Thomas Martin Lowry

Thomas Martin Lowry (26 de octubre de 1874 – 2 de noviembre de 1936) fue un químico físico británico y Miembro de la Royal Society, cuyo trabajo meticuloso y conceptualmente innovador lo estableció como una de las figuras fundacionales de la fisicoquímica en el Reino Unido.

Su nombre es universalmente conocido en la química por ser coautor de la teoría de ácidos y bases de Brønsted-Lowry, una definición que revolucionó la comprensión de la reactividad química.

Sin embargo, su legado es mucho más amplio; dedicó su vida al estudio de la rotación óptica, acuñó el término mutarotación para describir un fenómeno de isomería dinámica que él mismo descubrió, y fue el primero en aplicar sistemáticamente la dispersión rotatoria óptica (ORD) para desentrañar la estructura de las moléculas.

Como el primer Catedrático de Química Física en la Universidad de Cambridge, no solo realizó investigaciones pioneras, sino que también estableció una de las escuelas de fisicoquímica más importantes del mundo.

Primeros Años y un Largo Aprendizaje

Thomas Martin Lowry nació el 26 de octubre de 1874 en Low Moor, Bradford (Yorkshire), aunque provenía de una antigua familia de Cornualles con fuertes lazos con la Iglesia Metodista. Su padre, el reverendo E. P. Lowry, era un capellán wesleyano de alto rango. Lowry se educó en la Kingswood School en Bath, una institución fundada por John Wesley, antes de ganar una beca para el Central Technical College en South Kensington en 1893.

En 1896, comenzó lo que sería un aprendizaje de 17 años como asistente del carismático y a veces dogmático profesor Henry Edward Armstrong. Trabajar bajo la sombra de una figura tan dominante fue un desafío, pero forjó en Lowry una disciplina excepcional y una habilidad consumada como cristalógrafo y experimentador.

Durante este período, también fue profesor de química en el Westminster Training College (1904-1913). En 1913, su carrera dio un giro decisivo cuando fue nombrado jefe del departamento de química en la Facultad de Medicina del Guy's Hospital, convirtiéndose en el primer profesor de química en una facultad de medicina de la Universidad de Londres.

El Descubrimiento de la Mutarotación y la Isomería Dinámica

Fue durante sus primeros años con Armstrong cuando Lowry realizó el descubrimiento que marcaría el curso de su carrera. Estudiando la nitro-d-alcanfor, observó que el poder rotatorio de una solución recién preparada cambiaba con el tiempo hasta alcanzar un valor de equilibrio estable. A este fenómeno lo bautizó con el término, hoy universal, de mutarotación.

Lowry demostró que este cambio en la rotación óptica se debía a una interconversión reversible en solución entre dos isómeros con diferentes poderes rotatorios. Logró aislar dos formas isoméricas del $\alpha$-bromonitro-d-alcanfor, demostrando que cada una, al disolverse, mutarotaba hasta formar la misma mezcla de equilibrio. A este tipo de isomerismo reversible lo llamó isomería dinámica.

Su trabajo reveló que esta interconversión era un proceso catalítico extremadamente sensible. Demostró que la mutarotación del nitroalcanfor en cloroformo podía detenerse por completo si el disolvente se oxidaba, neutralizando trazas de catalizadores básicos. Por el contrario, la adición de una parte por millón de piperidina en una solución de benceno aceleraba enormemente la reacción. Este fue uno de los primeros ejemplos de catálisis básica que no podía atribuirse simplemente a la presencia de iones hidroxilo ($O{H}^{-}$), desafiando la teoría convencional de Ostwald.

Este descubrimiento lo llevó a proponer que la mutarotación de compuestos como los azúcares y sus derivados era un proceso catalizado por disolventes anfóteros, es decir, aquellos capaces tanto de donar como de aceptar un protón.

Redefiniendo Ácidos y Bases: La Teoría de Brønsted-Lowry

El estudio de la mutarotación del nitroalcanfor, que implica la migración de un protón de un átomo de carbono a un átomo de oxígeno, llevó a Lowry a una profunda reflexión sobre la naturaleza de las reacciones ácido-base. Se dio cuenta de que el proceso implicaba la adición y eliminación de un protón en dos puntos diferentes de la molécula. Lowry acuñó el término prototropía en 1923 para describir este tipo de isomería dinámica que implicaba la migración de un protón.

Esta idea lo condujo a una generalización audaz y revolucionaria. En 1923, propuso una nueva definición de ácidos y bases, que fue desarrollada de forma independiente y casi simultánea por el químico danés Johannes Nicolaus Brønsted. Según la teoría de Brønsted-Lowry, un ácido se define simplemente como un donante de protones (iones $H^{+}$), y una base como un aceptor de protones.

Esta definición era mucho más amplia y poderosa que la de Arrhenius, que limitaba los ácidos y bases a especies que producían iones $H^{+}$ u $O{H}^{-}$ en agua. La nueva teoría explicaba por qué sustancias como el amoníaco ($N{H}_3$) actúan como bases incluso en disolventes no acuosos y introdujo el concepto fundamental de los pares ácido-base conjugados. Por ejemplo, en la reacción:

$$HCl+H_{2}O\rightleftharpoons H_3{O}^{+}+C{l}^{-}$$

El $HCl$ es el ácido (dona un protón) y el $H_{2}O$ es la base (acepta un protón). A su vez, el ión hidronio ($H_3{O}^{+}$) es el ácido conjugado de la base $H_{2}O$, y el ión cloruro ($C{l}^{-}$) es la base conjugada del ácido $HCl$. Esta teoría se convirtió en un pilar fundamental de la química moderna, proporcionando un marco unificador para entender una vasta gama de reacciones químicas.

El Maestro de la Rotación Óptica y la Ecuación de Drude

El mayor legado de Lowry es, sin duda, su trabajo de toda una vida sobre el poder rotatorio óptico. Cuando comenzó su investigación, el campo de la dispersión rotatoria óptica (ORD), es decir, cómo varía la rotación óptica con la longitud de onda de la luz, había estado estancado desde la muerte de Biot en 1862. Lowry se dio cuenta de que para avanzar era esencial medir la rotación a lo largo de un amplio espectro de longitudes de onda, en lugar de en un único punto arbitrario.

Con una habilidad experimental excepcional, construyó y perfeccionó espectropolarímetros que le permitieron realizar mediciones de una precisión sin precedentes. En 1913, demostró que la dispersión rotatoria de alcoholes simples podía ser descrita con precisión por un solo término de la ecuación de Drude:

$$\alpha =\frac{k}{{\lambda }^2-{\lambda }_0^2}$$

donde $\alpha$ es la rotación específica, $\lambda$ es la longitud de onda, y $k$ y ${\lambda }_0$ son constantes características de la sustancia. Un año más tarde, demostró que la dispersión anómala del tartrato de etilo, donde la rotación cambia de signo con la longitud de onda, podía representarse perfectamente mediante la superposición de dos términos de la ecuación de Drude con signos opuestos. Esto confirmó experimentalmente la idea de Biot de que la dispersión anómala surge de la suma de dos "rotaciones parciales" opuestas.

Su trabajo culminó con mediciones extraordinariamente precisas en cuarzo. Utilizando un cristal de casi medio metro, midió rotaciones de hasta $100,{000}^{\circ }$ en el ultravioleta, demostrando que la ecuación de Drude se cumplía con la máxima precisión en todo el rango de transparencia del material. Este trabajo estableció la validez de la teoría de Drude más allá de toda duda y proporcionó una base teórica sólida para la quiralidad molecular.

Catedrático en Cambridge: Estableciendo la Fisicoquímica

En 1920, Lowry fue nombrado para la recién creada Cátedra de Química Física en la Universidad de Cambridge, un puesto que ocuparía hasta su muerte. Con el apoyo financiero de las compañías petroleras, organizó un nuevo laboratorio desde cero. Su liderazgo y su capacidad para inspirar entusiasmo atrajeron a un gran número de colaboradores, y en un período muy breve, el laboratorio de fisicoquímica de Cambridge se convirtió en una institución de renombre mundial.

Aunque su investigación principal siguió siendo la rotación óptica, su curiosidad lo llevó a otros campos. Durante la Primera Guerra Mundial, trabajó en la producción y manejo de amatol (una mezcla de nitrato de amonio y TNT), estudiando el polimorfismo del nitrato de amonio para resolver problemas en el llenado de proyectiles.

Posteriormente, investigó el complejo sistema de los cloruros de azufre. Demostró la existencia del inestable dicloruro de azufre ($SC{l}_2$) y preparó y caracterizó el tetracloruro de azufre ($SC{l}_4$) como un sólido cristalino casi incoloro. Observó que el $SC{l}_4$ tenía una constante dieléctrica más alta en estado sólido que en estado líquido, interpretando correctamente que esto se debía a una estructura iónica en el sólido, ${}^{+}C{l}^{-}$, que se disociaba al fundirse .

$${}^{+}C{l}^{-}(\text{s}\acute{\text{o}}\text{lido})\rightleftharpoons SC{l}_2(\text{l}\acute{\text{i}}\text{quido})+C{l}_2(\text{gas})$$

Legado

Thomas Martin Lowry falleció en Cambridge el 2 de noviembre de 1936. Fue un trabajador infatigable, cuya pertinacia se reflejaba en su hábito de volver a problemas antiguos a medida que surgían nuevas técnicas para resolverlos. Aunque era un maestro de la técnica orgánica, su instinto para la medición física exacta lo convirtió en un fisicoquímico por excelencia.

Dejó un legado inmenso. Su teoría de ácidos y bases sigue siendo un concepto fundamental que se enseña a todos los estudiantes de química. Su libro de 1935, Optical Rotatory Power, se mantuvo como la obra de referencia en el campo durante décadas. Y la vasta cantidad de datos experimentales precisos que acumuló ha proporcionado material de trabajo útil para generaciones de científicos.

Como fundador del laboratorio de fisicoquímica de Cambridge y presidente de la Faraday Society (1928-1930), fue una figura central en el establecimiento de la fisicoquímica como una disciplina moderna y vibrante en Gran Bretaña.

Para más información Thomas Martin Lowry, 1874-1936 - Journals

• Archer Martin
• Columna de Martin
• Fisicoquímica
• Richard L M Synge
• 11. Sujeción y rotación de tubos