Na początku drugiego dziesięciolecia naszego wieku znano około trzydziestu różnych substancji promieniotwórczych, które uważano za odrębne pierwiastki chemiczne, w układzie okresowym zaś między ołowiem i uranem było tylko kilka miejsc nie obsadzonych. Wydawało się więc, że prawo okresowości nie stosuje się do substancji promieniotwórczych. Ich zespół stanowił istną dżunglę.

Tajemnica Natury została wyjaśniona przez Fredericka Soddy’ego w 1913 roku. Uczony zauważył, że jeden pierwiastek chemiczny może mieć kilka odmian różniących się masą atomową. W prestiżowym czasopiśmie „Nature” napisał – Są one [pierwiastki] identyczne pod względem chemicznym, a także fizycznym, z wyjątkiem kilku właściwości zależących wprost od masy atomowej. Ponieważ właściwości chemiczne izotopów są takie same, można je jedynie rozdzielić metodami fizycznymi. Dzięki koncepcji Soddy’ego liczba odkrytych pierwiastków promieniotwórczych nagle zmalała i w układzie okresowym pozostały tylko polon (₈₄Po), radon (₈₆Rn), rad (₈₈Ra), aktyn (₈₉Ac), tor (₉₀Th) i uran (₉₂U). Osiem innych „różnych pierwiastków” (izotopów) tak naprawdę było odmianami umiejscowionych już w układzie okresowym czterech pierwiastków. W tej niezwykłej łamigłówce istotną rolę odegrała uczona urodzona w Warszawie – Stefania Horovitz. Była ona trzecią kobietą z Polski, która po Marii Skłodowskiej-Curie i Alicji Dorabialskiej odegrała istotną rolę w nauce o promieniotwórczości.

Stefania Renata Horovitz urodziła się 17 kwietnia 1887 roku w Warszawie. Jej ojciec, Leopold Horovitz (1838–1917), był znanym i cenionym artystą skupionym wokół dworu cesarza Józefa I. Leopold słynął ze zdolności do malowania portretów. W 1873 roku w Wiedniu na międzynarodowej wystawie zdobył złoty metal za jeden ze swoich obrazów. Apogeum jego sławy przypadło na 1896 rok, kiedy został poproszony o namalowanie portretu cesarza Franciszka Józefa I. Dzięki tak szybko rozwijającej się karierze jego rodzina nie narzekała na niedostatki. Mniej więcej w tym samym czasie Leopold wraz z żoną Rozą z Londonów (1853–1920) oraz dziećmi Jerzym (1875–1948), Zofią (1877–1941), Arminem (1880–1965), Janiną (1882–1941) i najmłodszą Stefanią przenieśli się do Wiednia. Stefania pobierała nauki w domu. Nauka była jednak na najwyższym możliwym poziomie. W 1907 roku zainteresowała się chemią i zapisała na Wydział Filozoficzny Uniwersytetu Wiedeńskiego. Sukcesy przychodziły stosunkowo łatwo i już w 1914 roku ukończyła studia doktoranckie specjalizując się w chemii organicznej. Promotorem dysertacji był znany chemik organik profesor Guido Goldschmiedt (1850–1915). Do jego największych osiągnięć naukowych należało między innymi określenie struktury kilku związków pochodzenia naturalnego, w tym papaweryny i kwasu elagowego. Praca Horowitz dotyczyła przegrupowania chininy pod wpływem kwasu siarkowego. Dysertacja została oceniona bardzo dobrze, a jej wynik opublikowano w dwóch pracach naukowych. Po obronie pracy doktorskiej Stefania zwróciła uwagę na chemię jądrową.

Historia rozpoczęcia ich współpracy jest niezwykła. Hönigschmid poszukując współpracownika zwrócił się z prośbą do przebywającej w Berlinie Lise Meitner, czy nie zna kogoś w Wiedniu kto kwalifikowałby się do pomocy w jego projekcie związanym z określaniem masy atomowej pierwiastków. Dzięki jej rekomendacji poznał Stefanię. Meitner i Horovitz najprawdopodobniej spotkały się w 1907 roku. Kilka miesięcy później napisał do Meitner: Przesyłam Ci pozdrowienia od panny Horovitz, która nie wierzy, że ją pamiętasz. Właśnie się z nią o to spieram. Od czerwca 1914 roku Horovitz i Hönigschmid rozpoczęli ścisłą współpracę. Otto Hönigschmid napisał do Lise Meitner – Z panną Horovitz pracujemy jak dobrzy koledzy. W tę piękną niedzielę nadal siedzimy w laboratorium od godziny szóstej. Uczeni zajęli się izolowaniem i oczyszczaniem ołowiu ze 100 kilogramów z siarczanu ołowiu pozyskanego z materiałów z Jachimowa. Praca ta była niezwykle czasochłonna i skrupulatna. Wszystkie ważone substancje musiały być izolowane w stanie czystym, a eksperymentator powinien być w stanie określić nawet najmniejszą ilość substancji, która może zostać utracona podczas eksperymentu ilościowego. Wkrótce stwierdzili, że masa atomowa ołowiu powstającego w szeregu uranowo-radowym wynosiła 206,73. Wykazali tym samym, że ołów z rozpadu jest lżejszy niż „zwykły” ołów (207,21). 23 maja 1914 roku Hönigschmid zaprezentował wyniki na kongresie Bunsena w Lipsku. Pracę wysłali także do „Monatshefte für Chemie”, a później także do „Comptes Rendus”. Uczeni wspólnie wykazali także, że odkryty przez Boltwooda i Hahna w 1906 roku pierwiastek jon to de facto izotop toru-230. Było to niezwykle ważne spostrzeżenie, bowiem wykazało, że jon i tor-230 mają takie same właściwości spektroskopowe i chemiczne, a jedyną różnicą jest ich masa atomowa. W jednym eksperymencie Horovitz podważyła istnienie pierwiastka i znalazła drugi dowód na istnienie izotopów.

Ze współpracy Stefanii i Ottona wynika, że Horovitz była dojrzałym naukowcem i bliskim współpracownikiem swojego mentora. Potrafiła wyciągać słuszne wnioski z przeprowadzonych eksperymentów, często sama inicjowała prace nad nurtującym ją problemem. W 1914 roku Hönigschmid w liście do Meitner pisał: Teraz izolujemy ołów z czystej smółki z Jachimowa… Mamy nadzieję, że w ciągu najbliższych dwóch tygodni przed świętami przeanalizujemy te przygotowane [próbki] ołowiu… W 1922 roku w wykładzie noblowskim Frederick Soddy również podkreślił udział Stefanii Horovitz w pracach nad izotopami. Powiedział między innymi – Jednocześnie prace nad ołowiem z minerałów uranowych były prowadzone przez T. W. Richardsa i jego studentów na Harvardzie, a także przez Hönigschmida i Mlle. Horovitz, którzy podali prawidłowe wartości [masy atomowej ołowiu]. Historyk nauki Lawrence Badash podkreślił, że Hönigschmid i Horovitz przedstawili najbardziej przekonujące dowody potwierdzające istnienia izotopów, a ich prace eksperymentalne potwierdziły jednocześnie pracę wykonaną w trzech innych laboratoriach.

Niestety pod koniec pierwszej wojny światowej współpraca uczonych została przerwana. Hönigschmid przyjął etat na Uniwersytecie w Monachium i opuścił Wiedeń. Z niejasnych dziś powodów Horovitz opuściła Wiedeń i na krótki czas porzuciła karierę naukową. Według opinii członków rodziny chciała pocieszyć matkę po śmierci ojca i w 1917 roku wróciła do Warszawy. Siedem lat później, w 1924 roku wróciła do Wiednia i zafascynowała się psychologią adlerowską. Wspólnie z Alice Friedman zaczęła organizować dom zastępczy dla dzieci z trudnościami w nauce. W 1937 roku, prawdopodobnie z powodów politycznych, Horovitz opuściła Wiedeń i po raz kolejny przeprowadziła się do Warszawy. Wybitny polski radiochemik Kazimierz Fajans w liście do Elisabeth Rona (jedna z uczonych pracujących w Instytucie Radowym w Wiedniu) pisał:

Prawdopodobnie nie otrzymałaś z Wiednia żadnych informacji o losie dr Stefanii Horovitz. Dowiedziałem się o tym od wspólnego krewnego z Warszawy. Stefania przeprowadziła się tam [do Warszawy] po I wojnie światowej i po tym jak jej rodzice zmarli w Wiedniu, aby dołączyć do swojej zamężnej siostry [Zofii Natanson]. Nie była aktywna w chemii, a obie [siostry] zostały zlikwidowane przez nazistów w 1940 roku.

Kiedy Warszawa została okupowana przez nazistów, Horovitz i jej siostra miały szansę ucieczki z getta. Jednak w obawie przed prześladowaniem ukrywających się Żydów obie zdecydowała się udać na Umschlagplatz. Były wśród tysięcy Żydów, którzy zostali przetransportowani do obozu zagłady w Treblince. Obie zginęły. Ich losy są nieznane.

Pod koniec drugiej wojny światowej 14 października 1945 roku Otto Hönigschmid wraz z żoną popełnili samobójstwo.

Reszta jest milczeniem…

Zalecana literatura:

1. F. Rayner-Cnaham, G. W. Rayner-Canham, Stefanie Horovitz: A Crucial Role in the Discovery of Isotopes, [w]: A Devotion to Their Science: Pioneer Women of Radioactivity, red.: M. F. Rayner-Cnaham, G. W. Rayner-Canham, McGill-Queen’s University Press, Québec, 1997.
2. M. Rentetzi, Stephanie Horovitz (1887–1942), [w]: European Women in Chemistry, red.: J. Apotheker, L. S. Sarkadi, Wiley, Verlag, 2011, str. 75–79.
3. M. Rayner-Canham, G. Rayner-Canham, Stefanie Horovitz, Ellen Gleditsch, Ada Hitchins, and the Discovery of Isotopes, Bulletin for the History of Chemistry, 25(2), 2000, str. 103–108.
4. B. Van Tiggelen, A. Lykknes, Celebrate the Women Behind the Periodic Table, Nature, 565, 2019, str. 559–561.

W układzie okresowym pierwiastków chemicznych jest dzisiaj 118 pierwiastków (lipiec 2022 roku). Spośród tych podstawowych cegiełek Wszechświata tylko kilka zostało odkrytych przez kobiety. Jednak historia tych odkryć jest nader fascynująca.

Maria Skłodowskiej-Curie i polon oraz rad (1898)

Pierwszą kobietą, której nazwisko na trwałe wpisało się w historię odkryć pierwiastków chemicznych jest Maria Skłodowska-Curie. Badając fascynujące promieniowanie uranu odkryte przez Becquerela stwierdziła, że niektóre minerały zawierające ten pierwiastek np. blenda smolista, chalkolit czy autunit wysyłają znacznie silniejsze promieniowanie niż wynikało to z zawartości w ich składzie uranu. Uczona dokonała fenomelnego zabiegu – przeprowadziła syntezę chalkolitu i stwierdziła, że wykazuje on normalną promieniotwórczość, czyli taką jakiej należy się spodziewać ze względu na zawartość uranu w próbce. W związku z powyższym w naturalnym minerale musiała istnieć domieszka nowego, nieznanego nauce pierwiastka. 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. Niestety Maria i Piotr nie byli w stanie wyodrębnić potencjalnych pierwiastków chemicznych znanymi wówczas metodami. Ich córka Irena Joliot-Curie wyjaśniała po latach:

Ze względu na to, że jedyną znaną właściwością hipotetycznego ciała [nowego pierwiastka] była jego promieniotwórczość, Piotr i Maria Curie wprowadzili nową metodę pracy, która stała się podstawową w całej radiochemii. Przeprowadzali oni chemiczne rozdzielanie różnych ciał zawartych w minerale i mierzyli promieniotwórczość każdej frakcji. Wkrótce stwierdzili, że promieniotwórczość koncentruje się z jednej strony w siarczkach strącanych z kwaśnych roztworów, z drugiej – w pierwiastkach ziem alkalicznych i niebawem przekonali się o istnieniu dwóch nowych pierwiastków promieniotwórczych: polonu i radu […], wyższych homologów telluru i baru.

Upór Madame Curie doprowadził ją do odkrycia, które zrewolucjonizowała spojrzenie na teorię materii. 18 lipca 1898 roku małżonkowie Curie ogłosili, że odkryli nowy pierwiastek chemiczny, który nazywali polonem (symbol Po, liczba atomowa 84). Donosili:

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.

Jednak na tym nie koniec. W połowie listopada przeprowadzili eksperymenty, dzięki którym otrzymali bardzo promieniotwórczy produkt. Wraz z Gustawem Bémontem otrzymali próbkę zawierającą bar, która była dziewięćset razy bardziej promieniotwórcza niż uran. 26 grudnia 1898 roku ogłosili, że odkryli drugi pierwiastek chemiczny, który nazwali radem (symbol Ra, liczba atomowa 88). W pracy 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.

Tak zrodziła się legenda godna najwybitniejszej uczonej.

Harriet Brooks i radon (1901)

Ernest Rutherford zauważył, że związki toru nieustannie emitują radioaktywny gaz, który zachowuje właściwości promieniotwórcze przez kilka minut. Nazwał to zjawisko emanacją gazu, a później emanacją torową (ThEm). Uczony pisał: promieniowanie z tlenku toru nie było stałe, ale zmieniało się w najbardziej kapryśny sposób, podczas gdy wszystkie związki uranu emitują promieniowanie w sposób niezwykle stały. Pod kierunkiem Rutherforda ( a właściwie na jego prośbę) Harriet Brooks przeprowadziła serię eksperymentów mających na celu określenie charakteru radioaktywnych emisji toru. Wykazała także, że emanację wysyła również rad. Jej prace dowiodły, że emanacja była gazem o specyficznych właściwościach fizycznych, takich jak na przykład mniejsza masa cząsteczkowa niż masa radu. Brooks wspólnie z Rutherfordem zmierzyła szybkość dyfuzji cząsteczek gazu w powietrza. W 1901 roku uczeni ogłosili pracę pt. „Nowy gaz z raduˮ (Trans. R. Soc. Can., 7, str. 21–25), w której pisali: termin „emanacjaˮ został zastosowany do substancji emitowanej w ten sposób, ponieważ w tamtym czasie nie było dowodów, czy emisja materii była parą substancji, radioaktywnym gazem (nasze podkreślenie) czyli cząstkami materii, z których każda zawiera dużą liczbę cząsteczek. […] Musimy zatem stwierdzić, że emanacja jest w rzeczywistości ciężkimi radioaktywnymi oparami lub gazem. […] specjalne eksperymenty pokazują, że szybko się rozprasza, a także ma charakter gazowy.

Nie ulega wątpliwości, że w 1901 roku Harriet Brooks i Ernest Rutherford udowodnili, że emanacja (dziś zwana radonem, pierwiastek 86) jest radioaktywnym gazem. Należy zauważyć, że Rutherford i Brooks […] opisali swoje wysiłki, aby określić naturę emanacji. Nie można było wyizolować znacznej objętości gazu ani zidentyfikować żadnych nowych linii widmowych. W rezultacie doszli do wniosku, że objętość jakiegokolwiek gazu była niewielka. Wykorzystali urządzenie do dyfuzji gazów jako środek nie tylko potwierdzający, że emanacja jest gazem, ale także w celu uzyskania przybliżonej wartości jego masy cząsteczkowej. Podali (błędnie), że gaz miał masę atomową między 40 a 100. Niemniej jednak fakt, że wartość była znacznie mniejsza niż wartość toru, przekonał ich, że emanacja była wcześniej nieznanym gazem. Nie twierdzili wówczas, że jest to nowy pierwiastek, choć wydaje się, że tę implikację pozostawili czytelnikowi. Jak podkreślają małżonkowie Reyner-Canhamowie (badacze historii odkrycia radonu, biografowie Brooks) Rutherford został przekonany o gazowej naturze emanacji w 1901 roku w wyniku badań przeprowadzonych przez jego pierwszą studentkę, Harriet Brooks.

Lise Meitner i protaktyn (1918)

W 1899 roku André-Louis Debierne odkrył pierwiastek, który nazwał aktynem (₈₉Ac). Był to niezwykle tajemniczy pierwiastek, bowiem charakteryzował się dość krótkim czasem połowicznego zaniku, wynoszący zaledwie trzynaście i pół lat. Powinien zatem już dawno zniknąć z powierzchni Ziemi. Ponieważ jednak wciąż zdradza swoją obecność musiał powstawać w wyniku przemiany promieniotwórczej z innego nieznanego dotąd pierwiastka chemicznego. Pierwiastek ten powinien znajdować się w układzie okresowym pomiędzy torem i uranem (₉₀Th  ₉₁X  ₉₂U).

W 1900 roku William Crookes wyizolował nowy pierwiastek jako materiał o wysokim stopniu radioaktywności z uranu. Nie potrafił jednak scharakteryzować go jako nowego pierwiastka chemicznego. Nadał mu nazwę uran X (UX). Nie odniósł on sukcesu bowiem rozpuszczał azotan uranu w eterze, zaś pozostałość roztworu wodnego zawierała w większości mieszaninę dwóch pierwiastków: toru-234 i szukanego protaktynu-234.

W 1909 roku Frederick Soddy z 50 kg uwodnionego azotanu(V) uranylowego otrzymał osad, który wykazywał radioaktywność i emitował cząstki alfa. Według dedukcji uczonego z osadu powstawał w niewielkiej ilości produkt, którego ilość stale i regularnie rosła. Soddy zidentyfikował go jako aktyn (jego obserwacje trwały cztery lata!). Jednak nie potrafił on wyizolować szukanego pierwiastka i podać jego właściwości fizycznych i chemicznych. Warto zauważyć, że cztery lata później Soddy (i niezależnie od niego Polak Kazimierz Fajans) odkrył prawo przesunięć, na podstawie, którego stało się jasne, że pierwiastkiem, z którego powstawał obserwowany przez niego aktyn był poszukiwany pierwiastek 91.

W 1913 roku wspomniany Kazimierz Fajans zaczął prace nad uranem X. Wraz ze swoim doktorantem Osvaldem H. Göhringiem doszedł do wniosku, że jest to mieszanina pierwiastków. Nazwał je uranem X₁ i uranem X₂. Pierwszy z nich zidentyfikowali jako izotop toru-234, natomiast drugi izotop wchodził w skład szeregu uranowo-radowego i powstaje w wyniku przemiany beta z zidentyfikowanego izotopu toru-234. W związku z tym uran X₂ powinien znajdować się dokładnie za torem, a przed uranem, czyli powinien być nowym pierwiastkiem 91. Za pomocą metod analitycznych Fajansowi udało się rozdzielić i wyizolować oba izotopy. Pierwiastek 91 charakteryzował się krótkim czasem połowicznego zaniku, wynoszącym około 1,1 minuty, dlatego uczeni nazwali go brewium (ang. Brevium) od łacińskiej nazwy brevis czyli krótki.

Wszystkie te zagadki zaczęły w szczególności interesować Lise Meitner, która wspólnie z Ottonem Hahnem rozpoczęła poszukiwania pierwiastka 91. Nadała mu nawet nazwę – Abrakadabra. Meitner i Hahn udoskonalili technikę rozdziału oraz założyli, że nowy pierwiastek powinien mieć właściwości zbliżone do tantalu (pierwiastek 73). Zaczęli – wzorem Marii Skłodowskiej-Curie – badać pechblendę, w której pokładali dużą nadzieję. Hahn i Meitner odkryli nową metodę analityczną umożliwiającą oddzielanie wyizolowanych z pechblendy pierwiastków należących do grupy tantalu z minimalnymi ilościami innych substancji promieniotwórczych.

Kiedy wybuchła pierwsza wojna światowa Hahn pojechał na front, zaś główne prace nad pierwiastkiem Abrakadabra wykonywała Lise Meitner. W listach do Hahna donosiła o postępach pracy. Pisała między innymi, że otrzymała wystarczającą ilość materiału do badań, że zamówiła specjalne platynowe naczynia odporne na działanie fluorowodoru, że jedna z próbek wykazuje znaczną aktywność, której nie można przypisać żadnemu znanemu pierwiastkowi. Praca, którą wykonała Lise Meitner polegała na izolacji oraz zbadaniu właściwości fizycznych i chemicznych nowego pierwiastka chemicznego, a także wykazaniu, że jest on pierwiastkiem macierzystym aktynu. Uczona długo i bardzo skrupulatnie mierzyła wysyłane promieniowanie przez protaktyn. Na podstawie pomiarów doszła do wniosku, że w wyniku przemiany alfa nowy pierwiastek przekształca się w izotop aktynu. Po żmudnych i bardzo trudnych eksperymentach chemicznych Meitner 19 czerwca 1917 roku napisała do Hahna: Mam dobre wiadomości dotyczące naszej pracy. Preparat nr 9 naprawdę wydaje się istotny, aktywność alfa jest najwidoczniej już stała. Myślę, że mamy tę substancję w ręku. 17 stycznia 1918 roku donosiła: […] aktywność [pierwiastka] jest bardzo słaba, ale można ją zmierzyć z całkowitą pewnością i może być zweryfikowana przez prędkość zaniku… W każdym razie teraz możemy myśleć o bardzo szybkiej publikacji. 16 marca 1918 roku w prestiżowym niemieckim czasopiśmie naukowym, Physikalische Zeitschrift, Lise Meitner i Otto Hahn przedstawili artykuł pt. Macierzysta substancja aktynu, nowy pierwiastek radioaktywny o długim okresie półtrwania. Napisali między innymi: Przypuszczenie, że pechblenda była odpowiednim materiałem wyjściowym okazało się w pełni uzasadnione. Udało nam się odkryć nowy pierwiastek radioaktywny, wykazując jednocześnie, że jest to substancja macierzysta aktynu. Dlatego też proponujemy dla niego nazwę protaktyn. Później nazwę zmienili na protaktyn. Chociaż nie od razu była ona oczywista.

Stefan Meyer w liście do Lise pisał: Z Twojego listu wynikają strasznie trudne pytania o protaktyn. Wolałbym nazwy Lisonium, Lisottonium, etc. W związku z tym proponuję symbol Lo, ale niestety one się nie nadają, jeśli ktoś pragnie ogólnej akceptacji… Chociaż mimo iż nadal wolę Lisotto, to wiele bardziej znaczące jest, że został odkryty Pa lub Pn, niż pojawiające się najpiękniejszej nazwy. Otto Hahn wspominał: Z powodu wybuchu wojny nie znaliśmy publikacji Soddy’ego i J. A. Cranstona, która ukazała się w tym samym czasie co nasza i donosiła o substancji macierzystej aktynu. Soddy i Cranston próbowali otrzymać tą substancję z pechblendy poprzez sublimację. Preparaty otrzymywali w wyniku zwiększenia ilości emanacji aktynowej, wykazując wzrastające stężenie aktynu. Przy pewnych założeniach, Soddy i Cranston wyliczyli w przybliżeniu czas półtrwania dla aktynu na 3500 lat. […] Nie mogli jednak określić żadnych informacji o charakterystycznych właściwościach nowej substancji. […] Oryginalnymi odkrywcami pierwiastka byli Fajans i Göhring, dlatego mieli prawo do nadania mu nazwy brewium, ze względu na krótki czas półtrwania. Ale Międzynarodowa Komisja Atomowa nie mogła stosować tej nazwy dla pierwiastka, który my odkryliśmy, ponieważ miał on czas półtrwania wielu tysięcy lat. W związku z tym, w pełni uzasadnione okazało się nazwanie długowiecznego izotopu brewium protaktynem (Pa).

Po długich i trudnych dyskusjach z Fajansem ustalono, że nowy pierwiastek będzie nazywał się protaktyn. A dziś, chociaż doskonale wiadomo, że całą pracę wykonała Lise Meitner, tylko dzięki jej uprzejmości i lojalności wraz z nią za odkrywcę pierwiastka 91 uważa się Ottona Hahna.

Ida Tacke-Noddack oraz mazur i ren (1925/1926)

W 1913 roku brytyjski uczony Henry Moseley przeprowadził systematyczne badania widma promieniowania rentgenowskiego emitowanego przez uprzednio wzbudzone pierwiastki chemiczne. W oparciu o otrzymane wyniki przewidział istnienie brakujących w układzie okresowym pierwiastków o liczbach atomowych 42, 43, 72 i 75. Dzięki jego badaniom Holender Dirk Coster oraz Węgier György von Hevesy pracujący w instytucie Bohra w Kopenhadze odkryli hafn (Hf, liczba atomowa72).

Ida Tacke-Noddack i jej mąż Walter skupili się na pierwiastkach chemicznych o numerach 43 i 75. Szczególnie ciekawym pierwiastkiem był pierwiastek 43. Na przestrzeni lat wielokrotnie donoszono o jego odkryciu i proponowano różne nazwy: w 1818 roku Polinium (gr. szary), w 1844 roku Pelopium (na cześć Pelopsa syna Tantala), w 1846 roku Ilmenium (od gór Ilmensky), w 1877 roku Davyum (na cześć wybitnego chemika Humphrey’a Davy’ego), w 1896 roku lucium (łac. lux, świato) czy w 1908 roku nipponium (jap. Japonia). Ida przystąpiła do pracy analizując dostępną literaturę naukową. Wspominała – Od wiosny 1923 r. spędziłam dziesięć miesięcy, od wczesnego rana do późnej nocy w Państwowej Bibliotece w Berlinie przeszukując prawie sto lat literatury dotyczącej chemii nieorganicznej. Niemieckie małżeństwo uczonych zaczęło badać rudy manganu i platyny. Ida i Walter najpierw mozolnie rozpuszczali, następnie wytrącali, ekstrahowali i zatężali roztwory zawierające nowe pierwiastki. Później wytrącali je w postaci osadów (siarczków), które redukowali gazowym wodorem, następnie ogrzewali w tlenie otrzymując sublimaty bogate w ren, ale nie mazur. Przy udziale Ottona Berga zastosowali analizę opartą na spektroskopii rentgenowskiej. Otrzymane wyniki wskazywały na obecność obu pierwiastków 43 i 75 w badanych rudach. 11 czerwca 1925 roku Walther Nernst przedstawił wyniki pracy w Pruskiej Akademii Nauk. Komunikat donosił o odkryciu w niobicie i tantalicie nowych pierwiastków 43 i 75, których ilości były rzędu 10^–6 do 10^–7 grama. Pierwiastek 43 uczeni nazwali Masurium (mazur, symbol Ma) dla uczczenia Mazur ojczystego kraju przodków W. Noddacka, zaś pierwiastek 75 Rhenium (ren, symbol Re) od rzeki Ren (łac. Rhenus) w Nadrenii miejsca urodzenia I. Tacke.

Warto zauważyć, że równolegle z odkryciem Idy i Waltera nowy pierwiastek znaleźli Anglicy i Czesi. Podczas, gdy ci pierwsi uznali odkrycie Niemców, Czesi byli uparci i zaproponowali dla pierwiastka 75 nazwę pragium (na cześć Pragi). Musieli jednak w końcu ulec, gdyż Ida wysłała im swoje próbki, w których potwierdzono obecność pierwiastka Noddacków. W 1926 roku Ida i Walter wydzielili 2 miligramy czystego renu. Roku później Ida wydzieliła 120 miligramów tego metalu z molibdenitu, a w1928 roku z 660 kg molibdenitu gram renu. Noddackowie określili właściwości pierwiastka i zbadali jego związki. Nie zdołali jednak wydzielić czystego mazuru, ani – co gorsze –odtworzyć jego widma. Ernest O. Lawrence nazwał prawa Noddacków do odkrycia mazuru widocznymi urojeniami i dodawał, że najwyraźniej sobie ten fakt wmówili. Jednakże mazur figurował jako pierwiastek chemiczny w tablicy Mendelejewa i podręcznikach do chemii aż do 1949 roku, kiedy to w Amsterdamie podczas ustaleń konferencji Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) skreślono go z listy pierwiastków. W 1937 roku Carlo Perrier i Emilio Segrè otrzymali pierwiastek 43 w wyniku reakcji syntezy jądrowej, poprzez bombardowanie metalicznego molibdenu (pierwiastek 42) deuteronami (izotopami wodoru) lub neutronami. Nazwali go technetem (symbol Tc, z gr. technetos – sztuczny). W 1967 roku Segrè twierdził, że Noddackowie w kwestii mazuru byli zwyczajnie nieuczciwi.

Historyk nauki William H. Brock wyjaśnił konkretnie, dlaczego Ida i Walter powinni zostać uznanymi odkrywcami mazuru. W książce Historia chemii napisał:

Ren został łatwo uznany i niezależnie odkryty w tym samym roku przez innych badaczy, natomiast odkrycie mazuru okazało się wątpliwe. Małżonkowie Noddack zdołali wydzielić miligramowe próbki renu z setek kilogramów rud, nie udało się to jednak w przypadku mazuru. W latach trzydziestych, mimo wzmianek o mazurze w podręcznikach i umieszczaniu go w zestawieniach pierwiastków, na ogół uważano, że dane rentgenowskie nie stanowią dostatecznego dowodu istnienia tego pierwiastka. Sądzono, że Noddackowie pośpieszyli się z ogłoszeniem swego odkrycia. Jak dziś wiadomo, pierwiastek 43 (technet) jest produktem rozszczepienia uranu i wykazano, że rudy badane przez Noddacków zawierały uran w ilości umożliwiającej pojawienie się linii mazuru (technetu) w widmach rentgenowskich.

Z perspektywy czasu wydaje się więc słusznym przywrócić mazur do układu okresowego i przypisać pierwszeństwo odkrycia pierwiastka 43 Idzie i Walterowi Noddackom. Czy jest to jednak możliwe?

Marguerite Perey i frans (1939)

Poszukiwania fransu nazywanego eka-cezem były równie długie jak poszukiwanie pierwiastków Noddacków. W 1925 roku Radziecki chemik D. K. Dobroserdov twierdził, że znalazł eka-cez w próbce potasu (radioaktywność z próbki pochodziła z naturalnie występującego radioizotopu potasu-40). Opublikował wyniki pracy, a pierwiastek nazwał russium. Rok później angielscy chemicy Gerald J. F. Druce i Frederick H. Loring analizowali zdjęcia rentgenowskie siarczanu manganu(II). Zaobserwowali linie spektralne, które uważali za eka-cez. Zapowiedzieli odkrycie pierwiastka 87 i zaproponowali nazwę alkalium, gdyż byłby to najcięższy metal alkaliczny. W 1930 roku Fred Allison z Alabama Polytechnic Institute twierdził, że odkrył pierwiastek 87 podczas analizy minerałów polucytu i lepidolitu i zaproponował nazwę virginium. Cztery lata później H. G. MacPherson z UC Berkeley podważył i obalił odkrycie Allisona, co doprowadziło do otwartego sporu uczonych. W 1936 roku rumuński fizyk Horia Hulubei i jego koleżanka Yvette Cauchois przeanalizowali polucyt używając aparat rentgenowski o wysokiej rozdzielczości. Zauważyli kilka słabych linii emisyjnych, które przypuszczalnie należały do pierwiastka 87. Zgłosili swoje odkrycie i zaproponowali nazwę moldavium. Rok później prace Hulubeia zostały skrytykowane przez amerykańskiego fizyka F. H. Hirsha Jr., który odrzucił metody badawcze Hulubeja i Cauchois twierdząc, że analizowali oni linie rtęci lub bizmutu.

W 1935 roku Marguerite Perey uczennica Marii Skłodowskiej-Curie przeczytała artykuł amerykańskich naukowców, którzy donosili, że odkryli promieniowanie beta wysyłane przez aktyn. Perey była sceptyczna względem ich doniesień, bowiem energia cząstek beta nie pasowała do cząstek emitowanych przez aktyn. Miała ona spore doświadczenie z aktynem, gdyż pracowała z nim już ponad siedem lat. Domyślała się, że amerykanie muszą dysponować zanieczyszczoną próbką, w której cząstki beta emituje atom potomny tj. taki, który powstaje z aktynu i pozostaje w badanej przez nich próbce. Chcąc udowodnić swoją hipotezę przystąpiła do pracy przygotowując niezwykle czystą próbkę aktynu-227. Zadanie było czasochłonne i bardzo precyzyjne. Uczona musiała działać szybko, aby w próbce nie powstawały atomy potomne. Jej finezyjne badanie polegało na spostrzeżeniu, że niewielka część – około 1,2% – całkowitej radioaktywności aktynu pochodziła z emisji cząstek alfa. Nikt nie podejrzewał, że aktyn-227 emituje cząstki alfa przekształcając się w pierwiastek 87 o czasie połowicznego zaniku 22 minuty i jednocześnie cząstki beta (98,8%) przechodząc w izotop toru-227 (chociaż pierwsze doniesienia na ten temat pojawiły się już w 1914 roku). Jest to tzw. rozgałęzienie. Powstający w ten sposób izotop pierwiastka 227 Perey nazwała aktynem K (Ac-K).

Jej bezpośrednim przełożonym był Debierne, chociaż pracowała w laboratorium kierowanym przez Irène Joliot-Curie. Dlatego też o swoim zaskakującym odkryciu poinformowała najpierw Irène. Zaproponowała nawet nazwę catium, ale Joliot-Curie odradziła jej ją, gdyż mylnie by się mogła kojarzyć z kationem. Idąc wzorem Marii Skłodowskiej-Curie Perey zaproponowała więc nazwę dla nowego pierwiastka frans. W tym samy czasie o odkryciu dowiedział się Debierne. Uważał, że jego pracownica powinna najpierw poinformować o odkryciu jego i poczuł się urażony. Jego złość była tak potężna, że nie chciał uznać odkrycia Perey. Nie trafiały do niego żadne argumenty. Konflikt trwał kilka miesięcy. Ostatecznie zgodził się, aby uznać Perey za odkrywczynię pierwiastka i zaakceptował proponowaną przez nią nazwę frans (₈₇Fr). Uczona w jednym z listów pisała: Mam wielką nadzieję, że frans przyda się do leczenia wcześnie rozpoznanego raka. Moim największym życzeniem jest, aby wykonać to zadanie w przyszłości. Niestety sama padła ofiarą radioaktywności – zmarła na nowotwór 15 maja 1975 roku…

Zalecana literatura:

1. T. Pospieszny, Pasja i geniusz. Kobiety, które zasłużyły na Nagrodę Nobla, Wydawnictwo Po Godzinach, Warszawa, 2019.
2. M. Fontani, M. Costa, M. V. Orna, The lost elements. The periodic table’s shadow side, Oxford University Press, New York, 2014.
3. I. Eichstaedt, Księga pierwiastków, Wiedza Powszechna, Warszawa 1970.
4. S. Kean, Znikająca łyżeczka. Dziwne opowieści chemicznej treści, Ferria Science, Łódź, 2017.

Wielu, którzy mieli okazję dowiedzieć się czegoś więcej o matematyce, myli ją z arytmetyką i uważali ją za jałową naukę. W rzeczywistości jednak jest to nauka wymagająca ogromnej ilości wyobraźni.

(Zofia Kowalewska)

Jedna z najwybitniejszych matematyczek świata urodziła się 15 stycznia (3 stycznia) 1850 w Moskwie. Jej ojciec Wasilij Wasiljewicz Krukowski był oficerem pochodzenia polskiego (pochodził z rodu Korwin-Krukowskich), natomiast matka Jelizawieta Fiodorowna Schubert wywodziła się z rodziny niemieckich imigrantów. Na uwagę zasługuje fakt, że pradziadkiem przyszłej uczonej był astronom i geograf Theodor von Schubert, zaś dziadkiem generał i kartograf Friedrich von Schubert. Z kolei jej starszą siostrą była Anna Jaclard (1843–1887) socjalistka i rewolucjonistka, która nieśmiertelność zyskała na kartach powieści F. Dostojewskiego Idiota jako Anna. Wczesne lata życia spędziła w posiadłości Palibino w gubernii Witebskiej. Sonia – jak ją nazywała rodzina oraz przyjaciele – wspominała, że dom był niezwykle piękny i nowoczesny. Na krótko przed zamieszkaniem w nowej posiadłości została ona całkowicie poddana modernizacji. Niestety jej pokój z prozaicznej przyczyny – niewystarczającej ilości tapety – został wyklejony papierem znalezionym na strychu. Jak się okazało papier zawierał litografie wykładów z zakresu rachunku różniczkowego i całkowego, na które uczęszczał Wasilij jako młody oficer. Był to niewątpliwe pierwszy wielki bodziec matematyczny, który zaczął działać na wyobraźnię przyszłej uczonej. Zwykłam całymi godzinami ślęczeć przed tymi ścianami, raz po raz na nowo odczytując spisane tam symbole – wspominała po latach Sofija. Niestety nie zawsze miała możliwość pełnego pochłaniania wiedzy, tym bardziej, że jej ojciec niespecjalnie była zadowolony z kształcenia kobiet. Trwałam w chronicznym stanie głodu książek – wspominała. W dużej mierze Sonia uczyła się samodzielnie – czytała książki, próbowała poznawać świat nauki. Jeden z zaprzyjaźnionych przyjaciół ojca, profesor fizyki Nikolai Nikanorowicz Tyrtov podarował mu swój nowy podręcznik. Dziewczynka bez wiedzy ojca przeczytała książkę i przy następnej wizycie profesora zaczęła z nim rozmawiać o optyce. Niewątpliwie był bardzo zdziwiony, gdy kilkuletnia dziewczynka dokładnie mu wyjaśniła czego nie rozumie, ale co wydaje jej się logiczne i powinno mieć takie a nie inne rozwiązanie. Tyrtov nazwał ją nowym Pascalem i zasugerował, aby dać jej szansę kontynuowania studiów matematycznych. Nie ulega wątpliwości, że dziewczynka była bardzo zdolna. Znała doskonale język angielski, francuski i niemiecki. W latach 1866-67 spędzała większość zimy z rodziną w Petersburgu, gdzie otrzymywała prywatne lekcje rachunku różniczkowego.

Jednak rozbudziło to tylko głód wiedzy dziewczyny. Jej marzeniem były studia, ale było to dość trudne, gdyż w carskiej Rosji kobiety nie mogły studiować, a wyjazd samotnej kobiety do innego kraju nie wchodził w grę. Salomonowym rozwiązaniem było zatem zawarcie w 1868 roku fikcyjnego małżeństwa ze starszym o osiem lat paleontologiem Włodzimierzem Kowalewskim. Należał on do radykalnego ugrupowania politycznego walczącego o równouprawnienie kobiet i zapewnienie im dostępu do edukacji. Sonia z mężem i siostrą wyjechała do Heidelbergu, gdzie studiowała między innymi u Hermanna von Helmholtza, Gustava Kirchhoffa i Roberta Bunsena. Później odbyła także podróż do Anglii, a następnie powróciła do Berlina, gdzie uczył ją Karl Weierstrass – jeden z najwybitniejszych matematyków niemieckich.

W 1874 roku Sofja Kowalewska przesłała z Berlina na uniwersytet w Getyndze rozprawę doktorską opartą o trzy prace związane z teorią równań różniczkowych cząstkowych, redukcji całek abelowych oraz postaci pierścieni Saturna. Dzięki staraniom Weierstrassa nie musiała zdawać egzaminów doktorskich i przyznano jej doktorat… in absentia. Została tym samym pierwszą Europejką posiadającą doktorat z matematyki!

Sukcesy zawodowe szły w parze z prywatnymi. Pomiędzy Sonią i Włodzimierzem zaczęło rodzić się autentyczne uczucie. W 1874 roku powrócili do Rosji, a cztery lata później przyszła na świat ich córka Zofia nazywana Fufą. Po prawie dwóch latach poświęconych wychowaniu córki Kowalewska pozostawiła ją pod opieką krewnych oraz przyjaciół i chcąc wznowić pracę w dziedzinie matematyki opuściła Włodzimierza po raz ostatni. W wyniku namowy Weierstrassa w 1881 roku powróciła do Berlina, gdzie natychmiast powróciła do pracy naukowej. Zaowocowała ona opublikowaniem prac związanych z refrakcją światła w kryształach. Kiedy w 1883 roku przebywała w Paryżu otrzymała wstrząsającą wiadomość o śmierci męża. Włodzimierz zapadł na głęboką depresję związaną z poważnymi kłopotami finansowymi, w wyniku czego odebrał sobie życie.

W tym samym czasie uczona otrzymała propozycję pracy na uniwersytecie w Sztokholmie. Jej zdolnościami matematycznymi zachwycił się jeden z nielicznych w tamtych czasach zwolenników kobiet w nauce Magnus Mittag-Leffler. Po sześciu miesiącach pracy w Sztokholmie przyznano jej tytuł profesorski oraz etat redaktora w prestiżowym czasopiśmie matematycznym „Acta Mathematicaˮ. Co ciekawe w tym czasie biegle władała już językiem szwedzkim. W 1885 roku Kowalewska objęła funkcję dziekana Wydziału Matematyki. Początkowo zaproszono mnie w charakterze docenta. Przed upływem roku jednak mianowano mnie profesorem zwyczajnym, którym jestem od roku 1884. Poza wykładami spoczywa na mnie także obowiązek uczestniczenia w posiedzeniach rady i mam prawo głosu na równi z pozostałymi profesorami – wspominała uczona. Trzy lata później, w 1888 roku wygrała konkurs paryskiej Akademii Nauk – w temacie ścisłego rozwiązania równań ruchu bryły sztywnej, za co otrzymała Nagrodę Bordina. W 1889 roku wybrano ją na członkinią Petersburskiej Akademii Nauk. Poza matematyką była także zdolną pisarką. Napisała między innymi Uniwersytet chłopski w Szwecji, Wspomnienia z dzieciństwa, Nihilistka, Docent prywatny, Siostry Rejewskie i Rodzina Woroncowych, stąd nazywano ją nie tylko „Królową  Matematyki” ale także „Michałem Aniołem Konwersacji”.

W 1889 roku uczona zakochała się w Maxie Kowalewskim dalekim krewnym zmarłego męża. Nie nalegała jednak na małżeństwo, gdyż wiedziała, że nie byłaby w stanie osiąść i zamieszkać z Maxem.

Sofja Kowalewska zmarła w kwiecie wieku, licząc zaledwie czterdzieści jeden lat, w Sztokholmie w lutym 1891 roku w wyniku powikłań po zapaleniu płuc. Została pochowana w mieście Solna na Cmentarzu Północnym, gdzie spoczywa wiele wybitnych i znanych ludzi.

Jeden z badaczy jej życia, Roger Cooke napisał: […] im bardziej zastanawiam się nad jej życiem i biorę pod uwagę ogrom jej osiągnięć, przeciwstawiając się ciężarowi przeszkód, które musiała przezwyciężyć, tym bardziej ją podziwiam. Dla mnie przyjęła bohaterską postawę osiągniętą przez niewielu innych ludzi w historii. Aby wejść, tak jak ona, do świata akademickiego, świata, którego prawie żadna kobieta jeszcze nie zbadała, i być konsekwentnie obiektem ciekawskiej analizy, podczas gdy wątpiące społeczeństwo patrzyło, na wpół oczekując, że je zawiedzie, zebrała ogromną odwagę i determinację. Aby osiągnąć, tak jak ona, co najmniej dwa główne wyniki o trwałej wartości stypendium, jest dowodem znacznego talentu, rozwiniętego dzięki żelaznej dyscyplinie […].

Zalecana Literatura:

1. Z. Kowalewska, Wspomnienia z dzieciństwa, PIW, Warszawa, 1978.
2. J. Navarro, Kobiety w matematyce: od Hypatii do Emmy Noether, RBA, Toruń, 2012, ss 84-91.
3. R. L. Cooke, The life of S. V. Kovalevskaya, [w]: V. B. Kuznetsov, ed., The Kowalevski Property, American Mathematical Society, 2002, ss 1–19.
4. P. Połubarinowa-Koczina: Zofia Kowalewska: Wielki matematyk rosyjski, Czytelnik, Warszawa, 1951.
5. J. Spicci, Beyond the Limit: The Dream of Sofya Kovalevskaya, Forge Books, New York, 2002.