William A. Klemperer (6 de octubre de 1927-5 de noviembre de 2017) fue un químico estadounidense que fue uno de los físicos químicos y espectroscopistas moleculares más influyentes de la segunda mitad del siglo XX. Klemperer es más conocido por introducir métodos de haz molecular en la investigación de la física química, aumentando en gran medida la comprensión de las interacciones no enlazantes entre átomos y moléculas a través del desarrollo de la espectroscopia de microondas de moléculas de van der Waals formadas en expansiones supersónicas, siendo pionera en la astroquímica , incluido el desarrollo del primer gas modelos químicos de fase de fríonubes moleculares que predijeron una abundancia del ión molecular HCO + que luego fue confirmado por radioastronomía . [1]
William Klemperer | |
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Nació | Nueva York, Nueva York , Estados Unidos | 6 de octubre de 1927
Fallecido | 5 de noviembre de 2017 | (90 años)
Nacionalidad | americano |
alma mater | Universidad de Harvard (AB), Universidad de California, Berkeley (Ph.D.) |
Carrera científica | |
Campos | Químico |
Instituciones | Universidad Harvard |
Asesor de doctorado | George C. Pimentel |
Biografía
Bill Klemperer nació en la ciudad de Nueva York en 1927 y se crió allí y en New Rochelle. Sus padres eran ambos médicos. Se graduó de la escuela secundaria de New Rochelle en 1944 y luego se alistó en el Cuerpo Aéreo de la Armada de los Estados Unidos , donde se entrenó como artillero de cola . Obtuvo un AB de la Universidad de Harvard en 1950, con especialización en Química, y luego se dirigió a la Universidad de California, Berkeley , donde a principios de 1954 obtuvo un Ph.D. en Química Física bajo la dirección de George C. Pimentel . Después de un semestre como instructor en Berkeley, Bill regresó a Harvard en julio de 1954.
El nombramiento inicial de Klemperer fue un instructor de química analítica , pero rápidamente ascendió de rango y fue nombrado profesor titular en 1965. Ha permanecido asociado con Harvard Chemistry a lo largo de su larga carrera. Pasó 1968-69 en un año sabático con los astrónomos en la Universidad de Cambridge y 1979-81 como subdirector de Ciencias Físicas y Matemáticas en la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos . Fue científico visitante en Bell Laboratories durante una época en la que era el principal laboratorio industrial. Klemperer se convirtió en profesor emérito en 2002, pero se mantuvo activo tanto en la investigación como en la docencia.
Ciencias
Los primeros trabajos de Klemperer se concentraron en la espectroscopia infrarroja de pequeñas moléculas que solo son estables en la fase gaseosa a altas temperaturas. Entre estos se encuentran los haluros alcalinos, para muchos de los cuales obtuvo los primeros espectros vibracionales. El trabajo proporcionó datos estructurales básicos para muchos óxidos y fluoruros, y brindó una visión notable de los detalles de la unión. También llevó a Klemperer a reconocer el inmenso potencial de los haces moleculares en espectroscopia y, en particular, el uso de la técnica de resonancia eléctrica para abordar problemas fundamentales de la química estructural. Un resultado importante fue su medición de referencia del momento dipolar eléctrico de LiH, [2] en una fecha en la que esta era la molécula más grande para la que los cálculos químicos cuánticos tenían alguna esperanza de obtener resultados útiles en un período de tiempo razonable. Klemperer siempre ha estado entusiasmado con los haces moleculares; escribe: "Los rayos moleculares son divertidos para un químico. Le dan a uno una sensación de poder". [3]
Un ejemplo de esto es el uso que Klemperer y sus estudiantes hicieron de los métodos de deflexión eléctrica para determinar las polaridades de varias especies de alta temperatura; los resultados fueron inesperados y, para sorpresa de todos, resultó que la mitad de los dihaluros alcalinotérreos son polares, [4] lo que significa que no pueden ser moléculas lineales simétricas, al contrario de los modelos simples y ampliamente enseñados de enlace iónico. Klemperer también proporcionó momentos dipolares precisos de estados electrónicos excitados tanto mediante el uso del efecto Stark en espectros electrónicos [5] como mediante el uso de espectroscopía de resonancia eléctrica de estados metaestables de moléculas. [6]
Klemperer introdujo la técnica del enfriamiento supersónico como una herramienta espectroscópica, [7] que ha aumentado dramáticamente la intensidad de los haces moleculares y también ha simplificado enormemente los espectros. Esta innovación ha sido superada solo por la invención del láser en su impacto en la espectroscopia de alta resolución.
Klemperer ayudó a fundar el campo de la química interestelar. En el espacio interestelar, las densidades y temperaturas son extremadamente bajas, y todas las reacciones químicas deben ser exotérmicas, sin barreras de activación. La química es impulsada por reacciones ion-molécula, y el modelado de Klemperer [8] de las que ocurren en las nubes moleculares ha llevado a una comprensión notablemente detallada de su rica química altamente desequilibrada. Klemperer asignó al HCO + como el portador de la misteriosa pero universal línea radioastronómica "X-ogen" a 89,6 GHz, [9] que había sido informada por D. Buhl y LE Snyder. [10]
Klemperer llegó a esta predicción tomando en serio los datos. Los datos del radiotelescopio mostraron una transición aislada sin división hiperfina; por tanto, no había núcleos en el portador de la señal con spin de uno o más ni era un radical libre con un momento magnético. El HCN es una molécula extremadamente estable y, por lo tanto, su análogo isoelectrónico, HCO + , cuya estructura y espectros podrían predecirse bien por analogía, también sería estable, lineal y tendría un espectro fuerte pero escaso. Además, los modelos químicos que estaba desarrollando predijeron que el HCO + sería una de las especies moleculares más abundantes. Los espectros de laboratorio de HCO + (tomados más tarde por Claude Woods et al. , [11] ) demostraron que tenía razón y, por lo tanto, demostraron que los modelos de Herbst y Klemperer proporcionaron un marco predictivo para nuestra comprensión de la química interestelar.
El mayor impacto del trabajo de Klemperer ha sido el estudio de las fuerzas intermoleculares , un campo de fundamental importancia para toda la ciencia molecular y la nanociencia. Antes de que Klemperer introdujera la espectroscopia con haces supersónicos, los espectros de especies débilmente unidas eran casi desconocidos, ya que estaban restringidos a dímeros de unos pocos sistemas muy ligeros. Las mediciones de dispersión proporcionaron potenciales intermoleculares precisos para los sistemas átomo-átomo, pero en el mejor de los casos solo proporcionaron información limitada sobre la anisotropía de los potenciales átomo-molécula.
Previó que podría sintetizar dímeros de casi cualquier par de moléculas que pudiera diluir en su haz y estudiar su estructura de energía mínima con exquisito detalle mediante espectroscopía rotacional. Esto fue ampliado más tarde a otras regiones espectrales por Klemperer y muchos otros, y ha cambiado cualitativamente las preguntas que se podían plantear. Hoy en día es una rutina para los espectroscopistas de microondas e infrarrojos seguir su "síntesis de dos pasos" [3] para obtener el espectro de un complejo débilmente ligado: "Compre los componentes y expanda". Klemperer cambió literalmente el estudio de las fuerzas intermoleculares entre moléculas de una ciencia cualitativa a una cuantitativa.
El dímero de fluoruro de hidrógeno fue el primer complejo con enlaces de hidrógeno que se estudió mediante estas nuevas técnicas, [12] y fue un enigma. En lugar del espectro simple de rotor rígido, que habría producido una transición de 1 - 0 a 12 GHz, la transición de frecuencia más baja se observó a 19 GHz. Al argumentar por analogía con el conocido espectro de túnel-inversión del amoníaco, Klemperer reconoció que la clave para comprender el espectro era reconocer que HF-HF estaba experimentando un túnel cuántico hacia FH-FH, intercambiando los roles de donante y aceptor de protones.
Cada nivel de rotación se dividió en dos estados de tunelización, con una separación de energía igual a la tasa de tunelización dividida por la constante de Planck . Todas las transiciones de microondas observadas implicaron un cambio simultáneo en la energía rotacional y de efecto túnel. La frecuencia de tunelización es extremadamente sensible a la altura y la forma de la barrera de interconversión y, por lo tanto, muestra el potencial en las regiones clásicamente prohibidas. Las escisiones de tunelización resueltas demostraron ser comunes en los espectros de dímeros moleculares débilmente unidos.
Premios
Bill Klemperer ha recibido muchos premios y honores, que incluyen:
- Instalaron un miembro de la American Physical Society , 1954
- Elegido miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias , 1963
- Elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias , 1969
- Medalla John Price Wetherill , otorgada por el Instituto Franklin , 1978
- Premio Irving Langmuir , otorgado por la American Chemical Society , 1980
- La Medalla por Servicio Distinguido, otorgada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., 1981
- El Premio Plyler Earle K. Molecular Spectroscopy , otorgado por la Sociedad Americana de Física , 1983
- El premio Bomem-Michelson por el avance del campo de la espectroscopia vibracional. otorgado por la Sociedad Coblentz , 1990
- Conferenciante inaugural en memoria de George C. Pimentel, Departamento de Química, UC Berkeley. 1991-2.
- El Premio Remsen de la Sección de Maryland de la Sociedad Química Estadounidense, 1992
- El Premio de Debye Pedro en Química Física, otorgado por la Sociedad Americana de Química, 1994
- Medalla y cátedra Faraday de la Royal Society of Chemistry (Inglaterra), 1995
- Doctor Honoris Causa en Ciencias de la Universidad de Chicago , 1996
- Ciudadano de Honor de Toulouse, Francia, 2000
- Premio E. Bright Wilson en espectroscopia de la American Chemical Society, 2001
enlaces externos
- Página de inicio de la facultad @ Harvard
- Breve biografía
- Video de la conferencia de la medalla Faraday de Klemperer sobre la química del espacio interestelar
- Lista de publicaciones CV + de Klemperer hasta 2003.
Referencias
- ^ "Recordando a William Klemperer" . chemistry.harvard.edu . Consultado el 20 de diciembre de 2017 .
- ^ W. Klemperer (1955). "Espectro infrarrojo de LiH", Revista de física química 23 , 2452.
- ↑ a b W. Klemperer (1995). "Algunas reminiscencias espectroscópicas", revisiones anuales de química física 46 , 1
- ^ A. Buchler, JL Stauffer y W. Klemperer (1964). "La determinación de la geometría de especies de alta temperatura por deflexión eléctrica y detección espectrométrica de masas", Revista de la Sociedad Química Estadounidense 86 , 4544.
- ^ DE Freeman y W. Klemperer (1964). "Momentos dipolares de estados electrónicos excitados de moléculas: el estado 1 A 2 del formaldehído", Journal of Chemical Physics 40 604 (1964).
- ^ RC Stern, RH Gammon, ME Lesk, RS Freund y W. Klemperer (1970). "Estructura fina y momento dipolar de unmonóxido de carbono 3 Metametaestable", Journal of Chemical Physics 52 , 3467.
- ^ SE Novick, PB Davies, TR Dyke y W. Klemperer (1973). "Polaridad de las moléculas de van der Waals", Revista de la Sociedad Química Estadounidense 95 8547.
- ^ E. Herbst y W. Klemperer (1973). "La formación y el agotamiento de moléculas en densas nubes interestelares", The Astrophysical Journal 185 , 505.
- ^ W. Klemperer (1970). "Portadora de la línea interestelar 89.190 GHz", Nature 227 , 1230.
- ^ D. Buhl y LE Snyder (1970). "Línea de microondas interestelar no identificada", Nature 228 , 267.
- ^ RC Woods, TA Dixon, RJ Saykally y PG Szanto (1975). "Espectro de microondas de laboratorio de HCO + ", Physical Review Letters 35 , 1269.
- ^ TR Dyke, BJ Howard y W. Klemperer (1972). "Espectro de radiofrecuencia y microondas del dímero de fluoruro de hidrógeno: una molécula no rígida", Journal of Chemical Physics 56 , 2442.