Marie Curie: Sus hallazgos desde una perspectiva físico-química
Todos conocemos y hemos oído hablar, de una de forma o de otra, de Marie Curie y de la radiactividad. De cómo sentó las bases de la tecnología de los Rayos X tan utilizados de hoy en día. Su legado hoy sigue vigente y se la recordará también por su empeño, su dedicación y su esfuerzo a lo largo de toda su vida, que no fue nada fácil, ni siquiera después de graduarse en Física y Matemáticas, cuando empezó sus investigaciones para obtener el Doctorado. Aun así, con todo lo que sabemos sobre ella y sobre su vida, ¿conocemos realmente qué hizo y cómo lo hizo? Me gustaría indagar un poco más, a nivel físico y químico, en los métodos que utilizó, junto a su marido, Pierre Curie, y en las conclusiones a las que llegó para identificar los dos elementos que descubrió: el Polonio y el Radio.
Contenido
Antecedentes
En 1896, Henri Becquerel ya había descubierto una nueva propiedad de la materia a la que llamó radiactividad, al introducir un compuesto de uranio y una placa fotográfica envuelta en papel, en un cajón completamente oscuro y comprobar que la placa quedaba impresionada por una radiación. Él, que esperaba hacer un estudio sobre la luminiscencia de algunos compuestos de uranio, (que es la capacidad de la materia de emitir una radiación después de una exposición a la luz solar) comprobó que ésta nueva radiación no necesitaba de exposición a la luz para producirse y que incluso después de un tiempo prolongado en aquel cajón oscuro, las sales de uranilo (VI) eran capaces de impresionar la placa fotográfica.
Ya en 1898, Marie Curie quiso medir con exactitud la intensidad de aquellos rayos descubiertos por Becquerel. Dado que el método fotográfico que se había utilizado no era suficientemente exacto, se le ocurrió utilizar otra propiedad de los rayos emitidos por las sales de uranio: la capacidad que tienen de ionizar el aire.
El galvanómetro piezoeléctrico: un instrumento esencial
Por aquel entonces, Pierre Curie había diseñado y fabricado un galvanómetro piezoeléctrico muy sensible, instrumento que podía medir intensidades de corrientes del orden de 10-11 Amperios.
El instrumento es algo complejo pero funciona así: se coloca la cantidad de material radiactivo sobre la placa inferior de la cámara y se carga el cuarzo piezoeléctrico (con una masa de 300 gramos suspendida en el platillo que estira el cristal). El interruptor se encuentra cerrado, con lo cual las dos armaduras del aparato se encuentran a tierra.
Para empezar a medir, se abre el interruptor y, al mismo tiempo, se pone en marcha el cronómetro.
La corriente de ionización en la cámara produce una disminución de la carga en ambas armaduras.
Los iones positivos que llegan a la placa inferior de la cámara neutralizan su carga negativa, pero ésta es sustituida inmediatamente por electrones provenientes de la batería. Simultáneamente los electrones que llegan a la placa positiva de la cámara van neutralizando las cargas positivas iniciales (que no pueden reponerse al estar aislada de tierra por la resistencia infinita del electrómetro) y su potencial se hace negativo; esto hace que se mueva la aguja del electrómetro en la dirección correspondiente (en el experimento de Curie lo que se desvía es el punto de luz reflejado sobre la regla translúcida). En este instante Marie aplica una leve fuerza hacia arriba para disminuir el peso que soporta el platillo del cuarzo piezoeléctrico. Esto disminuye las cargas de superficie del cristal y libera la carga positiva necesaria para compensar la que ha perdido la placa superior por efecto de la corriente de electrones de ionización, volviendo a 0 voltios la lectura del electrómetro. La importancia de mantener la lectura del voltímetro a cero es que así se asegura que la corriente que va desde la armadura positiva del cuarzo a la placa superior de la cámara es siempre constante y la tensión entre placas permanece igual a la de polarización suministrada por las pilas.
De ésta forma, Marie no medía la carga sino el peso necesario para compensar esta carga y el tiempo que necesitaba, de tal manera que el galvanómetro no oscilara. En una mano tenía el cronómetro y con la otra los pesos que añadía a la bascula piezoeléctrica, y a partir del cociente entre la carga y el tiempo obtendría la corriente y por tanto una medida de la actividad de los rayos uránidos. Pero ésto no fue todo.
El trabajo químico
El 17 de febrero de 1898 empezó el experimento con grandes cantidades de pechblenda (mineral de uranio) que dio una actividad dos veces y media más intensa que su equivalente en contenido de uranio. Un elemento desconocido se escondía en el interior de la pechblenda, y los Curie emprendieron la búsqueda de este nuevo elemento. El trabajo era arduo y tedioso, ya que para aislar el posible nuevo elemento tuvieron que tratar toneladas del mineral de uranio primero en una solución de ácido nítrico, realizando un análisis cualitativo de cationes hoy en día en desuso.
El proceso era el siguiente:
-La solución de pechblenda en ácido diluido se trataba con H2S gas, precipitando las impurezas de plomo, bismuto, cobre, arsénico y antimonio; quedaba en disolución el uranio y las trazas de Torio.
–Éste precipitado se volvía a redisolver con un reactivo (azufre en disolución de sulfuro de amoniaco) que hacía precipitar sulfuros de plomo, bismuto y cobre, separándolos del arsénico y antimonio.
-Por último se separaban con diferentes reactivos el plomo, el bismuto y el cobre, todo ésto a nivel de cantidades industriales. Se observó que la fracción separada que correspondía al bismuto mostraba gran reactividad, 400 veces mayor a la de una masa similar de uranio.
-Por fin, se separó la parte radiactiva del bismuto mediante la hidrólisis parcial de éstas sales por dilución en agua y precipitación de las sales básicas de bismuto puso de manifiesto que las de mayor actividad precipitaban primero. Los Curie dijeron:
creemos que la sustancia que hemos extraído de la pechblenda contiene un metal desconocido hasta ahora, similar al bismuto en sus propiedades analíticas. Si la existencia de éste nuevo metal se confirma, nos propondremos llamarle ‘Polonio’
Con razón afirmaban sobre el Polonio de poseer propiedades parecidas al Bismuto, ya que es el que le sigue en número atómico y se encuentra en el mismo período, a pesar de sus diferencias por pertenecer al grupo 16 y el segundo al grupo 15 de la tabla periódica.
Mientras seguían intentando obtener más cantidad de polonio, se toparon con otra sustancia también muy radiactiva pero completamente distinta a la primera, ya que no precipitaba con H2S, ni por sulfuro de amoniaco, ni amoniaco; su sulfato no era soluble en agua ni en ácidos, el carbonato era muy insoluble en agua y el cloruro aunque muy soluble en agua, era insoluble en ácido clorhídrico concentrado y en alcohol. Éstos cloruros que obtuvieron tenían una actividad igual a 900 veces la del uranio:
Varias razones nos conducen a creer que la nueva sustancia radiactiva contiene un nuevo elemento al que nos proponemos dar el nombre de ‘Radio’
Después de cuatro años de esfuerzo, Marie Curie consiguió obtener 0,1 g de radio puro a partir de una tonelada ‘pechblenda’ por los métodos antes descritos y en un laboratorio muy precario. Con ésta cantidad, por fin podría determinar su masa atómica relativa que resultó ser de 225,93 u (hoy en día, el valor calculado exactamente es de 226,0254 u). En el caso del polonio, no pudieron aislarlo, debido a que ese elemento tiene una vida media de 138 días. Por fin, quedaban demostrada la existencia de dos nuevos elementos y Marie podría acabar su estudio que la llevaría a la obtención del doctorado.
Las repercusiones de sus descubrimientos en la ciencia
Además, a raíz de éstos descubrimientos, Marie Curie planteó la hipótesis de que ésta radiación descubierta no era el resultado de una interacción de las moléculas, sino que provenía del propio átomo. Esta hipótesis fue un adelanto importante para refutar la antigua suposición de que los átomos son indivisibles. La radiactividad del radio era tan grande que no podía ser ignorada. Parecía contradecir el principio de la conservación de la energía y, por tanto, obligó a un replanteamiento de los fundamentos de la física. A nivel experimental, el descubrimiento del radio aportó a Ernest Rutherford las fuentes de radiactividad con las que comprobaron la estructura del átomo. Como resultado de los experimentos de Rutherford con radiación alfa (radiación que en realidad fue la que midió Marie con el galvanómetro) se sugirió un nuevo modelo en el cual el átomo poseía un núcleo o centro en el cual se concentra la masa y la carga positiva, y que en la zona extra nuclear se encuentran los electrones de carga negativa (modelo atómico de Rutherford).
En la medicina, la radiactividad del radio parecía ofrecer un medio con el que el cáncer podría ser atacado con éxito. Además se demostró el éxito que tuvieron los vehículos equipados con unidades móviles de radiografía, durante la primera guerra mundial, que ella misma condujo junto a su hija Irène, los petit Curie.
A la par de sus logros científicos, Marie Curie tuvo que superar muchos obstáculos que encontró durante toda su vida sólo por ser mujer, tanto en su Varsovia natal como en la que fue su nueva patria, París.
Bibliografía
- E. N. JENKINS. Radiactividad. Una ciencia en su contexto histórico y social. 1982.
- SÁNCHEZ RON, J.M. Marie Curie y su tiempo. 2000.
- CURIE, ÈVE. La vida heroica de Marie Curie, descubridora del radio.
Imágenes
- http://canalceo.com/marie-curie-y-su-afan-de-descubrimiento/
- http://franciscoucbalam.blogspot.com/2017/02/radiactividad.html
- https://hipertextual.com/2018/02/marie-curie-nobel-paul-langevin
- http://museovirtual.csic.es/csic75/laboratorios/lab1/lab1c.html
- https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Marie_Curie_-_Mobile_X-Ray-Unit.jpg
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