst. A tese de Langmuir foi sobre a dissociação de gases em contato com filamentos aquecidos. De volta aos E.U.A.;    trabalhou no Instituto de Tecnologia Stevens;    em Hoboken;    Nova Jersey;    como professor do Departamento de Química. Ficou no cargo apenas por três anos;    sem oportunidade para pesquisa devido à pesada carga de aulas. Teve um pedido de aumento negado;    e publicou um único artigo sem resultados experimentais. Em 1909;    durante as férias;    conheceu o Dr. Willis R. Whitney;    Diretor do Laboratório de Pesquisas da General Electric (GE). Whitney convidou Langmuir para trabalhar durante o verão em seu laboratório;    e impressionado por seu talento;    ofereceu-lhe um emprego na GE. Com isso;    o mundo acadêmico perdia então a chance de hospedar um futuro ganhador do prêmio Nobel;    cujo trabalho pioneiro na indústria é considerado até hoje como sendo o maior exemplo histórico da união Ciência-Tecnologia3-5.  ;    O GÊNIO DA LÂMPADA Langmuir havia adquirido um bom conhecimento sobre lâmpadas durante seu doutorado;    e seus primeiros trabalhos na GE foram motivados por dois fenômenos que ocorriam nas primeiras lâmpadas com filamentos de tungstênio: o escurecimento das paredes internas e o fato de o vácuo melhorar com o tempo. Com o objetivo inicial de apenas entender esses fenômenos;    Langmuir iniciou uma série de experimentos;    colocando vários gases em contato com os filamentos. Para poder fazer análises quantitativas numa amostra de gás que ocupava cerca de 1 mm3 sob pressão atmosférica;    Langmuir desenvolveu novos tipos de bombas de vácuo. Medindo a resistência dos filamentos de tungstênio;    Langmuir estudou a perda de calor em altíssimas temperaturas na presença de vários gases. Percebeu que;    no caso do hidrogênio;    a perda de calor era 5 vezes maior na temperatura de 3600oF (~2000oC). Porém;    quando desligada a corrente elétrica;    a pressão no bulbo chegava a zero. Langmuir desconfiou que átomos de hidrogênio estavam sendo formados;    e se depositavam na parede interna do bulbo na forma de monocamadas. Confirmou sua hipótese introduzindo oxigênio no bulbo e verificando a estequiometria em função da pressão. A descoberta do hidrogênio atômico levou diretamente à invenção do maçarico de hidrogênio;    e despertou a atenção de cientistas como E. Rutherford;    G. N. Lewis;    e N. Bohr para o trabalho de Langmuir. Continuando seus estudos;    percebeu que o único gás que causava escurecimento do bulbo era o vapor de água. Mínimas quantidades produziam um óxido de tungstênio volátil que se depositava nas paredes do bulbo e era reduzido por hidrogênio atômico. O vapor de água produzido por esta redução voltava ao filamento e arrastava mais tungstênio;    gerando uma reação em cadeia. Porém;    Langmuir observou que ao introduzir outros gases no bulbo;    a evaporação de tungstênio era bastante reduzida;    e isso poderia aumentar a vida útil das lâmpadas. Enquanto todos queriam fazer vácuo no bulbo;    Langmuir queria adicionar mais gás;    o que era equivalente a tratar um caso de envenenamento administrando mais veneno. Porém;    isso funcionou muito bem com argônio e nitrogênio;    e essas lâmpadas foram chamadas de lâmpadas incandescentes preenchidas com gás (";    incandescent gas-filled lamps";    );    a mais famosa patente de Langmuir (U.S. pat. no 1.180.159);    concedida em 1916. Esta descoberta foi considerada ";    a segunda revolução em lâmpadas incandescentes";    e rendeu uma economia de mais de 1 milhão de dólares por noite na conta elétrica dos americanos (e milhões em faturamento para a GE). Interessado na dinâmica de gases sob baixas pressões em contato com filamentos aquecidos;    Langmuir acabou determinando o ponto de fusão do tungstênio;    dado valioso para a indústria;    e desenvolvendo teorias sobre a transferência de calor em gases. Esses mesmos estudos ainda levaram à descoberta da chamada ";    carga espacial";    (";    space charge";    ) e à comprovação do efeito termoiônico puro. O trabalho envolvendo descargas elétricas em gases resultou ainda na primeira noção de plasma (termo criado pelo próprio Langmuir*) como sendo o quarto estado da matéria. Ele ainda projetou melhores tubos de vácuo;    utilizados pela indústria do rádio;    e também melhores circuitos;    levando a GE a ponto de entrar neste mercado e vender o melhor equipamento disponível para o exército dos E.U.A. Desenvolveu tecnologias novas;    como melhores bulbos e uma máquina para fazer tungstênio em pasta para a produção de novos filamentos. Além de melhorar os produtos da GE e trabalhar em várias teorias ao mesmo tempo;    Langmuir estava sempre interessado no trabalho dos outros. Uma vez por semana;    durante vários anos;    costumava ir até uma filial da GE em Massachusetts para ajudar um veterano inventor;    Willian Stanley;    a desenhar fogões elétricos mais eficientes. O interesse em transferência de calor levou-o também ao estudo dos fornos;    resultando em importantes teorias neste campo;    como a do fator de forma e em leis de transmissão de calor em máquinas elétricas. Por volta de 1916;    Langmuir já era famoso e muito requisitado no circuito científico. Havia recebido seu primeiro grande prêmio;    a Medalha Nichols da Sociedade Americana de Química (ACS);    e ganhava respeito de mais cientistas como Millikan e Pauli. Influenciado por seus próprios estudos e por palestras de Bragg sobre raios X e a estrutura de cristais;    Langmuir começou a trabalhar em uma nova teoria atômica.  ;    IRVING LANGMUIR E A REGRA DO OCTETO6 O caos pairava sobre as primeiras teorias atômicas;    que não explicavam os fenômenos químicos e também não eram bem aceitas pelos físicos. Langmuir já estava interessado no assunto;    quando então em 1916;    duas publicações importantes aparecem;    uma de Kossel e outra de Lewis. Ambas eram similares;    baseadas nas hipóteses de Abegg;    mas a teoria de Lewis era a mais completa. Lewis imaginava um átomo estático;    com os elétrons arranjados em camadas cúbicas em torno do núcleo. A sua teoria;    aplicável aos átomos mais leves;    era conhecida como ";    regra dos oito";    (nome este dado em função da já conhecida ";    regra dos dois";    ). Langmuir refinou e desenvolveu as idéias de Lewis;    criando sua própria teoria atômica. Na teoria de Langmuir;    que podia ser aplicada também aos átomos mais pesados e explicava a estabilidade dos gases nobres;    os elétrons estavam arranjados em camadas concêntricas em torno do núcleo. Este modelo obteve melhor aceitação tanto pelos químicos como pelos físicos;    e foi chamado por Langmuir de ";    regra do octeto";    para não ser confundido com o de Lewis. Em três anos;    a partir de 1919;    Langmuir publicou doze artigos e apresentou diversas palestras em congressos;    as quais acabaram popularizando o modelo de Lewis. Devido à extraordinária capacidade de Langmuir de falar em público e pela semelhança entre os nomes;    muitos químicos da época acabavam chamando o modelo de ";    Lewis-Langmuir theory";    . No começo;    Lewis achou interessante a publicidade;    mas com o passar do tempo o crédito pela teoria estava sendo transferido para Langmuir. O modelo começou a ser chamado de ";    Langmuir-Lewis theory";    ou até mesmo ";    Langmuir theory";    o que fez Lewis expressar sua angústia em uma carta6 escrita para o Prof. A. A. Noyes em 1926;    onde ele disse que ";    ...to persist;    especially as they do in England;    in speaking of the Langmuir theory of valence is inexcusable.";    (";    ...insistir;    especialmente como fazem na Inglaterra;    em falar sobre a teoria de valência de Langmuir é indesculpável.";    ). Apesar de aparentemente reconhecer as contribuições de Langmuir para a teoria atômica;    Lewis sentiu-se ofuscado pela popularidade que Langmuir havia conseguido;    e escreveu em seu famoso livro7 o seguinte:…;    ";    This plan;    however;    was interrupted by the exigencies of war;    and in the meantime the task was performed;    with far greater success than I could have achieved;    by Dr. Irving Langmuir in a brilliant series of some twelve articles;    and in a large number of lectures given in this country and abroad. It is largely through these papers and addresses that the theory has received the wide attention of scientists.";    …;    (...";    O plano;    entretanto;    foi interrompido devido à guerra;    e durante esse tempo a tarefa foi executada;    com um sucesso muito maior que eu poderia ter obtido;    pelo Dr. Irving Langmuir numa série de doze artigos;    e em um grande número de palestras dadas neste país e no exterior. É em grande parte graças a esses artigos e discursos que a teoria tem recebido grande atenção dos cientistas.";    ...)....";    The theory has been designated in some quarters as the Lewis-Langmuir theory;    which would imply some sort of collaboration. As a matter of fact Dr. Langmuir´s work has been entirely independent;    and such additions as he has made to what was stated or implied in my paper should be credit to him alone.";    …;    (…;    ";    A teoria tem sido chamada em alguns lugares como a teoria de Lewis-Langmuir;    o que implicaria algum tipo de colaboração. Na verdade;    o trabalho do Dr. Langmuir tem sido totalmente independente;    e as contribuições que ele tem feito ao que foi explicado ou concluído em meu artigo devem ser creditadas somente a ele.";    ...).Lewis ainda tentou mostrar a importância de seu trabalho;    voltando atrás e dizendo que o modelo da regra dos dois era mais importante que o da regra dos oito. Talvez por pensar que suas idéias estivessem sendo ";    roubadas";    por Langmuir;    o que não foi verdade. O trabalho de Lewis foi reconhecido;    assim como as importantes contribuições de Langmuir. Linus Pauling;    em um artigo de 19848;    refere-se ao fato da seguinte forma:…;    ";    On the other hand;    the two papers that Irving Langmuir published in the Journal of the American Chemical Society in 1919;    comprising 84 pages;    contained many significant contributions and additions to the theory of the shared electron pair chemical bond. For some reason Lewis was antagonistic to Langmuir;    and in my opinion did not give him proper credit.";    …;    (";    Por outro lado;    os dois artigos que Irving Langmuir publicou no Jornal da Sociedade Americana de Química em 1919;    num total de 84 páginas;    continham várias contribuições e adições significantes à teoria da ligação química por par de elétrons compartilhados. Por alguma razão Lewis foi contra Langmuir;    e em minha opinião não deu a ele o devido crédito.";    ...).Neste artigo;    Pauling menciona alguns dos novos termos e conceitos introduzidos por Langmuir;    como eletroneutralidade;    união polar (hoje conhecida como ligação iônica);    isosterismo;    isomorfismo;    e ligação covalente;    e relembra que Langmuir concluiu ainda que moléculas como CO2;    N2O;    entre outras;    possuíam uma estrutura linear. Foi Langmuir também quem deduziu a expressão matemática para a regra do octeto (a qual é utilizada até hoje);    definiu valência;    e os termos isoeletrônicos;    isômeros e isóbaros. Mas Langmuir cometeu alguns erros;    também citados por Pauling. Ele concluiu que o quartzo continha moléculas de SiO2 com estrutura similar ao CO2;    o que não é verdade. Langmuir também achava que a molécula P4 tinha uma estrutura em forma de anel contendo ligações simples e duplas alternadas;    não pensando na possibilidade de uma estrutura tetraédrica. Porém;    não há dúvidas sobre a importância das contribuições de Langmuir para a teoria atômica. Apenas o conteúdo do primeiro artigo de Langmuir sobre o assunto;    disse David Harker1;    ";    modifica e amplia a teoria da estrutura atômica e molecular de Lewis de tal forma que chega perto de unificar a química em uma só base. Além disso;    o modo com o qual Langmuir trata o arranjo dos elétrons nos átomos parece prenunciar os conceitos de química quântica";    a qual era recém-nascida quando Langmuir enunciou os postulados de sua teoria atômica.;   

DOI  :  10.1590/S0100-40422001000400020

学科分类：化学（综合）

来源: Sociedade Brasileira de Quimica

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