4 Jul 2020 - 5:24 p. m.

Así descubrió Marie Curie la radiactividad

El 4 de julio de 1934 murió esta científica polaca, la única mujer que ha ganado dos premios Nobel, el de Física y el de Química. Fragmento de la biografía recién publicada por la escritora española Adela Muñoz Páez, en Colombia bajo el sello editorial Debate.

Especial para El Espectador *

Marie Curie, a la derecha, junto a su hija Irene, en su laboratorio en París Francia, el 20 de abril de 1927. / AP
Marie Curie, a la derecha, junto a su hija Irene, en su laboratorio en París Francia, el 20 de abril de 1927. / AP

Una vez elegido el tema de la tesis, Marie no perdió el tiempo: la primera anotación en los diarios de laboratorio es del día 16 de diciembre de 1897, justo tres meses después del nacimiento de su hija Irene. A diferencia de Becquerel, que se preguntó de entrada cuál era el origen de los rayos uránicos, Marie intentó responder a preguntas menos ambiciosas como cuál era su magnitud y qué sustancias los emitían.

Por los experimentos de Becquerel, ella sabía que los rayos impresionaban películas fotográficas, pero ese era un método de análisis lento y poco exacto que no permitiría contestar de forma precisa a ambas cuestiones Ella quería medir la intensidad de los rayos uránicos para poder comparar la radiación emitida por las distintas sustancias. Por los estudios realizados por Becquerel y Lord Kelvin, sabía que los rayos tenían la capacidad de ionizar el aire, es decir, de convertirlo en un conductor de la electricidad. Si encontraba un dispositivo lo suficientemente sensible para medir las pequeñas corrientes eléctricas generadas en el aire ionizado, podría cuantificar los rayos. Así que sus esfuerzos se centraron en encontrar un método de detección de corrientes eléctricas.

El electroscopio empleado por Becquerel no se había mostrado muy útil en esta tarea, por lo que buscó dispositivos más precisos. El que le pareció más apropiado fue el electrómetro de cuadrantes que había empleado Lord Kelvin en su estudio de los rayos uránicos. Pero las medidas resultantes tampoco le parecieron suficientemente precisas, por lo que Pierre (su esposo y también científico ganador del Nobel de Física junto a Marie en 1903) y ella decidieron combinar este dispositivo con la balanza de cuarzo piezoeléctrico construida por él y su hermano y empleada en los experimentos de la tesis doctoral de este último.

Diseñaron y construyeron un dispositivo que contaba además con una cámara de ionización conectada a una batería. En las primeras semanas tras su incorporación al laboratorio, las anotaciones de Pierre se mezclan con las de ella porque ambos estaban poniendo a punto el dispositivo de medida. El aparato que permitió descubrir la radiactividad fue construido con material de desecho de los talleres de la EPCI, en París. Por ejemplo, la cámara de ionización del primer prototipo fue una lata de conserva reciclada. Veamos cómo funcionaba.

Los rayos emitidos por los compuestos de uranio ionizaban el aire, es decir, formaban iones, y cuando se aplicaba una diferencia de potencial a las caras opuestas de la cámara de ionización que contenía los compuestos, los iones producían una corriente eléctrica Esta cargaba el electrómetro desviando de su posición central una aguja que llevaba un pequeño espejo que se veía con ayuda de un haz de luz que se reflejaba en el espejo e incidía en una escala graduada. Marie compensaba la carga del electrómetro con un cuarzo piezoeléctrico que ella hacía que se deformara para que produjera una corriente opuesta a la generada por los rayos, hasta conseguir que la aguja volviera a su posición inicial.

Conseguía deformar el cristal de cuarzo poniendo en la balanza conectada al mismo masas que podían llegar a pesar varios kilogramos Determinaba la actividad de cada sustancia midiendo con un cronómetro el tiempo que tardaba en producir “saturación”, es decir, cuando no se transmitía más carga a través del aire. Tenía que hacer todo esto, cronometrar el tiempo y añadir masas, sin dejar de mirar por el visor para comprobar la posición en la que la luz incidía sobre la escala graduada. De esta forma se podía decir que Marie “pesaba” los rayos emitidos.

Tras haber puesto a punto y comprobado la precisión del primer prototipo, Marie confirmó lo que ya había deducido Becquerel: que los rayos eran una propiedad intrínseca del uranio, que no dependía de su estado de agregación —sólido, líquido o gas— ni del tipo de compuestos que formara. También confirmó la observación de Becquerel de que la intensidad de los rayos era proporcional a la cantidad de uranio presente en las muestras, por lo que la mayor actividad la presentaban muestras de uranio puro.

A continuación se planteó investigar si había otras sustancias que emitían los rayos, porque pensaba que era muy improbable que la radiactividad, considerada como una propiedad atómica, fuera exclusiva de un único tipo de sustancias y excluyera todas las demás. Empezó midiendo todos los elementos puros, así como las aleaciones que había en el laboratorio de química de la EPCI, tras lo cual decidió ampliar su estudio a todos los minerales del Museo de Historia Natural de París, que le suministró el geólogo encargado de la colección, Alfred Lacroix.

Esta fue una de las intuiciones más geniales de Marie: al no limitarse al estudio de compuestos sintetizados en el laboratorio, cuya composición química era ya conocida, pudo descubrir nuevos cuerpos que emitían rayos uránicos. El primer resultado sorprendente que obtuvo fue que los rayos de Becquerel no eran una propiedad exclusiva del uranio y sus sales, sino que también la presentaban los compuestos de otro elemento químico: el torio.

Marie envió estos primeros resultados a la Academia de Ciencias francesa en una comunicación que presentó en su nombre el profesor Lippmann el 12 de abril de 1898, de la cual ella era la única autora Poco después se enteró de que el científico alemán Gerhard Carl Schmidt había descubierto de forma simultánea que el torio también emitía rayos y que el mérito de este descubrimiento se le atribuiría a él porque lo había publicado un par de meses antes que ella Marie perdió interés por la radiactividad del torio, como antes S. P. Thompson lo había perdido por los rayos uránicos, y tomó conciencia de la importancia de publicar rápidamente sus descubrimientos.

No obstante, el resultado más sorprendente que había obtenido en estos primeros experimentos no fue el presentado por Lippmann en la Academia, sino el que anotó por primera vez en su diario de laboratorio el 17 de febrero de 1898: dos de los minerales de uranio que había estudiado, la chalcolita y la pechblenda, eran mucho más activos que el uranio puro. Ello parecía contradecir las observaciones tanto de Becquerel como las suyas de que la actividad era proporcional a la cantidad de uranio.

En los días posteriores a este descubrimiento, las anotaciones se multiplicaron en los cuadernos de Marie porque repitió los experimentos y revisó el funcionamiento y la precisión de sus aparatos de medida. Comprobó que todos los instrumentos funcionaban a la perfección y que sus medidas eran correctas. Entonces sintetizó sulfato de cobre y uranilo, el principal componente de la chalcolita, a partir de compuestos químicamente puros y midió su actividad: era la que cabía esperar teniendo en cuenta su contenido en uranio.

Para Marie la única explicación posible para la gran actividad de la chalcolita y la pechblenda era que contenían “algo” nuevo y desconocido, ausente en el compuesto que había sintetizado. Tras obtener este resultado contó con un colaborador de excepción, Pierre: “Al formular hipótesis sobre las razones para ello, solo se me ocurrió una explicación: aquellos minerales debían de contener alguna sustancia desconocida muy activa. Mi marido estuvo de acuerdo, así que le apremié a que buscáramos juntos la hipotética sustancia, ya que si sumábamos esfuerzos obtendríamos resultados antes”.

Pierre había desempeñado un papel fundamental en el diseño y la construcción de la balanza de cuarzo piezoeléctrica y discutía con Marie todos los resultados que ella iba obteniendo, pero había seguido estudiando la simetría de los cristales. Sin embargo, el día 18 de febrero de 1898, un día después de que Marie hubiera anotado el anormal resultado sobre la actividad de la chalcolita y la pechblenda, él también comenzó a anotar resultados en el diario de laboratorio de su mujer, porque había decidido abandonar sus propios estudios para trabajar con ella.

Ambos pensaban que la colaboración sería temporal. A pesar de lo escuetos que son, el estudio de los diarios de laboratorio, llamados “del descubrimiento”, es muy interesante. Una de las mejores transcripciones la hizo su hija Irene, que entendía perfectamente la forma de anotar de su madre, dado que trabajaron juntas en el laboratorio durante años. De su análisis se deduce que Marie y Pierre trabajaban en equipo, pero no se puede decir qué experimentos hacía cada uno en la época de mayor actividad porque los dos hacían de todo.

Estos cuadernos son una prueba palpable del ambiente tan nocivo en el que trabajó el matrimonio, porque siguen siendo hoy tan radiactivos que no se pueden manejar sin protección. Además de su talento para la experimentación en química y física, Marie demostró tener un gran talento para la escritura en general, y para la redacción de artículos científicos en particular. Los que redactó son un modelo de concisión, precisión y claridad, las virtudes más importantes en la literatura científica.

Con objeto de identificar las causas de la extraordinaria actividad de la pechblenda, Marie y Pierre tenían que procesarla de una forma diferente a como se había hecho hasta entonces: en lugar de buscar el uranio, debían buscar sustancias nuevas de las cuales solo había indicios de su existencia por los rayos que emitían. La pechblenda es un mineral natural que, además de óxidos de uranio, tiene muchos otros elementos en pequeñas proporciones, treinta teniendo en cuenta solo los conocidos entonces.

Para realizar la separación química, solicitaron la ayuda de Gustave Bémont, profesor encargado del laboratorio de química en la Escuela de Física y Química, que los instruyó en el método clásico de identificación y separación de cationes a través del análisis cualitativo por vía húmeda. Este método, que había sido desarrollado por el químico alemán Fresenius sesenta años antes, era el empleado en todos los laboratorios químicos en esa época. Pero, como hemos indicado anteriormente, este no fue el primer encuentro de Marie con la química, ciencia que ella había estudiado en el Museo de Industria y Agricultura de Varsovia bajo la supervisión de Napoleón Milicer.

Durante el proceso de identificación y aislamiento de los nuevos elementos, Marie fue mucho más lejos que su tutor Milicer y su colaborador Bémont y desarrolló una técnica de análisis nueva: la radioquímica. Esta consiste en combinar el método clásico de análisis químico con el novedoso método físico de medir en cada fracción de sólido o de líquido la intensidad de los rayos emitidos para seguirle la pista a los elementos que los emiten.

De entrada, Marie, Pierre y Bémont pusieron a punto el método químico clásico de separación de cationes, consistente en atacar el sólido con ácidos y luego precipitar los sulfatos, sulfuros, hidróxidos y cloruros Partiendo de la pechblenda, que era tres veces más activa que el uranio, averiguaron qué fracciones contenían el nuevo elemento midiendo la intensidad de los rayos emitidos y obtuvieron una sustancia diecisiete veces más activa.

Repitiendo numerosas veces el ciclo de separación química llegaron a obtener una sustancia cuya actividad era cuatrocientas veces superior a la del uranio. A partir de esos resultados enviaron una comunicación con su hipótesis más atrevida firmada por Marie y Pierre Curie, que fue presentada ante la Academia de Ciencias francesa el 18 de julio de 1898 por Henri Becquerel. En su título aparecía una palabra nueva que había sido acunada por Marie, “radio-actividad”, vocablo de raíz latina que significa “que emite rayos”. En la comunicación afirmaban que de la extraordinaria actividad mostrada por la chalcolita y la pechblenda deducían que contenían un nuevo elemento mucho más activo que el uranio y para el que proponían el nombre de “Polonio en memoria del país de uno de nosotros”.

* Se publica por cortesía de Penguin Random House Grupo Editorial.

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