120. rocznica odkrycia radu

Zdecydowałam się wreszcie na temat mojej rozprawy doktorskiej. Uwagę moją zwróciły ciekawe wyniki badań Henri Becquerela soli rzadkiego metalu – uranu.

Maria Skłodowska-Curie, Autobiografia

Portret Marii Skłodowskiej-Curie, Library of Congress, sygn. LC-DIG-ggbain-07682.

120 lat temu  – dnia 26 grudnia 1898 roku – małżonkowie Curie wspólnie z Gustave’m Bémontem ogłosili komunikat o odkryciu nowej, silnie promieniotwórczej substancji: w związku promieniotwórczym znajduje się nowy pierwiastek, który proponujemy nazwać radem.

Pod koniec 1897 roku Maria Skłodowska-Curie zaintrygowana doniesieniami na temat promieniowania X i promieniowania Becquerela rozpoczęła samodzielnie badanie ich fenomenu. Dzięki wstawiennictwu męża Pierre’a Curie udostępniono jej ciasne pomieszczenia Szkoły Fizycznej, gdzie powtórzyła prace Becquerela. Jego eksperymenty ulepszyła stosując w miejsce kliszy fotograficznej używanej przez uczonego, bardzo czuły elektrometr. Mogła teraz dokładnie stwierdzić, że natężenie promieniowania uranowego zależy od zawartości uranu w badanej próbce i jest do niej proporcjonalne. Jako pierwsza stwierdziła, że promieniowanie jest właściwością atomową uranu.

Następnie zaczęła systematyczne badać wszystkie dostępne wówczas pierwiastki chemiczne w stanie wolnym lub występujące w związkach chemicznych. Zauważyła (niezależnie od niemieckiego uczonego Gerharda Carla Schmidta), że również tor wysyła dziwne promieniowanie. W rozprawie doktorskiej Maria napisała: P. Schmidt pierwszy ogłosił, że tę właściwość posiada również tor i jego związki. Przeprowadzone jednocześnie odpowiednie badania i mnie także dały wynik takiż sam. Ogłosiłam to spostrzeżenie, nie znając jeszcze komunikatu p. Schmidta. Uczona jednak udowodniła, że emisja promieniowania emitowanego przez tor jest ilościowo inna od emisji uranu.

Maria Skłodowska-Curie podczas pracy, fot. Henri Manuel, b.d., Muzeum Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie

Niezwykle ważnym spostrzeżeniem uczonej był fakt, że niektóre minerały zawierające uran – blenda smolista, chalkolit lub autunit – emitują promieniowanie znacznie mocniej niż wynikało to z zawartości w ich składzie uranu. Ponieważ Maria wiedziała, że tylko uran i tor mogą emitować tego rodzaju promieniowanie wysunęła hipotezę, że w minerałach może być nowy, nieznany wówczas pierwiastek chemiczny.

Znając skład chemiczny chalkolitu – zawierał atomy miedzi, fosforu, tlenu, wodoru i uran– Maria postanowiła zsyntezować w swoim laboratorium ten minerał. Okazało się, że syntetyczny chalkolit emituje promieniowanie słabsze, a więc takie jakiego należałoby się spodziewać po zawartości uranu w tym minerale. Zatem naturalnie występujący minerał musiał zawierać domieszkę nowego, nieznanego dotąd nauce pierwiastka chemicznego. Maria zanotowała: Obie rudy uranu: blenda smolista (tlenek uranu) i chalkolit (fosfat miedzi i uranylu) są o wiele bardziej aktywne niż sam uran. Fakt ów jest godny uwagi i pozwala sądzić, że te minerały mogą zawierać pierwiastek o wiele bardziej aktywny niż uran.

Małżonkowie Curie w laboratorium przy ulicy Lhomond, Wellcome images, L0001761.

Zaciekawiony wynikami eksperymentów żony, Pierre postanowił przyłączyć się do prac dotyczących odkrycia nowego pierwiastka. Tajemniczy pierwiastek chemiczny dawał się badać i zdradzał swoją obecność tylko poprzez swoją aktywność. Małżonkowie Curie w komunikacie z 18 lipca 1898 roku pt. O nowym ciele promieniotwórczym zawartym w smółce uranowej napisali: Nie udało nam się znaleźć sposobu, by wyodrębnić z bizmutu substancję aktywną. Przypuszczamy, że ciało, które wyodrębniliśmy ze smółki uranowej, zawiera nieznany jeszcze metal, zbliżony do bizmutu ze swoich właściwości chemicznych. Jeśli istnienie tego metalu się potwierdzi, proponujemy dla niego nazwę polon – od imienia ojczyzny jednego z nas. W tytule komunikatu po raz pierwszy małżonkowie Curie użyli słowa promieniotwórczość (radioaktywność, francuskie radioactivité). Maria Skłodowska-Curie zadbała także, aby wieści o polonie ukazały się w języku polskim (M. Skłodowska-Curie, Poszukiwanie nowego pierwiastka w pehblendzie, „Światłoˮ, 1(54) 1898).

Cztery miesiące później, w listopadzie 1898 roku małżonkowie Curie wspólnie z Gustave’m Bémontem otrzymali próbkę zawierającą pierwiastek bar, której promieniotwórczość była dziewięćset razy większa od promieniotwórczości uranu. 26 grudnia 1898 roku wspólnie z Bémontem ogłosili kolejną pracę o odkryciu drugiego nieznanego pierwiastka chemicznego – radu. W komunikacie pt. O nowej silnie radioaktywnej substancji zawartej w blendzie smolistej napisali: Wyżej wyszczególnione fakty każą nam przypuszczać, że w tym nowym związku promieniotwórczym znajduje się nowy pierwiastek, który proponujemy nazwać radem. Nowy ten związek zawiera na pewno znaczną ilość baru, mimo to jednak jest on silnie promieniotwórczy. Promieniotwórczość radu musi być zatem ogromna. Przy pomocy Eugèneʼa Demarçay’ego – specjalisty w spektroskopii emisyjnej – małżonkowie Curie uzyskali widmo emisyjne radu. Nie udało im się jednak pozyskać takiego widma dla polonu. Okazało się, że w jednej tonie blendy uranowej znajduje się około 1,4 grama radu i tylko 0,1 miligrama polonu – jest więc to pierwiastek niezwykle rzadki. Należało jednak oba pierwiastki wyodrębnić, aby pokazać światu fizyki i chemii, że one istnieją.

Wnętrze szopy-laboratorium Państwa Curie, ok. 1900, Wellcome Collection. CC BY.

W opuszczonym prosektorium przekształconym w laboratorium, przy ulicy Lhomond 42 – niedaleko Wyższej Szkoły Fizyki i Chemii Przemysłowej Miasta Paryża, Maria Skłodowska-Curie wraz z mężem dokonała jednego z największych odkryć w dziejach nauk ścisłych. Uczona wspominała: Była to pozbawiona wszelkich sprzętów szopa z desek, o cementowej podłodze i oszklonym dachu, przez który miejscami przeciekał deszcz. Całe wyposażenie składało się ze zniszczonych drewnianych stołów, żelaznego pieca, dającego bardzo niedostateczne ciepło i z tablicy, na której Pierre chętnie pisał i rysował. Nie było tam wyciągu do robót, przy których wydzielają się szkodliwe gazy, trzeba było zatem wykonywać takie prace na podwórzu, gdy pogoda na to pozwalała. Podczas deszczu musieliśmy je prowadzić w szopie, przy otwartych drzwiach. […] I oto w tej nędznej, starej szopie przeżyliśmy najlepsze, najciekawsze nasze lata, poświęcając całe dnie zamierzonemu dziełu. Często też musiałam w niej przyrządzać posiłek, ażeby nie przerywać jakiegoś ważnego doświadczenia. Niekiedy wypadało mi spędzać cały dzień na mieszaniu gotującej się masy ciężkim prętem żelaznym, prawie tak wielkim, jak ja sama. Zdarzało się, że byłam wtedy naprawdę przemęczona. Kiedy indziej znów robota polegała na niezmiernie drobiazgowej i delikatnej krystalizacji frakcjonowanej w celu stężenia roztworu radu.

 

Dzięki fabryce uranu znajdującej się w Jachymowie Maria Skłodowska-Curie otrzymała tonę ziemi, którą stanowiły odpady po wydzieleniu z niej uranu. W pracy doktorskiej uczona pisała: To ta pozostałość zawiera substancje radioaktywne; jej czynność promieniotwórcza jest cztery i pół razy większa od aktywności uranu metalicznego. Rząd austriacki, do którego należą kopalnie blendy, uprzejmie zaoferował nam na cele naszych poszukiwań jedną tonę tych odpadów i upoważnił kopalnie do dostarczania nam większej ilości ton tego materiału. W 1902 roku po niezwykle pracochłonnych, żmudnych, a nade wszystko fizycznie ciężkich eksperymentach Maria otrzymała jeden decygram chlorku radu i wyznaczyła masę pierwiastka na 225±1 u. Hélène Langevin-Joliot, wnuczka uczonej, wspomniała, że Maria z roku na rok stawała się coraz wyraźniej chemikiem, zaś Pierre koncentrował się na fizyce. Babcia była bardziej cierpliwa od dziadka, świetnie zorganizowana, odważna, o bardzo silnej osobowości. Obydwoje pracowali niezwykle ciężko, ale zachowywali też pewien umiar. Między odkryciem polonu i radu, choć wiedzieli już o istnieniu drugiego pierwiastka, przerywają pracę i jadą na wakacje do Owernii na południe Francji.

Notatki laboratoryjne Marii Skłodowskiej-Curie, Muzeum Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie.

Zdarzało nam się powracać wieczorem po kolacji, by rzucić okiem na nasze królestwo. Bezcenne produkty, dla których nie mieliśmy pomieszczeń, leżały porozkładane na stołach i podłodze; ze wszystkich stron dostrzec było można słabo świecące kształty i ta poświata, jak gdyby zawieszona w ciemnościach, była wciąż od nowa przyczyną wzruszenia i zachwytu – wspominała Maria. Małżonkowie Curie jako pierwsi spostrzegli, że preparaty promieniotwórcze świecą i wydzielają ciepło, że zabarwiają szkło i porcelanę, że promieniowanie wysyłane przez rad przechodzi przez powietrze, przekształca tlen cząsteczkowy w ozon. Z kolei Pierre Curie rozpoczął badania biologiczne z użyciem soli radu. Przez kilka godzin wystawił swoje ramię na działanie radu. Dokładnie obserwował i opisywał proces tworzenia się rany oraz jej gojenia. Stwierdził, że skóra stała się czerwona na przestrzeni sześciu centymetrów kwadratowych; wyglądało to jak oparzenie, lecz nie bolało prawie wcale. […] Skóra rąk przejawia ogólną tendencję do łuszczenia się; końce palców, którymi trzymaliśmy tubki lub naczynia z silnie aktywnymi produktami, stają się twarde i czasem bardzo bolesne; u jednego z nas stan zapalny końców palców trwał przez dwa tygodnie i zakończył się zupełnym złuszczeniem skóry, ale bolesność nie ustąpiła całkowicie jeszcze nawet po upływie dwóch miesięcy. To właśnie dzięki pionierskim pracom Pierre’a Curie zawdzięczamy powstanie chemii radiacyjnej oraz nowej terapii leczenia raka.

Niezwykła niezłomność, geniusz, talent eksperymentatorski i nowatorskie podejście do tajemniczego świata atomów Marii Skłodowskiej-Curie i Pierreʼa Curie sprawiło, że uporządkowany świat fizyki i chemii musiał przejść rewolucję, która wprowadziła ludzkość w erę potęgi atomowej.

 

Zalecana literatura:

  1. M. Skłodowska-Curie, Autobiografia i wspomnienia o Piotrze Curie, Dom Wydawniczo-Promocyjny GAL, Warszawa, 2004.
  2. M. Skłodowska-Curie, Badanie ciał radioaktywnych, reprint wydania z 1904 roku, Komitet Historii Nauki i Techniki, Wydział I Nauk Społecznych PAN, Warszawa, 1992.
  3. M. Skłodowska-Curie, Poszukiwanie nowego pierwiastka w pehblendzie, „Światło”, 1898, nr 1 (54).
  4. P. Curie, M. Curie, G. Bémont, Sur une nouvelle substance fortement radio-active, contenue dans la pechblende, „Comptes Rendus”, 1898, nr 127, ss. 1215–1217.
  5. M. Skłodowska-Curie, Promieniotwórczość, reprint wydania z 1939 roku, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2011.
  6. E. Curie, Madame Curie, reprint z 1938 roku, Ishi Press International, New York, 2017.
  7. J. Hurwic, Maria Skłodowska-Curie i promieniotwórczość, Wydawnictwo Edukacyjne Żak Zofii Dobkowskiej, Warszawa, 2008.
  8. T. Pospieszny, Nieskalana sławą. Życie i dzieło Marii Skłodowskiej-Curie, Novae Res, Gdynia, 2015.
  9. S. Quinn, Życie Marii Curie, Prószyński i S-ka, Warszawa, 1997.

Źródła ilustracji: zdjęcia pochodzą z Muzeum Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie.