Az ENSZ Közgyűlés 63. ülésszakán határozták el,
hogy 2011 a Kémia Nemzetközi Éve lesz. Az ENSZ az események fő
szervezőjeként az UNESCO-t, (United Nations Educational, Scientific
and Cultural Organization – Egyesült Nemzetek Oktatási, Tudományos és
Kulturális Szervezete) valamint az IUPAC-ot (International Union of
Pure and Applied Chemistry – Elméleti és Alkalmazott Kémiai Nemzetközi
Unió) jelölte meg.
A dátumválasztást az motiválta, hogy száz évvel
korábban, 1911-ben Marie Curie-t tüntették ki a kémiai Nobel-díjjal.
Ezt a díjat ő akkor egyedül kapta, de nyolc évvel korábban, 1903-ban
férje, Pierre Curie és Henri Becquerel társaságában fizikai
Nobel-díjat is kapott. Ezzel Marie Curie két rekordot is tart: ő az
egyetlen nő, aki két Nobel-díjat kapott, és az egyedüli tudós, akit
kémiai és fizikai Nobel-díjjal is kitüntettek. (Érdemes azt is
megemlíteni, hogy családjában ez ideig hat Nobel-díj született,
ugyanis Irène lánya és férje, valamint Ève lányának férje is elnyerte
ezt a kitüntetést. Utóbbi Henry Richardson Labouisse volt, az 1965-ös
béke Nobel-díj nyertese.)
Marie Curie két egyetemi diplomát is szerzett:
fizikából és matematikából. Az egyetem elvégzése után fizikusként
dolgozott, és későbbi férje laboratóriumában mágneses jelenségekkel
foglalkozott.
Érdekes körülmény, hogy a kémia éve egy
fizikus-matematikus kitüntetéséhez kapcsolódik. Teljesen logikussá és
világossá válik azonban az ENSZ döntése, ha megismerjük Marie Curie
életútját és abban a kémia szerepét.
Maria Salomea Skłodowska Varsóban született 1867.
november 7-én. Szüleinek ötödik gyermeke volt. Édesapja, Władysław
Skłodowski tanár volt. 1883-ban érettségizett arany kitüntetéssel.
Ezután magántanítványokat vállalt, illetve 1886-tól egy vidéki lengyel
családnál volt nevelőnő.
Az 1890/91-es tanévben elvégezte a Varsói Ipari és
Mezőgazdasági Múzeum által szervezett kémiai analitikai tanfolyamot.
Maria Skłodowska itt olyan széleskörű kémiai tudást szerzett, ami
későbbi eredményeinek alapja lett. (Kiváló kémiatanára Napoleon
Milicer volt, de unokafivérétől, Józef Jerzy Boguski professzortól is
sokat tanult. Utóbbi Dmitrij Mengyelejev asszisztenseként is dolgozott
Szentpéterváron.)

Maria Salomea Skłodowska házitanító 1888-ban. (A
fotókért köszönet a varsói Maria Skłodowska-Curie Múzeumnak)
Maria szeretett volna egyetemi diplomát szerezni,
de az akkori, Oroszországhoz tartozó Lengyelországban a nők nem
járhattak egyetemre. Maria nővére Párizsban élt, orvos volt, és
férjezett. Nővére meghívására 1891-ben Maria is Párizsba ment.
Beiratkozott a Sorbonne-ra, 1893-ban fizikából, 1894-ben matematikából
szerzett diplomát. Tanulmányai után az École supérieure de physique et
de chimie industrielles de la ville de Paris-ban dolgozott Pierre
Curie (1859–1906) vezetése alatt, és a fémek mágneses tulajdonságait
vizsgálta. Egymásba szerettek, és 1895-ben összeházasodtak.
Marie Curie 1897. szeptember 12-én szülte meg
Irène-t. Irène Curie szintén kiemelkedő eredményeket ért el a
nukleáris kémia területén, és számos témában együtt dolgozott
édesanyjával. Irène Curie férjével, Frédéric Joliot-Curie-vel
megosztva 1935-ben kémiai Nobel-díjat kapott az első, mesterséges
radioaktív izotóp előállításáért:
27
30
13 Al(a,n)
15 P . .
Marie Curie 1897 végén még a mágnességről ír értekezést, amit
decemberben ad le a Bulletin de la Société d’Encouragement pour
l’Industrie Nationale című folyóiratnak. Közben betegeskedik is, de
1898 elején el szeretné kezdeni doktori munkáját. Ehhez keres témát,
és rátalál Henri Becquerel eredményeire. Megtetszik a téma. Az új
kísérlethez a Fizikai Intézet igazgatójától egy földszinti
raktárhelyiségben kap egy kis szabad területet, ahol fűtési lehetőség
sem volt.
Időközben Pierre Curie is oly érdekesnek és
izgalmasnak találta felesége kutatásait, hogy abbahagyta saját, sok
eredményt hozó kutatási témáját, és csatlakozott Marie sugárzó
anyagainak tanulmányozásához.
Marie Curie kondenzátort használt az ionizáló
sugárzás detektálására. A vizsgált mintát a kondenzátor lemezei közé
helyezte, és elektrométerrel vagy piezoelektromos kvarc segítségével
mérte a kondenzátorlemezek közötti levegő vezetőképességét. Ezt a
rendkívül kicsi (pikoamper nagyságrendű) áramok pontos mérésére
alkalmas mérőberendezést Pierre Curie készítette. (A Curie fivérek
[Pierre és Jaques] fedezték fel a piezoelektromosságot 1880-ban.)
Ezzel a módszerrel Marie Curie megmérte egy sor fém, só, oxid és
ásvány sugárzó képességét. (Sklodowska-Curie, 1898). Az elvégzett
munkáról szóló dolgozatban két fontos megállapítás volt; a tórium és
vegyületei is emittálnak ionizáló sugárzást, és egyes uránércek
aktivitása nagyobb, mint a fém uráné és uránoxidé. Például a
csehországi Joachimstalból (Jáchymov) származó uránérc fajlagos
aktivitása háromszor nagyobb, mint a fémes urán ugyanezen paramétere.
(A tórium radioaktivitásának felfedezésével kapcsolatban meg kell
jegyezni, hogy erről Gerhardt Schmidt német fizikus is beszámolt a
Német Fizikai Társaság ülésén Berlinben, 1898. február 4-én (Schmidt,
1898), és Marie Curie csak 1898. április 12-én tartott előadást a
Francia Akadémia párizsi ülésén ugyanerről az eredményről.) Világossá
vált, hogy az uránérc aktivitása csak akkor lehet nagyobb, mint a
tiszta uráné, ha az előbbi más radioaktív elemet is tartalmaz. Ezzel a
megállapítással Marie Curie felfedezte az urán radioaktív
bomlástermékeit. Persze, a bomlási sorok megértéséhez még várni
kellett néhány évet.
Marie Curie 1898-ban publikált három dolgozata
közül az elsőt még Sklodowska-Curie-ként jegyezte, de a következő két
dolgozatán már Marie Curie-ként szerepel. Ezen utóbbi két dolgozatában
már egy-egy új elem felfedezéséről ad hírt. Dolgozatai szokatlanul
rövidek: 2–3 oldal terjedelműek, és egyetlen képletet vagy ábrát sem
tartalmaznak; az utóbbi kettő szinte kizárólag kémiai műveletek
leírásából áll. Hatásuk viszont a nukleáris tudomány tényleges
elindítása és lendületbe hozása volt. Marie Curie két Nobel-díját ezek
a dolgozatok eredményezték.
A polónium felfedezését leíró dolgozat (Curie, P.
et al., 1898/a) néhány sorának magyar fordítása jelzi a kémia
szerepének fontosságát, és megmutatja, hogy logikus gondolatokkal és
egyszerű kísérletekkel is lehet korszakalkotó eredményeket létrehozni.
„Amikor a szulfidokat salétromsavban oldjuk, a
legkevésbé oldható részek a legkevésbé aktívak. Amikor a sókat
kicsapjuk a vízből, az először kicsapódó részek messze a
legaktívabbak. Megfigyeltük, hogy az uránszurokérc hevítésekor a
szublimáció révén igen aktív termék képződik. Ezen megfigyelés alapján
az aktív szulfid és a bizmut-szulfid illékonyságának különbségén
alapuló elválasztási eljárást dolgoztunk ki. A szulfidokat vákuumban
hevítettük körülbelül 700 oC-on egy csehüveg csőben. Az aktív szulfid
fekete bevonatként rakódott le a csőnek azon tartományaira, amelyek
250–300 oC-osak voltak, míg a bizmut-szulfid a melegebb részeken
maradt.
Ezeknek a különböző műveleteknek az ismétlésével
egyre több aktív terméket kaptunk. Végül olyan termékhez jutottunk,
amelynek az aktivitása körülbelül négyezerszerese az uránénak. Az
ismert anyagokat ismét sorra vettük, hogy meghatározzuk, vajon a
termék a legaktívabb-e közülük. Csaknem minden elemi anyag vegyületeit
megvizsgáltuk. Számos vegyész volt kedves a legritkább anyagok mintáit
is rendelkezésre bocsátani. Csak az urán és a tórium mutat természetes
aktivitást, esetleg a tantál nagyon gyengét.
Ezért úgy gondoljuk, hogy az uránszurokércből
általunk kivont anyag olyan fémet tartalmaz, amelyet eddig még nem
írtak le, és analitikai tulajdonságai hasonlóak a bizmut
tulajdonságaihoz. Ha ennek az új fémnek a léte igazolást nyer,
javasoljuk, hogy polóniumnak nevezzék el egyikünk hazájának neve
után.”
Érdemes megjegyezni: a későbbi kutatások
megmutatták, hogy a 238U bomlási sorában, a feldúsulásra alkalmas
felezési idejű (138,4 nap) polóniumizotóp, a 210Po található. Az ebben
a bomlási sorban lévő másik két polóniumizotóp a 218Po és 214Po
felezési ideje igen rövid: 3,05 perc, illetve 1,64 × 10–4 s. A 235U
bomlási sorában viszont a 215Po és 211Po található, és ezek felezési
ideje 1,78 × 10–3 s és 0,52 s. Tehát ezeket sem lehet elkülöníteni,
kinyerni az uránércből. A 210Po anyaeleme a 210Bi (felezési ideje: 5
nap) így a bizmutos együttkristályosítás a 210Po anyaelemét, a kisebb
mértékben feldúsult 210Bi nuklidot is elkülönítette az uráncértől.
Az új radioaktív elem bejelentése nagy érdeklődést
váltott ki a tudományos körökben, s ezután egyre több kutató kezdett
foglalkozni a radioaktív anyagokkal. A Curie házaspár kutatásához
Gustave Bémont is csatlakozott, és még ugyanazon évben sikerült egy
újabb, a bárium kémiai tulajdonságaihoz hasonló, radioaktív elemet
felfedezni, és a báriumkloriddal történő együttkristályosítás
segítségével kipreparálni. Az új elemről, a rádiumról 1898. december
26-án számoltak be (Curie, P. et al., 1898b). (A bárium és a rádium a
periódusos rendszer 2. oszlopában helyezkednek el.)
Ezt a rövid, a folyóiratban kétoldalas dolgozatot,
amely nemcsak a rádium felfedezését írja le, hanem a rádium és
polónium tulajdonságait is összehasonlítva, az utóbbi néhány fontos
jellemzőjét is megadja, teljes terjedelemében bemutatom. (A fordítás
Kárpáti Szilvia munkája [Curie, P. et al., 1898/b])
•
Beszámoló egy új, erősen radioaktív anyagról, amely
az uraninitben*
található.
Comptes rendus de l'Académie des Sciences. 127,
1215–1217. (1898)
„Ketten közülünk kimutatták, hogy tisztán kémiai eljárásokkal ki lehet
vonni az uraninitből egy erősen radioaktív anyagot. Ez az anyag
analitikai tulajdonságait tekintve a bizmutra hasonlít. Véleményünk
szerint az uraninit egy új kémiai elemet tartalmaz, amelynek a
polónium elnevezést ajánlottuk.
További kutatásaink eredményei a korábbi
következtetéssel összhangban vannak; ugyanakkor ezen kutatások során
egy második erősen radioaktív anyagra leltünk, amely kémiai
tulajdonságait tekintve teljesen különbözik az elsőtől. A polónium
savas oldatból kénhidrogén hatására kicsapódik; sói oldhatóak
savakban, és víz hozzáadásával kiválnak; a polónium teljes mértékben
kicsapódik tömény ammóniaoldat hatására.
Az általunk felfedezett új radioaktív anyag kémiai
tulajdonságait tekintve a szinte teljesen tiszta báriumhoz hasonlít:
sem dihidrogén-szulfid, sem ammónium-szulfid, sem tömény ammóniaoldat
hatására nem válik ki; szulfátja vízben és savas oldatokban nem
oldódik; karbonátja vízben oldhatatlan; kloridja vízben kiválóan
oldódik, azonban tömény sósav és alkoholok nem oldják. Végül, ez az
anyag a bárium jól felismerhető spektrumát adja.
Úgy gondoljuk azonban, hogy ez az anyag, ami
nagyrészt báriumból áll, tartalmaz egy új elemet, amitől a
radioaktivitás származik, és ami kémiai szempontból nagyon hasonlít a
báriumra.
Az alábbiakban ismertetjük azokat a
megállapításokat, amelyek a fenti következtetéshez vezettek:
A bárium és vegyületei normális esetben nem
radioaktívak; ugyanakkor egyikünk megmutatta, hogy a radioaktivitás
valószínűleg egy atomi tulajdonság, amely megmarad az anyag minden
kémiai és fizikai formájában. Ezekből következik, hogy az anyagunk
radioaktivitása nem eredhet a báriumtól, és így egy másik elemtől
kell, hogy származzon.
Az első anyagok, amelyeket klór-hidrát formájában
kaptunk, a fémuránénál hatvanszor nagyobb radioaktivitást mutattak (a
radioaktivitás intenzitását a levegő vezetőképességének nagyságából
határoztuk meg egy kondenzátoros berendezésben). Ezeket a kloridokat
vízben feloldottuk, és egy részét alkohollal leválasztottuk. Az így
kicsapódott rész sokkal aktívabbnak mutatkozott, mint az oldatban
maradt rész. Ezt a módszert alkalmazva és a műveletet többször egymás
után elvégezve, egyre aktívabb kloridokat kaptunk. Az utolsó klorid
frakció, amit kaptunk, kilencszázszor aktívabbnak bizonyult, mint az
urán. Munkánkat a rendelkezésre álló anyagmennyiség korlátozta,
azonban feltételezhető, hogy amennyiben folytatni tudtuk volna a
műveletet, akkor még sokkal nagyobb aktivitást érhettünk volna el.
Ezen tények azzal magyarázhatóak, hogy jelen van egy radioaktív elem,
melynek kloridja kevésbé oldható alkoholos vízben, mint a báriumé.
M. Demarçay volt oly szíves és alaposan
tanulmányozta az anyagunk spektrumát, amiért sok köszönettel tartozunk
neki. Ennek részletes eredményeit egy, a miénket követő, külön
publikáció foglalja össze. M. Demarçay talált a
|