V. EL TRABAJO DE NERNST. LA TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
DURANTE los primeros setenta y cinco años del siglo XIX los principales desarrollos en el área de la química ocurrieron en los campos de la química inorgánica y orgánica. Tanto la química como la física se desarrollaron en el mencionado siglo a paso veloz. Hay que hacer notar que hubo muy poco contacto entre los científicos que trabajaban en estas dos disciplinas. Sin embargo, los desarrollos que ocurrieron en la termodinámica, relacionados con la energía y su conservación, llamaron la atención de algunos químicos que trabajaban con la afinidad y las velocidades de reacción.
Fueron estos estudios los que dieron lugar, con el tiempo, al establecimiento de la fisicoquímica. Así, en 1850 el químico Ludwig Wilhelmy mostró que la velocidad de la hidrólisis del azúcar de caña se podía calcular usando una ecuación matemática, siendo ésta la primera ocasión en que se usaba una fórmula matemática para expresar un proceso químico.
Casi simultáneamente, las ideas sobre la termodinámica desarrolladas por los físicos empezaron a tener cabida en la química. A esto contribuyeron los trabajos hechos alrededor de 1850 por G. H. Hess en Rusia, Pierre Engene Berthelot en Francia y Julius Thomsen en Dinamarca sobre los calores de reacción. Fue A. F. Horstmann el primero que usó en 1869 la segunda ley de la termodinámica en los fenómenos químicos. El trabajo de Josiah Willard Gibbs en Estados Unidos, realizado en 1876-1878, sobre las condiciones de equilibrio de mezclas de sustancias fue aplicado en la química unos veinte años después.
Estos trabajos y otros más representaron un interés creciente en las propiedades físicas de los compuestos químicos. El químico Wilhelm Ostwald escribió en 1888 el primer libro de texto de fisicoquímica en el que organizó esta rama de la química. Además, Ostwald junto con J. vant' Hoff y Svante Arrhenius establecieron en 1887 la primera revista de investigación en este campo, el Zeitschriff fñr physicalische Chemie. De esta manera, la fisicoquímica se elevó al mismo nivel que las otras ramas de la química como la inorgánica.
Fue en el mismo año de 1887 que Walther Hermann Nernst (1864-1941) empezó a trabajar como asistente de Ostwald en la Universidad de Leipzig. Lo hizo justamente en la época en que se desarrollaban las interesantes discusiones sobre la fisicoquímica. El ambiente en que trabajó lo estimuló mucho y empezó su trabajo de inmediato. Inició su trabajo en la teoría de celdas galvánicas. Posteriormente, una vez inventado el refrigerador, comenzó un largo proyecto de investigación para medir los calores específicos de diferentes sustancias a bajas temperaturas. Su interés inicial fue hacer más precisas las ideas en boga entre los químicos sobre las condiciones de equilibrio en muchas reacciones químicas, que no habían tomado en cuenta los efectos de la temperatura. Así es como encontró que, de manera sistemática, al disminuir la temperatura y acercarse al cero absoluto, el calor específico de las sustancias disminuye continuamente. Claramente, al llegar a estas temperaturas las sustancias están en la fase sólida. No existe ninguna sustancia que a estas temperaturas sea gas o líquido.1 De estos resultados Nernst formuló en 1906 la tercera ley de la termodinámica, que se refiere a las propiedades termodinámicas de las sustancias en la cercanía del cero absoluto de temperatura. Una consecuencia de la tercera ley es que el calor específico de todas las sustancias se anula al llegar su temperatura a ser cero grados absolutos, es decir a -273ñC.
El trabajo de Nernst tuvo gran importancia teórica en el desarrollo de la termodinámica. Además, también tuvo importantes aplicaciones prácticas. Por ejemplo, fue muy útil en la formulación de los diversos cálculos que se necesitaron para hacer la síntesis del amoniaco.
Nernst obtuvo el premio Nobel de Química en 1920 por sus trabajos en termoquímica y es justamente considerado como uno de los fundadores de la fisicoquímica moderna.
El trabajo que desembocó en la formulación de la tercera ley de la termodinámica fue puramente macroscópico, de manera análoga a como se encontraron las otras dos leyes. En ningún momento se utilizó hipótesis alguna acerca de la estructura microscópica que pudieran tener las sustancias.
NOTAS
1 Una excepción es el helio que continúa siendo líquido hasta temperaturas de alrededor 2ñK, o sea de -271ñC. Sin embargo, Nernst no trabajó con helio.
