Lise Meitner i rozszczepienie jądra atomowego

Lise Meitner, fotografia dzięki uprzejmości Lotte Meitner-Graf, www.lottemeitnergraf

11 lutego minęła osiemdziesiąta rocznica opublikowania przez Lise Meitner i jej siostrzeńca Ottona Roberta Frischa artykułu, który zmienił oblicze fizyki i chemii jądrowej. Z tej okazji przedstawiamy fragment książki Tomasza Pospiesznego pt. Zapomniany geniusz. Lise Meitner – pierwsza dama fizyki jądrowej.

 

6 stycznia w Naturwissenschaften ukazał się artykuł autorstwa Ottona Hahna i Fritza Strassmanna o dziwnym zachowaniu uranu pod wpływem bombardowania neutronami. Jak podaje Klaus Hoffmann nie padł tam jeszcze termin „rozszczepienie atomu”… 10 stycznia Hahn napisał do Lise kolejny list, w którym relacjonował, że nasz Ra z toru także jest Ba! Eksperyment, który zrobiliśmy wskazuje na to w sposób oczywisty… Dlaczego pokazał się przede wszystkim Ba, nie wiem[1]. Jednakże bezwzględnie stało się jasne – jądro atomu pęka na mniejsze fragmenty. Otto jako chemik popełnił jednak istotny błąd, który zrozumiała i poprawiła Meitner. Słusznie wydedukowała, że jeśli jedną „połówką” był izotop baru (Z=56), to druga musi być kryptonem (Z=36), który może rozpadać się na Rb-Sr-Y-Zr[2]. Miała rację, bowiem to nie suma mas atomowych odpowiadała prawdzie, ale liczb atomowych: 92U = 56Ba + 36Kr!

Świąteczny pobyt Meitner i Frischa w końcu się zakończył. Ona wróciła do Sztokholmu, on do Kopenhagi. Otton Robert zaraz po przyjeździe udał się do Bohra, aby powiadomić go o nowym odkryciu: Ledwie zacząłem mówić, uderzył się ręką w czoło i wykrzyknął: „Och, co z nas za idioci! Och, to wspaniałe! Tak to właśnie musi być! W liście do ciotki relacjonował, że Bohr natychmiast i z wielkim uznaniem zgodził się z nami (…) Chce jeszcze wieczorem rozważyć to ilościowo i jutro ze mną o tym porozmawiać[3].

Przed rozjazdem do domów Meitner i Frisch postanowili podać swoje wyjaśnienia we wspólnej publikacji. Detale uczeni uzgodnili już przez telefon. 6 stycznia Frisch pokazał wstępny tekst Bohrowi, który na pół roku wyjeżdżał z wykładami do Stanów Zjednoczonych. Mistrz obiecał Robertowi, że utrzyma wszystko w tajemnicy dopóki tekst nie ukaże się drukiem. 7 styczna Frisch z wydrukowanym artykułem Hahna i Strassmanna poszedł do laboratorium George’a Placzka (1905-1955), który z miejsca skrytykował pracę niemieckich uczonych. Radził by Frisch odszukał fragmentów pękniętego jądra w komorze mgłowej. Uczony rozpoczął badania 13 stycznia 1939 roku i w ciągu doby potwierdził wyniki berlińskiej grupy. Dokonał fizycznego dowodu na chemiczny eksperyment Hahna. Poza radością z odkrycia, Frischa ucieszyła bardziej inna wiadomość. Jutz Frisch ojciec uczonego został zwolniony z obozu i 14 stycznia razem z Gusti będą mogli przyjechać do Sztokholmu. Będą przebywać z Lise! Podwójnie szczęśliwy Robert udał się do zaprzyjaźnionego biologa Williama Arnolda i zapytał: jak nazywacie proces, w którym bakteria dzieli się na dwie? Binary fission[4] – padła odpowiedź. Później Frisch mówił:

 

Bijące w oczy podobieństwo ze sposobem rozmnażania się bakterii (fission) skłoniło nas do użycia w pierwszej opublikowanej notatce terminu nuclear fission (rozszczepienie jądra). Otto Hahn nazywał ten proces „pękaniem”. Komunikat nasz został z pewnym trudem zredagowany przez telefon, gdyż pani profesor Meitner pojechała do Sztokholmu, podczas gdy ja nadal pracowałem w Kopenhadze[5].

Artykuł Lise Meitner i Otto Roberta Frischa, [za:] www.nature.com
            Przez weekend Frisch i Meitner uzgodnili tekst artykułu pt. „Rozbicie uranu przez neutrony: nowy rodzaj reakcji jądrowejˮ[6], który wysłali do Nature 16 stycznia. W artykule wydanym 11 lutego 1939 roku uczeni użyli po raz pierwszy terminu fission – rozszczepienie. Hahn wykonał eksperyment, Meitner go prawidłowo zinterpretowała. Jak zwykle uzupełniali się doskonale.

Intelektualny wkład Lise Meitner w wyjaśnienie zjawiska rozszczepienia jądra atomowego nigdy nie został doceniony. Co najgorsze, nie docenił go sam Hahn. Uczony odciął się od udziału Meitner całkowicie. Hahn rozpoczął rozdzielanie odkrycia, oddzielając się od Meitner, oddzielając chemię od fizyki[7]. Podkreślał, że gdyby Meitner pozostała w Berlinie wykluczyłaby powstawanie baru w procesie bombardowania uranu. Obawiam się, że Lizunia zabroniłaby mi rozszczepiać uran – mówił po latach niby żartobliwie[8].

[1] N.-T. H. Kim-Ngan, Niedoceniony przez komitet Nagrody Nobla udział austriackiej uczonej Lise Meitner w odkryciu rozszczepienia jadra atomowego, Postępy Techniki Jądrowej, vol. 50(1), 2007, 15–23.

[2] Ibidem, str. 20. Ten wniosek Meitner i Frisch umieścili w artykule opublikowanym w Nature, 3615, 1939, str. 239–238.

[3] R. Rhodes, Jak powstała bomba atomowa, Prószyński i S-ka, Warszawa 2000, str. 233.

[4] Ibidem, str. 235.

[5] R. Jungk, Jaśniej niż tysiąc słońc, Państwowy Instytut Wydawniczy, Warszawa, 1967, str. 62.

[6] R. Rhodes, Jak powstała bomba atomowa, op. cit., str. 235.

[7] R. L. Sime, The Politics of Forgetting: Otto Hahn and the German Nuclear-Fission Project in World War II, Phys. Perspect. 14, 2012, str. 59-94. Dzięki uprzejmości profesor R. L. Sime, która przesłała mi tekst artykułu.

[8] K. Hoffmann, Wina i odpowiedzialność: Otto Hahn, konflikty uczonego, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1997, str. 142 oraz R. L. Sime, Lise Meitner. A Life in Physics, University of California Press, Berkeley and Los Angeles, California, 1996, str. 454.

 

Międzynarodowy Dzień Kobiet i Dziewcząt w Nauce

Jednym z wizerunków Boga jest właśnie oblicze kobiety.

Paulo Coelho

22 grudnia 2015 roku Zgromadzenie Ogólne ONZ przyjęło rezolucję ustanawiającą 11 lutego Międzynarodowym Dniem Kobiet i Dziewcząt w Nauce. W tym roku obędziemy obchodzić ten dzień po raz trzeci.

Obecnie tylko 30% spośród wszystkich naukowców to kobiety. Bieżącym celem ONZ i UNESCO jest zapewnienie kobietom i dziewczętom pełnego i równego dostępu do nauki oraz uczestnictwo w badaniach naukowych. Więcej o tym przeczytacie stronie http://www.unwomen.org/en.

Grafika Eweliny Wajs-Baryły przedstawia nasz subiektywny wybór najważniejszych kobiecych postaci świata nauki, od czasów najdawniejszych do współczesności. Spośród wszystkich przedstawionych Pań tylko 7 jest laureatkami Nagrody Nobla.

#ChooseScience

 

Piękniejsza Strona Nauki na VII Zimowym Forum Onkologicznym

Na zaproszenie prof. dr hab. n. med. Wojciecha Wysockiego w dniach 1–2 lutego 2019 roku mieliśmy zaszczyt i przyjemność być gośćmi VII Zimowego Forum Onkologicznego, które tradycyjnie już od kilkunastu lat odbywa się w Zakopanem.

Tomasz Pospieszny opowiada o pierwiastkach odkrytych przez Idę Noddack

1 lutego w sekcji poświęconej pamięci Jana Krzeptowskiego „Sabały” dr hab. Tomasz Pospieszny wygłosił wykład pt. „Kobiety układu okresowego”. Organizatorom Forum, a w szczególności prof. dr. hab. n. med. Wojciechowi Wysockiemu serdecznie dziękujemy za zaproszenie i możliwość wygłoszenia wykładu.

Warto nadmienić, że organizator Forum – Polskie Towarzystwo Chirurgii Onkologicznej obchodzi w tym roku jubileusz 25. lecia.

Piękniejsza Strona Nauki w Muzeum Tatrzańskim

W czwartek 31 stycznia mieliśmy zaszczyt współorganizować, a także uczestniczyć w spotkaniu Tatry źródłem inspiracji i kolebką niepodległości w Muzeum Tatrzańskim w Zakopanem. Bardzo dziękujemy Pani Annie Wende-Surmiak – dyrektor Muzeum Tatrzańskiego.

O Marii Skłodowskiej-Curie i jej rodzinie, odkryciu promieniotwórczości i eksploracji skał tatrzańskich wykład wygłosiła prof. dr hab. Antonina Cebulska-Wasilewska. Natomiast o życiu i działalności Bronisławy Dłuskiej opowiedziała Ewelina Wajs-Baryła.

Autorem zamieszczonych fotografii jest Pan Piotr Kyc z Muzeum Jana Kasprowicza w Zakopanem.

Słowo wstępne wygłosiła Pani Anna Wende-Surmiak – dyrektor Muzeum Tatrzańskiego

 

Wykład Eweliny Wajs-Baryły

 

Pani Jolanta Kapecka opowiedziała o swoich badaniach wnętrz sanatorium Dłuskich

 

Spotkaniu towarzyszyła dyskusja

 

 

 

150. rocznica powstania układu okresowego pierwiastków

Dymir Mendelejew, 1897, domena publiczna.

Układ okresowy pierwiastków chemicznych jest chyba jednym z najważniejszych osiągnięć nauki, bowiem zawiera wszystkie znane pierwiastki występujące we Wszechświecie jak i te, które do tej pory otrzymał w laboratorium człowiek. Rok 1869 jest powszechnie uważany za rok sformułowania okresowości pierwiastków chemicznych przez jednego z najwybitniejszych uczonych Dmitrija Mendelejewa. W 2019 roku przypada 150 rocznica powstania układu okresowego pierwiastków, dlatego br. został ogłoszony przez UNESCO i Zgromadzenie Ogólne Narodów Zjednoczonych Międzynarodowym Rokiem Układu Okresowego Pierwiastków Chemicznych (IYPT2019). Więcej informacji można znaleźć tutaj.

 

Układ okresowy Dymitra Mendelejewa z 1869 roku zatytułowany: Eksperyment na systemie pierwiastków w oparciu o ich masy atomowe i chemiczne podobieństwa.

 

Tabela pokazująca okresowość właściwości wielu pierwiastków chemicznych, z pierwszego angielskiego wydania Zasad chemii Dymitra Mendelejewa (z 1891 roku, przetłumaczone z rosyjskiej piątej edycji).

Odkrycie nowego pierwiastka chemicznego niewątpliwie wiąże się z wielką radością badacza. Jednak zanim będzie mógł skorzystać z przywileju nadania nazwy nowoodkrytemu pierwiastkowi, odkrycie musi przejść szereg niezwykle restrykcyjnych kryteriów. Jednym z najważniejszych jest potwierdzenie istnienia pierwiastka przez innych naukowców. Warto podkreślić, że nie zawsze oczywiste jest pierwszeństwo dokonanego odkrycia, a tylko ten kto pierwszy odkrył pierwiastek ma przywilej podania dla niego nazwy (obecnie nie zawsze).

Często pierwiastki nazywa się dla uczczenia innych uczonych. W ten sposób upamiętniono:

  • Johana Gadolinagadolin (Gd, pierwiastek 64). Odkryty w 1880 roku i nazwany na cześć fińskiego mineraloga i chemika, odkrywcy itru.
  • Alberta Einsteinaeinstein (Es, pierwiastek 99). Został odkryty w 1952 roku w pozostałościach po wybuchu termojądrowym na Oceanie Spokojnym.
  • Enrico Fermiego ferm (Fm, pierwiastek 100). Został odkryty wraz z einsteinem. Odkrywca pierwiastków, Albert Ghiorso w uzasadnieniu napisał – Proponujemy nazwy dla pierwiastka o liczbie atomowej 99, einstein (symbol E) na cześć Alberta Einsteina i dla pierwiastka o liczbie atomowej 100, ferm (symbol Fm), na cześć Enrico Fermiego.
  • Dymitrija Mendelejewamendelew (Md, pierwiastek 101). Otrzymany w 1955 roku. Glenn Seaborg wspominał – Myśleliśmy, że do nazwy tego pierwiastka będzie pasowało nazwisko rosyjskiego chemika Dmitrija Mendelejewa, który opracował układ okresowy. W prawie wszystkich naszych eksperymentach otrzymując pierwiastki transuranowe, zależało nam na stosowaniu jego metody przewidywania właściwości chemicznych w oparciu o położenie pierwiastka w tabeli. Ale w środku zimnej wojny, nazywanie pierwiastka na cześć rosyjskiego uczonego było nieco odważnym gestem, który nie pasował do niektórych amerykańskich kryteriów.
Pomnik Układu Okresowego Pierwiastków, upamiętniający sylwetkę Dymitra Mendelejewa, stojący na dziedzińcu Wydziału Technologii Chemicznej i Spożywczej Politechniki  w Bratysławie, 2018, fot. Ewelina Wajs-Baryła
  • Alfreda Nobla nobel (No, pierwiastek 102). Pierwsze doniesienia o odkryciu pierwiastka 102 zostało podane przez fizyków z Instytut Nobla w Szwecji w 1957 roku. Zespół poinformował, że bombardowali kiur izotopami węgla-13 przez dwadzieścia pięć godzin w półgodzinnych odstępach. Po wielu kontrowersjach pierwiastek ostatecznie nazwano na cześć fundatora najbardziej prestiżowej nagrody na świecie.
  • Ernesta Lawrencalorens (Lr, pierwiastek 103). Pierwiastek odkryto w 1961 roku i nazwano na cześć amerykańskiego fizyka, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki za wynalezienie i udoskonalenie cyklotronu.
  • Ernesta Rutherfordarutherford (Rf, pierwiastek 104). Pierwiastek został odkryty w 1969 roku i w Stanach Zjednoczonych nazywano go na cześć Rutherforda, zaś w ZSRR (a także m.in. w Polsce) kurczatowem (Ku) na cześć Igora Kurczatowa rosyjskiego fizyka jądrowego. Nazwa rutherford została zatwierdzona w 1997 roku.
  • Glenna T. Seaborgaseaborg (Sg, pierwiastek 106). Został odkryty w 1974 roku. Nazwano go na cześć laureata Nagrody Nobla z chemii w 1951 roku, odkrywcy wielu transuranowców (plutonu, ameryku, kiuru, berkelu, kalifornu). Co ciekawe Seaborg doczekał „swojegoˮ pierwiastka w układzie okresowym (zmarł w 1994 roku). Zwlekano z nadaniem pierwiastkowi nazwy na cześć uczonego – oficjalnie z uwagi, że nie nazywa się pierwiastków imionami osób żyjących; nieoficjalnie – chciano ukarać Seaborga za otrzymanie niezwykle niebezpiecznego pierwiastka – plutonu.
  • Nielsa Bohrabohr (Bh, pierwiastek 107). Został odkryty w 1974 roku. Niemccy uczeni proponowali nazwać go nielsbohr (Ns), zaś Rosjanie chcieli nadać mu nazwę dubn (na cześć Dubnej – miejscowości, w której znajduje się Zjednoczony Instytut Badań Jądrowych). W roku 1994 komitet IUPAC zaproponował nazwanie pierwiastka 107 na cześć Bohra. Trzy lata później została przyjęta obowiązująca nazwa.
  • Wilhelma Conrada Röntgenarentgen (Rg, pierwiastek 111). Pierwiastek odkryto w 1994 roku, nazwę zaakceptowano w 2004 roku.
  • Mikołaja Kopernikakopernik (Cn, pierwiastek 112). Pierwiastek odkryto w 1996 roku, nazwę zaakceptowano w 2010 roku.
  • Gieorgija Florowaflerow (Fl, pierwiastek 114). Pierwiastek odkryto w 1999 roku. Nazwę zatwierdzono w 2012 roku. Zespół kierowany przez Florowa otrzymał cztery syntetyczne pierwiastki chemiczne: nobla, rutherforda, lorensa oraz dubn.
  • Jurija Oganiesiana – oganesson (Og, pierwiastek 118). Odkryto go w 2010 roku i nazwano na cześć żyjącego fizyka jądrowego, pod kierunkiem którego otrzymano jądra pierwiastków chemicznych o liczbach atomowych 113–116, a także … 118. Dostarczył dowody na istnienie tzw. wyspy stabilności.

 

Na konferencji z okazji 150. rocznicy urodzin Marii Skłodowskiej-Curie na Politechnice Warszawskiej, od lewej: Małgorzata Sobieszczak-Marciniak, Jurii Organesian, Ewelina Wajs-Baryła i Tomasz Pospieszny, 8 listopada 2017, fot. EWB

 

Na szczególną uwagę zasługują dwa pierwiastki – otrzymany w 1944 roku kiur (pierwiastek 96) i w 1982 roku meitner (pierwiastek 109).

 

Graficznie przedstawione symbole curium i meitnerium autorstwa Theodore Gray’a, [:za] http://www.periodictable.com/

Pierwszy z nich został otrzymany przez Glenna T. Seaborga, Ralpha A. Jamesa oraz Alberta Ghiorso z University of California w Berkeley, poprzez bombardowanie cząstkami alfa izotopów plutonu-239. Odkrywcy nowego pierwiastka zaproponowali dla niego nazwę dla upamiętnienia Marii Skłodowskiej-Curie oraz Pierre’a Curie. Było to wyjątkowe wydarzenie, bowiem pierwszy raz od 1880 roku zaproponowano nazwę pierwiastka dla uczczenia jakiejś osoby. Warto zwrócić uwagę, że jego symbol Cm stanowią inicjały Marii Curie. W uzasadnieniu zespół Seaborga napisał:

Jako nazwę pierwiastka o liczbie atomowej 96 proponujemy „curium” i symbolem Cm. Dowody wskazują, że pierwiastek 96 zawiera siedem elektronów w podpowłoce 5f, a zatem jest analogiczny do gadolinu pierwiastka z siedmioma elektronami w podpowłoce 4f […]. Na tej podstawie pierwiastek 96 jest nazwany Curie w analogiczny sposób do nazwy gadolin, na cześć chemika Gadolina.

Niewiele brakowało, aby także córka Marii i Pierre’a Curie – Irène i jej mąż Frédéric Joliot-Curie także zostali upamiętnieni w układzie okresowym pierwiastków. W 1968 roku zespół uczonych pod kierunkiem Gieorgija Florowa z Zjednoczonego Instytutu Badań Jądrowych odkrył dwa izotopy pierwiastka 105. Rosjanie zaproponowali nazwę nielsbohr (Ns) dla uczczenia pamięci Nielsa Bohra, natomiast Amerykanie używali nazwy hahn (Ha), od nazwiska Ottona Hahna. Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) zasugerowała z kolei nazwę joliot (Jl) Ostatecznie w 1996 zatwierdzono, a w 1997 roku opublikowano dla pierwiastka 105 nazwę dubn (Db) na cześć Dubnej.

Natomiast w 1969 roku zespół z Dubnej przeprowadzili eksperymenty chemiczne na pierwiastko 102 i doszli do wniosku, że zachowuje się on jak cięższy homolog iterbu. Uczeni zaproponowali dla niego nazwę joliotium (Jo) dla uczczenia zmarłej kilka lat wcześniej Irène Joliot-Curie. Ostatecznie pierwiastek nazwano noblem.

Drugi pierwiastek został z kolei nazwany na cześć jednej z najwybitniejszych uczonych wszech czasów Lise Meitner. Badaczka była nominowana do Nagrody Nobla aż 48 raz i nigdy nie została nią wyróżniona. W latach 1934–1948 była nominowana 19 razy z chemii, zaś w latach 1937–1965 29 razy z fizyki. Warto podkreślić, że jej współpracownik Otto Hahn otrzymał Nagrodę Nobla z chemii w 1944 roku za rozszczepienie ciężkich jąder atomowych. Jednak to Lise Meitner zinterpretowała to zjawisko, gdyż Hahn nie miał pojęcia co się dzieje w przeprowadzonych przez niego eksperymentach.

W Instytucie Badań Ciężkich Jonów w Darmstadt w Niemczech zespół niemieckich naukowców pod kierunkiem Petera Armbrustera i Gottfrieda Münzenberga przeprowadził eksperyment, w wyniku którego otrzymano kilku atomów nowego pierwiastka chemicznego. Uczeni bombardowali jądra atomowe bizmutu-209 izotopem żelaza-58 otrzymując pierwiastek o liczbie atomowej 109. Armbruster zaproponował dla niego nazwę meitnerium i symbol Mt. W 1994 roku nazwa ta została zalecona, a w 1997 roku zatwierdzona przez IUPAC. Peter Armbruster po latach uzasadniał: Jestem przekonany, że jej wkład stanowi bardzo istotną części fizyki jądrowej XX wieku. Musiała przy tym pokonać wszelkie możliwe przeszkody.

Hahn, który miał być imieniem pierwiastka numer 105 przepadł na zawsze, bowiem zgodnie z obowiązującymi zasadami nie można użyć proponowanej raz nazwy dla innego pierwiastka. Lise się udało, ale Otto został wykluczony na zawsze.

Miejmy nadzieję, że kolejne otrzymane pierwiastki otrzymają nazwy na cześć wybitnych kobiet uczonych…

Zalecana literatura:

 

  1. M. Fontani, M. Costa, M. V. Orna, The lost elements. The periodic table’s shadow side, Oxford University Press, New York, 2014.
  2. E. R. Scierri, Układ okresowy. Historia i znaczenie, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2013.
  3. S. Kean, Znikająca łyżeczka. Dziwne opowieści chemicznej treści, Ferria Science, Łódź, 2017.
  4.  H. Aldersey-Williams, Fascynujące pierwiastki. W krainie fundamentalnych składników rzeczywistości, Prószyński i S-ka, Warszawa, 2012.
  5. T. Gray, Wielka księga pierwiastków, z których zbudowany jest Wszechświat, Bellona, Warszawa, 2011.
  6. J. Challoner, Pierwiastki, czyli z czego zbudowany jest Wszechświat, Publicat, Poznań 2016.

Tomasz Pospieszny