Zajrzałem więc na świetną stronę On This Day in Chemistry, aby zobaczyć czy na Boże Narodzenie przypada rocznica czegoś ciekawego w chemii i od razu wiedziałem, że pomyślany pierwotnie śmieszny obrazek, pasuje do tego wpisu idealnie.
26 grudnia roku 1898 francuski chemik Pierre Curie i jego żona, chemiczka Maria Curie-Skłodowska, ogłosili odkrycie nowego pierwiastka - Radu - rozpoczynając nową erę chemii i fizyki. Ich małżeństwo i odkrycia są znane, nawet w pewnym stopniu zmitologizowane z bardzo silnym przesunięciem punktu ciężkości na Marię - w efekcie mało kto wie że Piotr też dokonał paru ciekawych odkryć, które zresztą silnie wiązały się z tym najsłynniejszym, dlatego w swej historycznej dygresji poprowadzę wątek od nietypowej strony.
Minerał Turmalin znany był już od średniowiecza ze swej niezwykle zmiennej kolorystyki, zmieniającej się często także w obrębie jednej bryły, toteż chętnie wykonywano z niego drobne ozdoby, nie ceniąc go jednak szczególnie. Jedną z ciekawych cech jaka sprzykrzała się właścicielom kamienia, było to że bardzo chętnie kurzył się, a po podgrzaniu przyciągał pył i skrawki tkaniny podobnie jak bursztyn. Zjawisko to pojawiało się po zmianie temperatury kamienia. Dopiero w XIX wieku wykazano, że ogrzewany kryształ elektryzuje się, wytwarzając na dwóch końcach silne ładunki przeciwnego znaku. Zjawisko to nazwano piroelektrycznością.
Efektem tym zainteresował się francuski krystalograf i fizyk Jaques Curie, który wciągnął w badania młodszego brata, też fizyka, Piotra. Wykazali oni że powstawanie ładunku ma pewien związek z rozszerzalnością cieplną kryształów turmalinu - kryształ podczas ogrzewania rozszerza się, ale nie we wszystkich kierunkach lecz bardziej wzdłuż. Powoduje to zaburzenie symetrii jonów w sieci krystalicznej, przez punkt ciężkości jonów dodatnich przestaje się pokrywać z punktem ciężkości jonów ujemnych. To zaburzenie symetrii polaryzuje kryształ. Jak też wykazali, istnieje efekt odwrotny - odkształcenie kryształu w polu elektrycznym.
Bracia oczywiście zastanowili się, czy podobny efekt można wywołać mechanicznie, i rzeczywiście, ściskany kryształ także elektryzował się po dwóch stronach. Ponieważ jednak istniała grupa kryształów elektryzujących się po ściśnięciu ale nie po ogrzaniu, stwierdzili że musi być to osobne zjawisko, nazwane przez nich piezoelektrycznością.
Aby móc dokładnie badać oba zjawiska zbudowali bardzo czuły elektrometr piezoelektryczny, pozwalający precyzyjnie i ilościowo mierzyć zmiany elektryzacji.
Piotr Curie zajął się w późniejszej pracy tajnikami magnetyzmu. Badając powiązanie między namagnesowaniem ciała a jego temperaturą, odkrył prostą zależność, nazwaną potem Prawem Curie, stwierdzającą że namagnesowanie paramagnetyka spada wraz ze wzrostem temperatury. We wzorze określającym prawo znaleźć musiał się specyficzny dla danego ciała współczynnik, nazwany potem stałą Curie. Temperatura w której namagnesowanie spada do zera i magnes przestaje być magnesem, została dla konsekwencji nazwana temperaturą Curie.
Tak więc wkład w naukę miał Piotr już ogromny i właśnie kończył doktorat, gdy znajomy przedstawił mu inteligentną i urodziwą Marię Salomeę Skłodowską, emigrantkę o wielkiej pasji do nauki. Zajmowała się w tym czasie badaniami nad własnościami magnetycznymi stali, ale narzekała na brak miejsca. Laboratorium Piotra było duże i dobrze wyposażone, z nim samym natomiast dało się dogadać. I tak Maria prowadziła swoje badania, Piotr swoje i z czasem zawiązało się pomiędzy nimi coś więcej niż tylko nić porozumienia.
Wreszcie gdy Piotr obronił doktorat i otrzymał profesurę, młodzi badacze ożenili się.
Piotr namawiał żonę na kontynuację pracy naukowej, na rozpoczęcie pracy doktorskiej. Musiała tylko znaleźć sobie jakiś ciekawy temat. Od czasu odkrycia promieni X na topie były podobne badania, dlatego mało opracowanie doniesienie Becquerela wydawało się doskonałym tematem.
Henri Becquerel zajmował się badaniem fluorescencji, to jest zjawiskiem świecenia się pewnych materiałów podczas naświetlenia światłem innego koloru. Gdy usłyszał o promieniach Roentgena zaczął zastanawiać się, czy promieni tych nie wydzielają oprócz światła także substancje fluoryzujące. Wziął kilka znanych mu minerałów fosforyzujących, kładł na kliszę fotograficzną obłożoną szczelnie grubym papierem i wystawiał na słońce. Pod wpływem słońca minerał powinien fluoryzować i jeśli wydzieli przy tym przenikliwe promienie X, to klisza mimo nieprzepuszczalnego dla światła papieru powinna się prześwietlić w miejscu położenia próbki.
Tak też działo się w przypadku pewnych soli uranu.
Niestety przypadek sprawił, że tak pięknie się rysująca koncepcja została podważona. Z powodu pochmurnej pogody odłożył do szuflady próbkę soli i kliszę. Po kilku dniach postanowił mimo wszystko spróbować naświetlania w chwilach gdy słońce przebijało się przez chmury, spodziewając się bardzo słabych obrazów. Tymczasem klisza została zaczerniona bardzo silnie, ale nie tam gdzie położył próbkę wystawiając na słońcu - lecz tam gdzie leżała ona na kliszy w szufladzie.
Początkowo myślał że wcześniej naświetlona próbka cały czas fosforyzowała w szufladzie, ale gdy porównał wyniki z solami uranu które nie fluoryzowały, musiał stwierdzić że promienie wydziela sam pierwiastek, bez konieczności uprzedniej obróbki. Najwyraźniej do wytworzenia niewidzialnych promieni nie potrzebna była lampa próżniowa.
Maria wzięła ten temat na warsztat i próbując zbadać wpływ tajemniczych promieni na materię, stwierdziła że wywołują one elektryzację. A ponieważ w laboratorium męża stał niezwykle precyzyjny przyrząd do badania tejże, szybko wykazała, że zdolność do jonizacji zależy od stężenia uranu w próbce. Mniej uranu, mniejsza jonizacja; więcej uranu, większa jonizacja. Aby potwierdzić teorię badała zależność dla różnych soli i minerałów i tu wykryła anomalię.
Zdolność do jonizacji blendy uranowej, była kilkakrotnie większa niż by to wynikało z ilości uranu. Posunęła się nawet do tego, ze zsyntetyzowała sztuczną postać minerału o takiej samej zawartości uranu jaj w naturalnym - i nadal promieniowanie minerału było większe.
Myśl, że w minerale ukrył się jakiś pierwiastek o silniejszej zdolności jonizującej była prosta ale w swej prostocie genialna. Oboje małżonkowie - bo Piotr też zaineresował się tematem - w optymistycznej naiwności sądzili ze pierwiastka musi być w minerale dużo, toteż rozkruszyli kilka bryłek i rozpuścili w kwasie, po czym zaczeli rozdzielać mieszaninę na składniki.
Oddzielili uran i w pozostałości stwierdzili silną aktywność frakcji zawierającej bizmut. Ponieważ sam bizmut nie był aktywny, poszukiwany pierwiastek misiał mieć podobne do niego właściwości. Zgłoszenie odkrycia zostało opublikowane w lipcu 1898 roku.
Jednak gdy badali pozostałości po wydzieleniu polonu, stwierdzili że jedna z frakcji także wykazuje dużą aktywność. Nie był to Polon, zatem w mieszaninie musiał kryć się kolejny pierwiastek. Badania spektroskopowe frakcji o właściwości Baru wykazały pojawienie się karminowej linii emisyjnej, której nie obserwowano u znanych pierwiastków. 26 grudnia małżonkowie zgłosili odkrycie nowego pierwiastka - nazwano go Radem.
Tak więc na odkrycie złożyło się kilka rozmaitych czynników.
A obrazek? Oto on:
