Fatos de Francis William Aston


O químico e físico britânico Francis William Aston (1877-1945) inventou o espectrógrafo de massa e descobriu a complexidade isotópica dos elementos.<

Francis Aston nasceu em 1º de setembro de 1877, em Harborne, Birmingham, onde seu pai era comerciante de metais e dirigia uma pequena fazenda. Ele estudou química no Mason College (que mais tarde se tornou a Universidade de Birmingham). Em seu tempo livre, treinou-se nas diversas artes de construção de aparelhos, especialmente o sopro de vidro. Quando sua bolsa de estudos expirou, ele assumiu um cargo em uma empresa cervejeira. Após 3 anos, ele voltou para a Universidade de Birmingham. Em 1910 chegou um convite de J. J. Thomson para se juntar a ele no Laboratório Cavendish, Cambridge.

Separação dos isótopos

Thomson estava examinando os “raios” positivos produzidos em tubos de descarga elétrica a baixa pressão. De fato, estes eram átomos despojados de alguns ou de todos os seus elétrons externos e, portanto, carregavam uma carga positiva geral. A Thomson havia obtido pistas parabólicas submetendo os raios à aplicação simultânea de campos magnéticos e eletrostáticos. Com a ajuda de Aston, ele descobriu que o gás néon tinha um pequeno componente que dava um rastro parabólico separado. Como cada parábola se caracterizava por uma relação massa-carga única, era possível fazer deduções relativas às massas de partículas, e concluiu-se que as massas atômicas dos componentes maiores e menores do néon eram de 20 e 22 respectivamente.

Aston então tentou separar os dois componentes por meios físicos e medir suas densidades em um microbalanço de quartzo de sua própria concepção. Em 1913 ele conseguiu uma separação parcial ao submeter o gás a repetidas difusões através de argila de tubo; pequenas, mas significativas, diferenças na densidade do gás foram encontradas para as duas amostras obtidas.

Mass Spectrograph

Gradualmente, o conceito de isótopos estava se tornando mais claro e mais geralmente aceito, e em 1919 a Aston elaborou algumas idéias sobre um novo instrumento que poderia dar resultados indicativos de massa por si só. Ao contrário do aparelho de Thomson, a invenção da Aston empregou campos magnéticos e eletrostáticos produzindo deflexões opostas no mesmo plano. Ao focalizar as vigas através de fendas finas, a Aston obteve

uma série de linhas, cada uma das quais correspondendo a uma massa de partículas definida. A série de linhas era um espectro de massa, e o instrumento original foi o primeiro espectrógrafo de massa.

Com este equipamento, a Aston iniciou um exame da composição isotópica de mais de 50 elementos. Nos casos em que nem o elemento nem nenhum de seus compostos disponíveis eram voláteis, ele utilizou um produto sólido contendo o elemento como ânodo de seu tubo de descarga. Em quase todos os casos, a massa isotópica era um número inteiro dentro dos limites de precisão experimental (1 em 1000). A única exceção notável foi o hidrogênio, 1.008. Assim, a isotopia não era um fenômeno raro, como alguns trabalhadores haviam suposto, mas difundido e afetando a maioria dos elementos. Aston foi conduzida por estes pesos isotópicos integrais para concluir que todos os núcleos são compostos de prótons (de peso unitário) e de elétrons negligenciavelmente leves.

A importância de valores precisos para as massas isotópicas levou a Aston a projetar um espectrógrafo de massa melhorado em 1925, com uma precisão de 1 em 10.000. Um instrumento posterior (1927) deu uma precisão melhorada por um fator de 10. Com este aparelho refinado ele descobriu um grande número de novos isótopos, freqüentemente presentes em quantidades muito pequenas no elemento natural.

Avaliação de seu trabalho

Muitas consequências importantes fluiram do trabalho da Aston sobre o espectrógrafo de massa. Como ele mesmo reconheceu, o peso isotópico fracionário do hidrogênio implicava que se fosse convertido em hélio quantidades substanciais da massa seriam convertidas em energia. Usando a relação de relatividade de Albert Einstein, Aston previu que a energia liberada em uma reação nuclear deste tipo seria enorme. Suas opiniões foram justificadas quando a primeira bomba atômica foi explodida alguns meses antes de sua morte.

A importância mais imediata do espectrógrafo de massa foi sua capacidade de fornecer dados sobre massas nucleares com grande precisão, estabelecendo assim as bases da indústria de energia atômica. Mais recentemente, o espectrômetro de massa provou ser uma ferramenta indispensável para investigações estruturais em química orgânica.

A importância do trabalho de Aston foi rapidamente reconhecida, e em 1921 ele foi eleito membro da Royal Society. No ano seguinte, ele recebeu o Prêmio Nobel de Química. Seu autoritário livro Isotopes apareceu pela primeira vez em 1922 e foi seguido por muitas outras edições até 1941. Seu outro livro, Mass Spectra and Isotopes, apareceu em 1933.

Outros Interesses

Além de seu trabalho no Laboratório Cavendish, Aston fez algumas contribuições científicas valiosas para o estudo dos eclipses astronômicos. Em 1925, ele fotografou a coroa do sol de Sumatra. Ele fez expedições para estudar os eclipses solares de 1932 e 1936 no Canadá e Japão, respectivamente, embora as nuvens impedissem observações diretas. Entretanto, Aston pôde estudar a polarização da luz na vizinhança do sol eclipsado.

Aston nunca se casou. Ele era frequentemente acompanhado em suas viagens por sua irmã, Helen, a quem era profundamente dedicado. Ele morreu no Trinity College, Cambridge, em 20 de novembro de 1945.

Leitura adicional sobre Francis William Aston

Não há uma biografia completa da Aston. Edvard Farber, ed., Great Chemists (1961), contém uma biografia curta, e uma fonte antiga, mas ainda útil, Bernard Jaffe, Crucibles: The Lives and Achievements of the Great Chemists (1932), oferece um relato adequado da vida e do trabalho de Aston. As Palestras Nobel Lectures, incluindo Discursos de Apresentação e Biografias dos Laureados da Fundação Nobel: Chemistry, 1922-1941 (1967) contém uma breve biografia e um resumo do trabalho pelo qual a Aston recebeu o prêmio. F. J. Moore, A History of Chemistry, revisão preparada por William T. Hall (1939), inclui um breve esboço de Aston e coloca seu trabalho em perspectiva histórica.


GOSTOU? PARTILHE COM OS SEUS AMIGOS!