I. EL DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD
EN ESTE libro se reseña la historia de la radiactividad; su descubrimiento, hace menos de un siglo, fue el origen de un desarrollo científico extraordinario en el campo de la física y la química, y en particular en el conocimiento del átomo y la materia. Anteriormente a este descubrimiento y durante mucho tiempo, se dio escasa o ninguna importancia al conocimiento de la materia, a la forma en que está constituida y a sus componentes. El átomo significaba poco o nada aún a la mayoría de las personas que vivieron hace sólo 50 años. Demócrito, quien nació aproximadamente en el año 470 a.C., fue el primer hombre que pensó en el átomo. Conjeturó que la materia de la naturaleza debía de estar formada por partículas muy pequeñas, indivisibles e invisibles, a las que llamó "átomos" y que consideró indestructibles. Supuso que los átomos de cada elemento eran diferentes en tamaño y forma y que eran esas diferencias las que hacían que cada elemento tuviera diferentes propiedades. Esta manera de pensar, que ahora parece de gran actualidad, no trascendió en su época.
Los filósofos griegos no comprobaban experimentalmente sus teorías, sino que llegaban a sus conclusiones por razonamientos sistemáticos; y en parte fue debido a esto que los escritos de Demócrito desaparecieron y sólo quedaron fragmentos de ellos. Pero hubo otra razón por la que fue olvidado, y esa razón fue la teoría de Aristóteles sobre la materia. Aristóteles creía que la materia estaba formada por sustancias básicas llamadas "elementos": fuego, aire, tierra y agua, que, a diferencia de los átomos, sí se podían ver y se podían sentir por el tacto. Las ideas de Aristóteles tuvieron más peso que las de Demócrito y gobernaron el conocimiento sobre la materia por casi 2 000 años.
A mediados del siglo XVII un francés, Pierre Gassendi, pensó nuevamente
en los átomos. Las ideas de Aristóteles estaban tan afianzadas en la mente de
los escolásticos de esa época, que las obras de Gassendi no fueron publicadas
hasta después de su muerte, cuando ya no podían causarle daño. Posteriormente,
los grandes científicos europeos empezaron a creer cada vez más que toda la
materia estaba formada por átomos tan pequeños que resultaban invisibles.
Ya en la última década del siglo pasado se conocía el electrón, y el alemán Roentgen hacía experimentos con la luz fluorescente producida por los electrones. Construyó la pantalla fluorescente, una pieza de cartón pintada con cierto compuesto químico de bario, de alta fluorescencia. Un día Roentgen descubrió que la pantalla brillaba aun cuando los electrones en ese momento no podían llegar hasta ella. Se dio cuenta de que la fuente que tenía era el origen de otra nueva clase de rayos que penetraban el cartón; luego colgó una hoja de metal entre el tubo y la pantalla de metal y siguió observando fluorescencia, aunque menos intensa. Después metió su mano entre el tubo y la pantalla. Lo que vio debió de asustarlo sobremanera: en la pantalla se veía el esqueleto de una mano. Al mover su mano el esqueleto se movía. Roentgen estaba viendo el esqueleto de su mano en vida. Fue enorme el impacto que causó el descubrimiento de estos rayos, que él llamó X por desconocer de qué se trataban. No debe, pues, sorprendernos que en esa época mucha gente se dedicara a estudiarlos. Este descubrimiento nos acerca al propósito de nuestro libro, que es la radiactividad.
Iniciemos nuestra historia con dos personajes que serán el origen de nuestro relato sobre la radiactividad; éstos son Martin Heinrich Klaproth, científico alemán, y Joens Jakob Berzelius, químico sueco. El primero descubrió a fines del siglo XVIII el elemento uranio, y el segundo fue el descubridor del elemento tono, a principios del siglo XIX.
Klaproth separó en 1789 del mineral pechblenda el uranio, que es un polvo negro. A pesar de que desde entonces se encontró que sus propiedades químicas eran muy diferentes a las de los elementos conocidos, durante mucho tiempo se le consideró, sin embargo, como un elemento de poca importancia y se utilizaba en raras ocasiones.
En esa época Klaproth se impresionó profundamente con el descubrimiento del planeta Urano, por lo que bautizó el elemento recién descubierto por él con el nombre de uranio.
Mucho tiempo después, en 1818, Joens Jakob Berzelius descubrió el torio al separarlo de un mineral conocido actualmente como torita. Ni Klaproth ni Berzelius sospecharon que los elementos descubiertos por ellos llegarían a ser tan importantes en el desarrollo del conocimiento de la ciencia y mucho menos que emanaran radiaciones de ellos. Este descubrimiento fue realizado en el uranio por Antoine Henri Becquerel en 1896.
Este personaje de nuestra historia perteneció a una familia cuyos miembros se distinguieron en la investigación científica en los campos de la química y la física. Antoine Henri, hijo y nieto de dos científicos notables, nació en París en 1852; estudió en la Escuela Politécnica, donde después fue profesor.
En París, en 1896, Becquerel descubrió accidentalmente la existencia de unos rayos desconocidos que provenían de una sal de uranio. Notó que al poner en contacto el compuesto de uranio con una placa fotográfica envuelta en papel negro, se producía el mismo efecto que si la placa estuviera en presencia de los rayos X. Le pareció sorprendente que de las sales de uranio emanaran radiaciones que afectaban las placas fotográficas cuando éstas se encontraban protegidas de la luz.
Becquerel pronto se dio cuenta de que las radiaciones provenientes del compuesto de uranio no eran originadas por una reacción química, y que al aumentar la concentración del uranio en el compuesto químico se velaba más rápidamente la placa fotográfica que cuando la sal tenía menos uranio. Además, observó que el efecto producido no dependía de los otros elementos presentes en las sales de uranio. Todo esto lo hizo concluir que las emanaciones uránicas, como las llamó, eran independientes de la forma química en que se encontrara este elemento.
Era difícil para los científicos creer que emanaran radiaciones del uranio; pero esto fue sólo el principio: no sabían que todo se complicaría y que sería aún más difícil explicar los fenómenos que se seguirían descubriendo.
Así pues, transcurrieron 107 años entre el descubrimiento del uranio (por Klaproth, en 1789) y el hallazgo de que de este elemento emana radiaciones; a partir de entonces los nuevos descubrimientos se desarrollaron con mucha rapidez. Pero no nos adelantemos a los hechos y sigamos conociendo a los personajes de esta historia.
Cuando Becquerel publicó los resultados de sus investigaciones sobre los rayos provenientes del uranio, los esposos Pierre y Marie Curie, sus amigos, se interesaron mucho en este fenómeno tan misterioso. Madame Curie pensó que ese tema le sería útil para desarrollar su tesis doctoral, con que culminaría sus estudios en la Universidad.
Pierre Curie nació en París, Francia, en 1859. Fue hijo de un médico, Eugène Curie. El ambiente familiar en el que se crió le permitió desarrollar sus aptitudes de observación y de reflexión sobre los fenómenos naturales. La educación que recibió produjo sus frutos: fue bachiller a los 16 años, licenciado en física a los 18 y a los 19 ayudante de laboratorio del profesor Desains en la Universidad de la Sorbona en París. Con la ayuda económica que le proporcionaba su modesto sueldo, pudo dedicarse a la investigación científica, que tanto le interesaba. Su hermano Jacques, quien también era físico, pronto anunció el descubrimiento, que ambos hicieron, del fenómeno de la "piezoelectricidad", que permitía medir con precisión pequeñas cantidades de electricidad. Este fenómeno sería de gran utilidad en sus trabajos posteriores sobre la radiactividad. Posteriormente, dejó la Sorbona para trabajar como jefe de laboratorio en la Escuela de Física y Química de la ciudad de París. Allí continuó sus investigaciones, de gran importancia; entre otras cosas, descubrió lo que ahora se conoce como la ley de Curie sobre el magnetismo.
A pesar del gran entusiasmo con que Pierre Curie realizó sus investigaciones, durante mucho tiempo no mostró interés alguno por obtener títulos ni honores. No presentó su tesis doctoral, basada en sus investigaciones sobre el magnetismo, hasta que cumplió 36 años, y eso sólo por la insistencia de su padre.
Pierre Curie conoció en París a Manya Sklodowska, quien en ese entonces estudiaba
en la Sorbona, y poco tiempo después sería conocida en todo el mundo como Madame
Marie Curie. (Fig. 1.)
Figura 1. Pierre y Marie Curie acompañados por su hija Irène y por el padre de Pierre, el Dr. Eugène Curie.
Manya Sklodowska nació en un antiguo barrio de Varsovia, Polonia, en 1867. Su madre había sido directora de una escuela para señoritas, y su padre profesor de física y matemáticas. Manya fue una niña muy precoz, en la escuela siempre fue la más pequeña de su grupo y además la que obtenía siempre el primer lugar. La opresión zarista la condujo, como a muchos de sus compatriotas, a participar en una organización revolucionaria de estudiantes. Después de muchas vicisitudes y cambios en su vida, decidió seguir su vocación científica; así, se trasladó a París para ingresar en la Facultad de Ciencias de la Universidad de la Sorbona. Con muchas privaciones obtuvo su licenciatura en ciencias físicas y un año después en ciencias matemáticas. Fue en ese tiempo cuando Pierre Curie y ella se conocieron, y en el verano de 1895 contrajeron matrimonio.
Mientras Pierre Curie continuaba con sus proyectos de investigación, Marie Curie empezaba a estudiar la radiactividad natural en diversos compuestos. Le interesaba investigar la posible existencia de otro elemento radiactivo en la naturaleza, y lo encontró: el torio. Las propiedades de este elemento fueron descubiertas simultáneamente por el alemán Gerhard Schmidt.
Marie presentó un informe en el que hacía constar que todos los compuestos de uranio y torio que había examinado emitían radiaciones. Los esposos Curie se dieron cuenta pronto de la importancia de estos experimentos y decidieron unir sus esfuerzos para investigar el fenómeno que producía las emanaciones de radiaciones de elementos como el uranio y el torio.
Todos los estudios que realizó Madame Curie sobre estas radiaciones le permitieron obtener su doctorado en ciencias físicas en la Universidad de la Sorbona.
Los esposos Curie buscaron radiaciones ya no en los elementos puros, sino en los minerales de uranio en que este elemento está mezclado con otros metales y minerales. Por algún tiempo midieron la intensidad de las radiaciones emitidas por los minerales de uranio. Algunas muestras emitían radiaciones con una mayor intensidad que los compuestos de uranio puros. Sabían que el uranio era sólo parte del mineral que estaban estudiando y que el material estaba formado también por otros elementos. Existía, pues, sólo una posibilidad: entre los materiales del mineral existía una sustancia que emitía radiaciones con una intensidad mayor que el uranio.
Al iniciar sus estudios de un mineral de uranio llamado "pechblenda", Pierre y Madame Curie se dieron cuenta de que las radiaciones emitidas por este mineral eran más intensas que las que habían observado en los compuestos puros de uranio. Así pues, Madame Curie empezó a separar por procesos químicos todos los elementos. En cada paso del proceso de eliminación su muestra se volvía más pequeña, pero se daba cuenta que la intensidad de la radiación emanada era mayor, quedando un producto cuyas radiaciones eran cientos de veces más intensas que las que emitía el uranio; se dio cuenta, además, de que las radiaciones emitidas eran capaces de atravesar el papel, la madera y hasta placas de metal.
Este producto contenía un elemento químico desconocido hasta entonces, que los Curie identificaron a mediados de 1898 y llamaron polonio, en honor de la patria de Marie.
Una vez separado el polonio de los residuos del mineral, éstos seguían emitiendo radiaciones, por lo cual los esposos Curie concluyeron que debían de contener aún otro elemento diferente al polonio y al uranio, pero con la misma propiedad de emitir radiaciones. Siguieron separando de estos residuos las fracciones de material que no despedían radiaciones de aquellas que sí lo hacían. Finalmente llegaron a encontrar, en el mismo año, el elemento desconocido que era la fuente de las radiaciones misteriosas, y lo denóminaron radio.
A la propiedad que poseen el radio y otros elementos inestables de emitir radiaciones espontáneamente al desintegrarse Marie Curie le dio el nombre de radiactividad.
La cantidad del compuesto de radio obtenido era tan pequeña y, además, tan impura, que no se podían determinar sus propiedades; ni siquiera pudieron encontrar su peso atómico. La única manera de resolver ese problema era purificar y concentrar una cantidad considerablemente mayor que la que tenían de ese nuevo elemento. Para llevar a cabo este proyecto era necesario partir de una gran cantidad del mineral de pechblenda, que era su materia prima, tarea gigantesca que daría lugar a un sinnúmero de problemas tanto prácticos como teóricos.
Pierre y Marie Curie consiguieron una tonelada de desechos de mineral de pechblenda. Esos desechos ya no tenían uranio, el cual se había eliminado previamente; pero allí se encontraba el radio todavía, y los esposos Curie iniciaron los trabajos para obtenerlo en la forma más pura posible. La extracción del nuevo elemento a partir del mineral era muy compleja y parecía más bien una labor industrial que de laboratorio científico. Para llevarla a cabo se requería un local muy grande, equipado adecuadamente y con personal altamente especializado. Pero no contaban con ninguno de estos requisitos, y se lanzaron solos a esta hazaña en un cobertizo desprovisto de comodidades, que les había proporcionado el director de la Escuela de Física y Química de la ciudad de París. La mayor parte del trabajo químico experimental fue realizado por Marie, ya que su esposo dedicaba más tiempo a la parte teórica del trabajo y a la enseñanza. Marie efectuaba manipulaciones muy pesadas y en ocasiones manejaba hasta 20 kilogramos de materia prima.
Después de reducir la tonelada del desecho del mineral a unas cuantas fracciones de gramo, encontraron que éstas emitían cientos de miles de veces más radiaciones que el uranio puro, y que la intensidad del radio era tal que se veía su suave resplandor en la oscuridad. Los esposos Curie descubrieron, además, que la muestra resplandeciente se mantenía a una temperatura ligeramente mayor que la del laboratorio.
Finalmente, lograron extraer un compuesto de radio de una tonelada de residuos de pechblenda. El proceso fue tan laborioso que se tardaron años en obtener una cantidad suficiente del elemento para determinar su peso atómico y otras propiedades.
Como consecuencia de estos descubrimientos Pierre Curie fue invitado a Inglaterra a dar una conferencia sobre el radio, y también fueron condecorados él y su esposa, en Inglaterra, con la medalla "Davy". En 1903, Pierre y Marie compartieron el premio Nobel de Física con su amigo Henri Becquerel.
Pero después, en 1906, murió Pierre Curie en un accidente, y la humanidad perdió así a uno de sus más grandes científicos. Madame Curie, con el tesón que la caracterizaba, continuó sus investigaciones y tomó el lugar que había dejado su esposo. Desde el mismo año en que murió su esposo enseñó las materias que él daba, mereciendo con ello el honor de ser la primera mujer que impartía cátedra en la Sorbona. Recopiló todos los trabajos realizados hasta entonces, y en 1910 publicó su famosa obra: Tratado de la radiactividad. Logró aislar el radio en su estado más puro; fue un trabajo que requirió mucho esfuerzo y habilidad, en virtud de las dificultades inherentes en el proceso. Por este trabajo, Marie Curie recibió su segundo premio Nobel, en esta ocasión el de Química.
Madame Curie luchó con ahínco para tener un laboratorio que respondiera a las necesidades de sus investigaciones: en 1914 se terminó la construcción del Instituto del Radio, pero en ese mismo año estalló la primera Guerra Mundial, y su inauguración tuvo que esperar hasta el final de ésta. En este laboratorio se hicieron trabajos de gran prestigio.
Marie siguió trabajando hasta el final de su vida con tesón y entusiasmo, a pesar de que sus problemas de salud eran cada vez más graves; ya durante la primavera de 1934 no le fue posible asistir al laboratorio, y murió a mediados de ese mismo año. Sus parientes, amigos y compañeros de trabajo la acompañaron hasta su última morada, junto a la tumba de Pierre, en el cementerio de Sceaux.
