I. EL DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD NATURAL

MELANIA JIM�NEZ-REYES SILVIA BULBULIAN URANIA, MUSA DE LA ASTRONOM�A

EL URANIO, el elemento qu�mico que ocupa la casilla 92 de la Tabla Peri�dica, fue descubierto en 1789 por el qu�mico alem�n Maarten Heinrich Klaproth (1743-1814) quien, por cierto, tambi�n fue el primero en aislar el titanio. Los estudios que Klaproth realiz� con el polvo negro obtenido a partir de la pechblenda [la pechblenda es un �xido natural del uranio, m�s adelante se ofrece una explicaci�n m�s amplia sobre esta substancia] demostraron que se trataba de un nuevo elemento cuyas propiedades eran muy diferentes a las de los ya conocidos. Klaproth llam� a ese elemento uranio, inspir�ndose en el nombre del planeta descubierto poco antes. En efecto, el hallazgo del planeta Urano, realizado en 1781 por el angloalem�n John Frederick William Herschel, caus� gran repercusi�n en el mundo entero porque desde la antig�edad se hab�a considerado a Saturno como el planeta m�s alejado del Sol: tiempo despu�s se descubrir�an tambi�n Neptuno y Plut�n. Herschel se inspir� para elegir el nombre del planeta que hab�a descubierto en Urania, la musa de la astronom�a y de la geograf�a.

Desde su descubrimiento y hasta finales del siglo XIX, el uranio fue considerado como un elemento m�s y sus aplicaciones se reduc�an a la coloraci�n de vidrios y cer�micas, lo que ahora parece insensato debido a sus propiedades radiactivas. Despu�s del descubrimiento del radio, los minerales de Uranio se utilizaron como fuente para extraerlo. No fue sino hasta 1939, fecha del descubrimiento de la fisi�n nuclear, cuando el uranio, por s� mismo, atrajo el inter�s del mundo.

LOS RAYOS X

A principios del siglo XIX, Faraday y Davy observaron un brillo intenso en los tubos de descarga, cuando pasaba por ellos la electricidad. Los tubos de vidrio que idearon despu�s, Crookes en Inglaterra y Hittorf en Alemania, en los cuales se lograba un vac�o casi perfecto, permitieron comprobar que esas descargas el�ctricas se originan en el c�todo y se dirigen hacia el �nodo. Por tal motivo esos rayos fueron denominados cat�dicos y una de sus caracter�sticas es que son f�cilmente absorbidos por el aire.

Quien conociera a Wilhelm Konrad Roentgen (1845-1923) cuando ten�a 23 a�os, jam�s hubiera pensado que llegar�a a ser un personaje tan importante en la historia de la ciencia. Lo hab�an expulsado de la Escuela T�cnica de Utrecht, Alemania, por haberse burlado de un maestro y como secuela se le hab�a negado el ingreso a la Universidad local. En 1868 logr� ingresar a la Escuela Polit�cnica de Zurich, Suiza, pero all� no se distingui� por sus estudios sino por su participaci�n en un sinf�n de actividades sociales y deportivas. Un a�o despu�s uno de sus profesores logr� despertar en �l su verdadera vocaci�n: la f�sica, en la que volc� desde entonces toda su energ�a.

A�os m�s tarde, siendo Roetgen profesor y director del Instituto de F�sica de la Universidad de Wurzburgo, Alemania, decidi� participar en la b�squeda de nuevas propiedades de rayos cat�dicos. Durante el curso de sus investigaciones observ� que una pantalla recubierta con platino-cianuro de bario [la f�rmula qu�mica de este compuesto es la siguiente: Ba Pt(CN)₄ 4H₂O] brillaba con luz propia cuando se encontraba a cierta distancia del tubo de rayos cat�dicos. Se dio cuenta de que la radiaci�n que sal�a del tubo era diferente a los rayos cat�dicos, porque pod�a atravesar el aire, y porque al ser absorbida por algunas substancias, �stas las volv�an a irradiar en forma de luz visible. Roentgen realiz� estos experimentos a finales de 1895 y llam� Rayos X a dichas radiaciones, por ser hasta entonces desconocidas. A partir de ese momento, el f�sico alem�n dedic� su tiempo al estudio de las propiedades de los rayos X, que tantas aplicaciones han encontrado. En 1901, Wilhelm Konrad Roentgen fue galardonado con el primer premio Nobel de f�sica.

LA FAMILIA BECQUEREL

Es curioso comprobar que los descendientes de una misma familia puedan distinguirse en una rama del saber. En la m�sica, el caso de los Bach es el m�s citado, pero en las ciencias existe el caso de los Curie, el de los Friedel o el de los Becquerel. Quiz�s, como es el caso de los descubrimientos "casuales", el �xito de estas dinast�as se deba a un patrimonio cultural y a un momento hist�rico, pero preferimos que el lector saque sus propias conclusiones present�ndole la historia de los Becquerel.

Antoine C�sar Becquerel naci� en 1788 en Chatillon sur Loing, Francia. En la Escuela Polit�cnica obtuvo el t�tulo de ingeniero y despu�s de un activo servicio en el ej�rcito, se dedic� al estudio de la mineralog�a, la electricidad, la electroqu�mica y la bioqu�mica. Desde 1837 hasta poco antes de su muerte en 1878, fue profesor de F�sica en el Museo de Historia Natural de Par�s. La variedad de temas que le interesaron se ilustra con los t�tulos de sus publicaciones: Tratado de electricidad y magnetismo (1834 -1840), Tratado de F�sica y su relaci�n con la qu�mica (1842), Elementos de electroqu�mica (1843), Tratado completo del magnetismo (1845), Elementos de F�sica terrestre y de meteorolog�a (1847) y Los climas y la influencia que ejercen los suelos boscosos y sin bosques (1853). Por sus valiosos trabajos, mereci� en 1875 la medalla Copley, de la Sociedad Real de Inglaterra y se le considera como uno de los fundadores de la electroqu�mica porque fue el primero en utilizar el proceso electrol�tico [un proceso electr�nico es el que se lleva a cabo cuando se hace pasar una corriente el�ctrica a trav�s de algunas substancias conductoras (electrolitos)] para separar el metal del mineral. Antoine C�sar Becquerel tambi�n invent� una aguja termoel�ctrica [consiste en un dispositivo que aprovecha la diferencia de la temperatura entre dos puntos de un material met�lico para producir una corriente el�ctrica] que mide la temperatura interna de los cuerpos.

A su muerte, el puesto que ocupaba en el Museo de Historia Natural qued� en manos de su hijo Alexandre Edmond, quien hab�a sido su compa�ero inseparable y su asistente. Alexandre naci� en 1820 en Par�s, Francia; en 1849 fue profesor del Instituto de Agronom�a de Versalles y desde 1853 del Conservatorio de Artes y Oficios. El segundo cient�fico de la familia Becquerel se interes� en el estudio de la luz, investig� el efecto fotoel�ctrico [se conoce como efecto fotoel�ctrico a la emisi�n de electrones en un material que ha sido irradiado, por ejemplo, con un haz de luz] y las caracter�sticas espectrosc�picas [estas son las que se refieren a la emisi�n o absorci�n de las radiaciones por la materia] de la luz solar y de la luz el�ctrica, as� como el fen�meno de la fosforescencia, propiedad que tienen algunas substancias de emitir luz propia en la obscuridad despu�s de haber sido expuesta una fuente de luz y el material expuesto a ella, as� como observar los efectos resultantes.

En 1867-1868 public� su libro en dos vol�menes: Luz, sus causas y efectos. Tambi�n investig� las propiedades magn�ticas [las propiedades magn�ticas son las que se refieren a la forma en la que los campos de fuerza magn�tica afectan las diferentes substancias] y paramagn�ticas [las propiedades paramagn�ticas son propiedades magn�ticas que se deben al spin (giro) del electr�n a los materiales que contienen electrones no apareados. Su medida suministra informaci�n sobre los enlaces qu�micos] de las substancias y los fen�menos de la descomposici�n electroqu�mica y propuso una modificaci�n a la Ley de Faraday [Michael Faraday (1791 - 1867) dedujo que un proceso electrol�tico, la cantidad de cambio qu�mico que se produce depende de la carga el�ctrica aplicada y de la masa y de la carga del ion involucrado], tendiente a explicar algunos casos excepcionales.

Antoine Henri, hijo de Alexandre, fue el tercer miembro de la familia que hizo historia por sus brillantes descubrimientos. Naci� en Par�s, el 15 de diciembre de 1853, y llev� a buen t�rmino sus estudios, al igual que su abuelo y su padre, en la Escuela Polit�cnica. En 1875 inici� su actividad profesional en el Departamento de Puentes y Caminos, del que lleg� a ser jefe de ingenieros en 1894. Dos a�os antes, cuando su padre muri�, Antoine hab�a ocupado la plaza de profesor de f�sica en el Museo de Historia Natural de Par�s. A Antoine le interes� el magnetismo, la polarizaci�n la [polarizaci�n es la propiedad que presenta un rayo luminoso, despu�s de sufrir la reflexi�n o la refracci�n, de producir vibraciones localizadas desigualmente en las cercan�as del haz] de la luz, la fosforescencia y la absorci�n de la luz en los cristales, y fueron los experimentos realizados en estos �ltimos campos los que lo llevaron al descubrimiento de la radiactividad natural. Muri� en Croisic, Francia, el 25 de agosto de 1908, despu�s de haber recibido numerosos y muy merecidos honores, entre ellos el premio Nobel de f�sica en 1903, compartido con los esposos Curie.

Jean, hijo de Antoine Henri, egres� de la misma escuela que sus antecesores y despu�s imparti� f�sica en la misma instituci�n. Prosigui� algunos de los trabajos de su padre y tambi�n realiz� investigaciones sobre las propiedades �pticas y magn�ticas de los cristales a muy bajas temperaturas. Descubri� la polarizaci�n circular, que consiste en que el plano de polarizaci�n gira uniformemente en torno al eje, a medida que avanza el rayo, y public� varios art�culos sobre la relatividad y las transmutaciones de los elementos.

LOS EXPERIMENTOS DE A. H. BECQUEREL

Antoine continu� los estudios que hab�a iniciado junto con su padre sobre el fen�meno de la fosforescencia en el sulfato doble de uranio y potasio Su experimento fue sencillo: expuso a la luz del Sol una muestra de esta sal de uranio colocada sobre una placa fotogr�fica [una placa fotogr�fica es un material que est� recubierto por una sal (cloruro o bromuro) de plata. Se dice que una placa se vela cuando, al incidir sobre ella alg�n tipo de radiaci�n, la placa se oxida y se ennegrece, manifest�ndose as� la incidencia de esa radiaci�n] envuelta en dos hojas de papel negro grueso, tan opaco a la luz que aun despu�s de un d�a de exposici�n a la luz solar no pod�a velarse.

Figura I.1. el experimento de A. E. Bequerel.

Becquerel present� una breve nota, en la que describi� sus experimentos, en la sesi�n del 24 de Febrero de 1896 de la Academia de Ciencias de Par�s, de la cual era miembro desde 1889. Quiso verificar despu�s sus observaciones y prepar� de nuevo algunas placas fotogr�ficas junto con su sal de uranio. Para su fortuna, tal como se dice ahora, o para su desdicha como quiz� se dijo �l mismo, todos los d�as que siguieron fueron nublados, as� es que Antoine guard� sus placas con las sales de uranio, en espera de d�as mejores. !Cual no ser�a su sorpresa cuando descubri� que las placas fotogr�ficas estaban veladas en la zona expuesta a las sales de uranio! Normalmente, las placas hubieran sido desechadas, pero el descubrimiento de los rayos X por Roentgen, apenas semanas antes, lo puso sobre aviso. En la sesi�n de la Academia, celebrada una semana despu�s de la anterior, el 2 de marzo, Becquerel inform� sobre sus avances: estaba seguro de que el efecto logrado en placas fotogr�ficas era independiente del fen�meno de la fosforescencia (v�ase la figura I.1). Ese d�a hizo referencia a las "radiaciones activas", fincando as� las bases del t�rmino que posteriormente establecer�a Marie Curie: radiactividad.

El 18 de mayo de 1896, Becquerel dio a conocer ante sus colegas que todos los compuestos del uranio, fueran o no fosforescentes, as�, como el mismo uranio, presentaban el fen�meno descubierto esto es, emisi�n de radiaci�n que se parec�a en algunos aspectos a los rayos X de Roentgen. Sus estudios lo llevaron a concluir que el uranio puro produc�a efectos de radiaci�n m�s intensos que los compuestos y, que al igual que los rayos X, esos rayos pose�an la propiedad de descargar cuerpos electrizados; esta propiedad fue y sigue siendo la base de la mayor�a de los m�todos de detecci�n de las substancias radiactivas.

Tal como lo veremos a lo largo de este cap�tulo y de los siguientes, a partir de entonces la curiosidad de los investigadores se orient� hacia el descubrimiento de otras sustancias que tambi�n tuvieran propiedades radiactivas, a la identificaci�n de sus radiaciones e incluso a la b�squeda de las aplicaciones de esos conocimientos.

PIERRE CURIE Y MARIE SKLODOWSKA

Pierre Curie naci� en Par�s, Francia, el 15 de mayo de 1859. Hijo de un m�dico, Eug�ne Curie, Pierre creci� en un ambiente familiar que le permiti� desarrollar sus aptitudes de observaci�n y de reflexi�n sobre los fen�menos naturales. Esta educaci�n produjo pronto sus frutos: fue bachiller a los 16 a�os, licenciado en f�sica a los 18 y, a los 19, ayudante de laboratorio del profesor Desains, en la Universidad de Par�s, La Sorbona. Con la ayuda econ�mica que le proporcionaba su modesto sueldo, pudo dedicarse a lo que m�s anhelaba: la investigaci�n cient�fica y, junto con su hermano Jacques, que tambi�n era f�sico, pronto anunci� el descubrimiento del fen�meno de la piezoelectricidad [la piezoelectricidad es el conjunto de fen�menos el�ctricos que se manifestaban en un cuerpo sometido a presi�n o a deformaci�n] y el cuarzo piezoel�ctrico. As� se logr� medir con precisi�n peque�as corrientes el�ctricas, lo que, desde luego, fue de gran utilidad para sus trabajos posteriores sobre la radiactividad.

En 1882 dej� La Soborna para trabajar como jefe de laboratorio en la Escuela de F�sica y Qu�mica de Par�s. All� continu� sus importantes descubrimientos: citaremos, entre otros, lo que ahora se conoce, como la ley de Curie [la ley de Curie se refiere a que la susceptibilidad (relaci�n entre la magnetizaci�n de una substancia y la intensidad del campo magn�tico aplicado) de ciertas substancias paramagn�ticas es inversamente proporcional a la temperatura termodin�mica, tambi�n llamada absoluta] sobre magnetismo.

A pesar del gran entusiasmo con que Pierre Curie realizaba sus investigaciones, no mostraba inter�s alguno por obtener t�tulos ni honores: sin embargo, en 1895 y debido a la insistencia de su padre, Pierre present� la tesis doctoral, basada en sus investigaciones sobre el magnetismo.

Fue en 1894 cuando Pierre conoci� a Marie Sklodowska, quien entonces estudiaba en La Soborna y que poco tiempo despu�s ser�a conocida como la se�ora Curie.

Marie Sklodowska naci� en un antiguo barrio de Varsovia, Polonia, el 7 de noviembre de 1867; su madre hab�a sido directora de una escuela para se�oritas y su padre era profesor de f�sica y de matem�ticas. Marie fue una ni�a muy precoz y sensible que desde peque�a sufri� la opresi�n zarista. En �sa �poca el idioma ruso era el �nico permitido en Polonia y Marie lo hablaba perfectamente, al igual que el polaco, su idioma materno. Como la mayor�a de sus compatriotas, so�aba con la libertad de su patria y deseaba servirla, lo que la condujo a participar en una organizaci�n revolucionaria de estudiantes. Debido a ello su padre consider� prudente que pasara algunos meses con unos parientes en el campo.

La situaci�n econ�mica de la familia Sklodowska no era solvente y por eso Marie decidi�, desde los 18 a�os, trabajar como institutriz y as� ayudar a su hermana Bronia que deseaba estudiar medicina en Par�s. Seis a�os m�s tarde, en 1891, ella misma se traslado a Par�s e ingres� en La Sorbona. A pesar de sus muchas limitaciones econ�micas, Marie obtuvo su licenciatura en ciencias f�sicas en 1893 y en ciencias matem�ticas en 1894. Fue en ese tiempo cuando Pierre Curie y ella contrajeron matrimonio.

UNA COLABORACI�N CIENT�FICA

Los descubrimientos de Antoine Henri Becquerel interesaron mucho a los esposos Curie, especialmente a Marie, quien buscaba en ese entonces un tema para desarrollar su tesis doctoral. Pierre continu� con sus proyectos de investigaci�n, mientras Marie empez� a buscar la radiactividad natural en diversos compuestos, con el prop�sito de encontrar en la naturaleza otros elementos radiactivos adem�s del uranio. Y en efecto, descubri� que exist�a otro elemento que emit�a tambi�n radiaciones: el torio. Las propiedades radiactivas de este elemento fueron descubiertas simult�neamente por el alem�n Gerhard Schmidt. Marie present� un informe en el que hac�a constar que todos los compuestos de uranio y de torio que hab�a examinado eran radiactivos y, continuando sus investigaciones, ya no solamente sobre compuestos puros sino tambi�n sobre diversos minerales de uranio y de torio, encontr� con gran sorpresa que, en algunos de esos minerales, la emisi�n de rayos era mucho m�s intensa que en los compuestos puros. Este descubrimiento la hizo pensar en la existencia de otro elemento capaz de emitir rayos.

Pierre y Marie Curie utilizaron tres peque�as libretas forradas, de papel negro para anotar los experimentos que iban realizando. A�os despu�s, esas libretas le sirvieron a Irene Joliot-Curie para seguir el desarrollo del trabajo de sus padres, aun cuando los experimentos y los resultados no hubiesen sido anotados a diario.

La primera libreta fue iniciada el 16 de Septiembre de 1897 por Pierre Curie, quien se refer�a principalmente al estudio de las propiedades termoel�ctricas [las propiedades termoel�ctricas se refieren a la energ�a que se produce por la conversi�n de calor] en cristales ,de pirita [se conoce con el nombre de pirita a los sulfuros minerales de los metales como el hierro]. El 16 de diciembre Marie tambi�n comenz� a hacer anotaciones sobre sus trabajos sobre la radiactividad del uranio. La mayor parte del cuaderno est� escrito por ella, con notas ocasionales al margen de la mano de Pierre, como algunas cifras a alguna curva, lo que quiere decir que segu�a muy de cerca los progresos del trabajo.

Los cuadernos contienen muy poco texto, tratan sobre la naturaleza del producto detectado y las modificaciones experimentales que se realizaron. Casi no hay t�tulos que indiquen nombre del experimento y rara vez una frase que de cuenta del resultado. Eso sí, existen descripciones detalladas de tratamientos qu�micos y aspectos de los productos obtenidos. Todos esos estudios eran tan prometedores que los esposos Curie decidieron continuarlos juntos y es as� como se inicia una de las colaboraciones cient�ficas m�s destacadas de la historia.

Pierre y Marie ten�an los mismos intereses tanto en su vida privada como en el trabajo. Los dos disfrutaban de los paseos a pie o en bicicleta en las cercan�as de Par�s y a veces en sus vacaciones iban a la playa o a la monta�a. Los Curie tambi�n compartieron su amor por la ciencia y se dedicaron con gran entusiasmo y �xito a las investigaciones sobre la radiactividad natural y a la ense�anza.

A partir del 18 de marzo de 1898, Pierre Curie se dedic� por completo al estudio de la radiactividad. Ya en la segunda y tercera libretas de apuntes de los Curie se observa indistintamente la letra del uno y del otro. Marie Curie escrib�a de una manera clara y n�tida, sus medidas se encuentran bien ordenadas en columnas. Pierre Curie, en cambio, lo hac�a con letra peque�a, desordenadamente. Contra lo que se cree, Pierre Curie se ocupaba tanto del trabajo qu�mico como de las medidas f�sicas, pues un gran n�mero de las anotaciones que se encuentran en los esquemas de tratamiento son de su pu�o y letra.

EL POLONIO Y EL RADIO

Cuando los Curie empezaron a trabajar con la pechblenda pudieron darse cuenta de que las emanaciones de ese mineral eran casi tres veces m�s intensas que las del uranio, de manera que emprendieron la b�squeda de las causas de esa actividad excesiva. Despu�s de haber separado las sustancias no radiactivas de la pechblenda, obtuvieron un producto cuya radiactividad era aproximadamente 400 veces superior a la del uranio y cuyas propiedades se parec�an a las de otro elemento: el bismuto. Supusieron entonces que la pechblenda podr�a contener un elemento nuevo y, efectivamente, ese producto conten�a un elemento qu�mico desconocido hasta entonces, al que los Curie llamaron polonio en honor de la patria de Marie. Este importante hallazgo lo realizaron en el mes de julio de 1898. El polonio, aislado en esa ocasi�n como un sulfuro, fue el primer elemento qu�mico descubierto gracias a sus propiedades radiactivas.

Los Curie observaron tambi�n que las radiaciones emitidas por los compuestos de polonio y de radio hac�an fosforescente al platino-cianuro de bario: es decir que su acci�n era an�loga a la de los rayos de Roentgen pero considerablemente m�s d�bil. Para hacer el experimento colocaron sobre la sustancia radiactiva una hoja muy delgada de aluminio, recubierta con una capa fina de platino-cianuro de bario y en la oscuridad notaron que este �ltimo brillaba ligeramente. En ese momento no les fue posible interpretar sus observaciones porque la existencia de una fuente luminosa que funcionara sin una fuente de energ�a se contrapon�a con el principio de Carnot [Sadi Carnot, en 1824 hab�a concluido que para que toda una m�quina t�rmica funcionando en un ciclo de transformaciones es absolutamente necesario disponer de dos fuentes, una que ceda el calor al fluido de contacto y otra que lo reciba. Carnot quiso decir tambi�n con esto que es imposible crear una m�quina tal que en su mecanismo utilice solamente una de esas fuentes].

Con el uranio y el torio, los Curie no observaron el brillo del platino-cianuro de bario y concluyeron que al igual que con las placas fotogr�ficas, la acci�n de dichos elementos era m�s d�bil que la del polonio y el radio. Tendr�an que realizarse todav�a muchos estudios para comprender completamente esos fen�menos (v�anse m�s adelante las investigaciones realizadas por Ernest Rutherford).

Al continuar sus investigaciones, los esposos Curie encontraron que la pechblenda conten�a otro producto, con una actividad 900 veces m�s intensa que la del uranio y cuyas propiedades qu�micas eran completamente diferentes a las del polonio. La segunda sustancia radiactiva que encontraron ten�a toda la apariencia qu�mica del bario y la denominaron radio.

La nueva substancia radiactiva estaba mezclada con una considerable proporci�n de bario, y a pesar de esto, su radiactividad era intensa. Con los conocimientos actuales, se puede inferir que en las primeras muestra de la radiactividad del radio debi� ser enorme. En diciembre del mismo ano, 1898, los Curie lograron separar el radio del bario, utilizando la diferencia de solubilidad entre los cloruros de uno y otro elementos.

Por los experimentos de Becquerel, los esposos Curie ya sab�an que los elementos radiactivos y sus compuestos ten�an la propiedad de ionizar [ionizar es producir part�culas dotadas de carga el�ctrica a partir de la perdida o ganancia de electrones de una substancia] el aire as� convertirlo en conductor de la electricidad. Y, adem�s, que al poner estos elementos en contacto con placas fotogr�ficas sensibles, las velaban. Al medir esas propiedades , los esposos Curie encontraron que el polonio y el radio eran considerablemente m�s radiactivos que el uranio y el torio, pues sobre todas las placas fotogr�ficas obtuvieron buenas impresiones con el radio y el polonio en medio minuto de contacto y necesitaron varias horas para obtener el mismo resultado con el uranio y el torio.

Para determinar la masa at�mica [se define como masa at�mica la relaci�n entere el promedio de la masa de un elemento en estado natural y la doceava parte de la masa del carbono-12] del radio y sus propiedades era necesario extraerlo a partir de una gran cantidad de pechblenda: tarea gigantesca que involucraba un sin n�mero de problemas.

Los experimentos que condujeron al descubrimiento del polonio y el radio se realizaron en la Escuela de F�sica y Qu�mica y en la Escuela de Ingenieros, donde Pierre Curie ense�aba. Sin embargo, no hab�a en esas escuelas laboratorios adecuados para estas investigaciones, as� que se llevaron a cabo siempre en condiciones materiales muy precarias. M�s tarde, cuando los Curie empezaron a efectuar tratamientos qu�micos en gran escala, el director de la Escuela de F�sica y Qu�mica les permiti� utilizar un cobertizo, amueblado solamente con mesas de madera, donde entraba el agua de lluvia por todas partes y la calefacci�n no era suficiente, pero donde ten�an por lo menos espacio suficiente para trabajar.

Con la cooperaci�n de la Academia de Ciencias de Viena y del gobierno austriaco, Pierre y Marie consiguieron una tonelada de desechos del mineral de pechblenda proveniente de las minas de San Joachimsthal, situadas en la regi�n de Bohemia, Checoslovaquia. Ya se hab�a indicado antes que en ese entonces, el uranio se utilizaba principalmente como colorante de cer�micas. En esos desechos ya no hab�a uranio, pero se encontraban otros elementos. Con los desechos de ese mineral, Marie efectu� manipulaciones muy dif�ciles, pues en ocasiones manejaba hasta 20 kilogramos de materia prima.

Los Curie lograron recuperar un d�cimo de gramo de cloruro de radio a partir de una tonelada de residuos de pechblenda. El proceso era tan laborioso que fue hasta 1902 cuando tuvieron la cantidad suficiente del elemento para determinar su masa at�mica y otras propiedades. El mundo cient�fico, que al principio hab�a visto con escepticismo el descubrimiento del radio, se rend�a ante la evidencia y lo aceptaba.

Desde septiembre de 1897, la familia Curie cont� con un nuevo miembro, su hija Irene, de manera que cuando los esposos Curie regresaban a casa conviv�an con su hija mientras trabajaban en la interpretaci�n te�rica de los resultados obtenidos en el laboratorio. En 1904 celebraron el advenimiento de su segunda hija, Eve, y un a�o m�s tarde Pierre y Marie tuvieron la tristeza de perder al que hubiera sido su tercer hijo.

En el a�o de 1900, Pierre Curie hab�a sido nombrado profesor de La Sorbona y Marie instructora de la Escuela Normal Femenina de Sèvres. En junio de 1903 Marie obtuvo su doctorado, con la tesis intitulada "Investigaciones sobre las sustancias radiactivas" y en 1904 La Sorbona cre� una c�tedra de f�sica especialmente para Pierre. La vida de los Curie se desarrollaba entonces en armon�a, tanto el trabajo como en el hogar.

Pierre muri� en Par�s el 19 de abril de 1906, en un accidente, y Marie complet� la obra emprendida por ambos. Con tes�n admirable continu� sus investigaciones y tom� el lugar que hab�a dejado su esposo, tanto en el hogar como en La Soborna pues desde ese mismo a�o empez� a dar las c�tedras que el impart�a, y as� tuvo el honor de ser la primera profesora de esa Universidad.

LA VIUDA CURIE

En 1910, Marie public� su obra Tratado de radiactividad, y en 1911 logr� purificar aun m�s al radio, trabajo que requiri� de mucho tiempo y habilidad.

La unidad de radiactividad, el curie, fue denominada as� en homenaje a Marie, en uno de los Congresos Solvay efectuados en Bruselas, donde se llegaron a reunir todos los grandes cient�ficos de la �poca. Despu�s, en 1950, la Comisi�n Unificada de la IUPAP (Uni�n Internacional de Qu�mica Pura y Aplicada) y la IUPAC (Uni�n Internacional de F�sica Pura y Aplicada), indic� que: "El curie es la unidad de radiactividad definida como la cantidad de cualquier n�clido radioactivo en el cual el n�mero de desintegraciones por segundo es 37 000 000 000". Este valor equivale a la cantidad de emanaci�n en equilibrio de un gramo de radio: as� hab�a sido explicado por Marie Curie antes de ceder a la Oficina Internacional de Pesos y Medidas 21 mg de radio que ella misma hab�a obtenido y purificado. Desde hace algunos a�os y para simplificar el uso de las unidades de radiactividad, el m�ximo organismo mundial sobre metrolog�a designo al becquerel (una desintegraci�n por segundo)y al rutherford (un mill�n de desintegraciones por segundo) como las unidades que deben emplearse.

Ya se han mencionado algunos de los reconocimientos que el mundo le concedi� a madame Curie a lo largo de su vida, pero no obstante su prestigio, sufri� el rechazo de la Academia de Ciencias Francesa. Al deceso del f�sico Gernez, solicit� la vacante en dicha Academia, pero en re�ida votaci�n, en enero de 1911, el puesto fue concedido a Eduard Branly, el inventor del tel�grafo inal�mbrico. La poblaci�n de la Academia Francesa se mantuvo masculina hasta 1966, a�o en que por primera vez se acept� a una mujer como miembro. Ese honor correspondi� a una disc�pula de Marie: Marguerite Perey, descubridora del francio. Pero tambi�n algunos hombres ilustres fueron rechazados por la Academia, y basta mencionar a Balzac, a Zol� y al mismo Pierre Curie.

En ese mismo a�o de 1911, Marie vivir�a momentos cruciales para su vida. En septiembre se vio envuelta en un esc�ndalo muy desagradable: la aparici�n en la prensa parisina de su correspondencia con Paul Langevin en la cual se pon�a de manifiesto que las relaciones intelectuales que manten�an desde varios a�os atr�s hab�an llegado tambi�n a ser amorosas. Marie era viuda, pero Paul estaba casado y la sociedad francesa la juzg� duramente. Los contratiempos en su vida personal y profesional de esos meses se vieron quiz� compensados con la obtenci�n en ese mismo a�o del premio Nobel de qu�mica, por la determinaci�n de la masa at�mica de radio.

A lo largo de varios a�os, Marie luch� con ah�nco por tener un laboratorio que respondiera a las necesidades de sus investigaciones. Por fin en 1914 se termin� la construcci�n del Instituto del Radio, de la Universidad de Par�s, pero en ese mismo a�o estall� la primera Guerra Mundial y la inauguraci�n tuvo que esperar hasta el armisticio.

Dado su car�cter, no es de extra�ar que durante la guerra participara con una fuente port�til de radio para hacer radiograf�as de los huesos de los heridos. La ténica era similar a la actual con los rayos X.

En el Laboratorio Curie del Instituto del Radio se hicieron trabajos de gran prestigio, entre ellos cabe mencionar el descubrimiento del francio, por Marguerite Perey y el de la radiactividad artificial, por Irene Curie y su esposo Frederic Joliot. Entre 1919 y 1934 fueron publicados 483 informes cient�ficos provenientes del Instituto, 31 eran de Marie.

Madame Curie muri� a la edad de 66 a�os, el 4 de julio de 1934 en Valence, Francia, y fue enterrada junio a Pierre en el cementerio de Sceaux.

�Y POR QU� LA PECHBLENDA?

Al paso de los a�os han podido esclarecerse las razones por las cuales Bequerel observ� la "radiaci�n ur�nica" y los Curie descubrieron al polonio y al radio en la pechblenda y aun en los desechos del tratamiento de ese mineral.

La pechblenda es una especie mineral, tambi�n denominada uraninita, en la que existen b�sicamente �xidos de uranio y es hasta ahora el mineral m�s rico en ese elemento. Su nombre proviene de la palabra griega pitta= pez (substancia negra, pegajosa) y la alemana blind = ciego, enga�oso, que aluden al color del mineral ya que tiene la apariencia de la galena [la galena es una forma mineral del sulfuro del plomo divalente. Es la principal fuente de plomo]sin serlo. En M�xico existe en los estados de Chihuahua y Oaxaca, principalmente. La pechblenda es un material radiactivo, pues lo son tanto el constituyente principal (el uranio) como algunos de sus dem�s componentes.

Los n�cleos de los �tomos del elemento uranio est�n constituidos por 92 part�culas que tienen carga el�ctrica positiva (protones) y contienen adem�s part�culas neutras (neutrones). Para la mayor�a de los �tomos de dicho elemento que se encuentra en la naturaleza, el n�mero de neutrones es 146. Estos n�cleos se denominan de uranio-238, porque 92 m�s 146 es igual a 238.

El uranio-238 tiene una vida media [la vida media es el tiempo que transcurre para que la radiactividad de una substancia llegue a ser la mitad de su valor original (v�ase la figura 1.2)] enorme, de 4 500 millones de a�os, por lo que se le considera como una substancia radiactiva primaria [las substancias radiactivas primarias son aquellas que tienen un tiempo de vida media muy largo, comparado con la edad de la Tierra, y por ese motivo, aunque existen desde la formaci�n del planeta, todav�a quedan en cantidades apreciables]. Es el origen o padre de una familia numerosa (v�ase la figura I.3) en la cual, con la excepci�n del �ltimo integrante que se considera estable, todos los dem�s emiten radiaciones nucleares, es decir, son substancias radiactivas secundarias [las substancias radiactivas secundarias son las que tienen vidas medias muy cortas, pero como se originan por el decaimiento de las primarias, se est�n formando continuamente y por esa raz�n es posible encontrarlas en la naturaleza].

La inestabilidad de los n�cleos provoca la emisi�n de varios tipos de radiaci�n. M�s adelante, en el cap�tulo referente a los descubrimientos de Rutherford y la escuela inglesa, se encontrar� una explicaci�n amplia sobre ellos, pues fue �l quien logr� identificar lo que en un principio Becquerel denomin� radiaci�n ur�nica. Por el momento nos limitaremos a mencionar que existen las radiaciones alfa, beta y gamma.

Figura I.2. Curva de desintegraci�n del uranio-238. Cada vez que transcurren 4 500 millones de a�os, la radiactividad se reduce a la mitad.

Figura I.3. La familia del uranio-238. Tambi�n se denomina 4n+2, porque los n�meros de masa de los integrantes pueden restarse de 2 unidades y dividirse entre 4, para dar un valor llamado n, el cual disminuye desde 59 para el uranio-238: (4x59) + 2 = 238, hasta 51 para el plomo-206: (4x51) + 2 = 206.

Ahora bien, los n�cleos de los �tomos del uranio-238 son capaces de desprenderse, en una sola emisi�n, de dos protones y dos neutrones, que forman una entidad que se denomina part�cula alfa o radiaci�n alfa. Despu�s de la emisi�n, el n�cleo remanente posee 90 protones y 144 neutrones, se denomina torio-234 y sus propiedades f�sicas y qu�micas son completamente diferentes de las de su padre (v�ase la figura I.2). La vida media del torio-234 es solamente de algunos d�as y la radiaci�n emitida es beta, es decir, part�culas ligeras de carga negativa, similares a los electrones que circundan al n�cleo, s�lo que la radiaci�n beta proviene del interior de aqu�l. Esa emisi�n equivale a la p�rdida de una part�cula neutra (neutr�n) y la ganancia de un prot�n. El nuevo n�cleo tiene entonces 91 protones y 143 neutrones y es diferente de sus dos predecesores: se trata del protactinio-234, emisor beta de vida muy corta. Por su emisi�n, el n�mero de protones y neutrones vuelve a cambiar y llega a ser 92 y 142. El elemento que posee 92 protones ya lo hemos visto, es el uranio: s�lo que en este caso, la suma de 92 + 142 = 234 y se denomina uranio-234. Esta entidad se comporta qu�micamente igual que el padre de la cadena (uranio-238), pero sus propiedades nucleares son distintas (por ejemplo, en la figura I.1 las vidas media de uno y otro). Cuando dos entidades tienen el mismo n�mero de protones y diferentes n�meros de neutrones, como el uranio-234 y el uranio-238, se dice que son is�topos de un mismo elemento.

El uranio-234 forma por decaimiento alfa al torio-230 y �ste a su vez al radio-226 y as� sucesivamente.

Es importante mencionar aqu� que los valores de las vidas medias no solamente son responsables de la desaparici�n de una especie radiactiva, sino tambi�n de su formaci�n, de tal manera que en su momento dado puede alcanzarse un equilibrio [el equilibrio de un sistema es el estado en el cual sus propiedades no se alteran con el tiempo]. As�, si la vida media del padre es muy larga y la del hijo es corta, �ste tiene en principio grandes probabilidades de formarse y de desaparecer, hasta que llega un momento en que establece el equilibrio y padre e hijo coexisten, lo que equivale a decir que el hijo sobrevive con la vida media de su padre. En el caso particular del uranio-238, cuya vida media es inmensa, y de su hijo el torio-234, de vida media corta, se establece sin equilibrio que se denomina secular.

Supongamos que por un proceso qu�mico se logra separar al uranio de todos los integrantes de su familia radiactiva, que inmediatamente se mide la radiactividad (tiempo=0) y que �sta es igual a 10 000 desintegraciones por minuto. Si despu�s de 80, 160, 240 ó 320 d�as se repite la medici�n de radiactividad del uranio-238, hallaremos valores muy similares, porque su vida media es tan larga (4 500 000 000 de a�os) que en un a�o no es posible apreciar su decaimiento. Lo anterior se halla representado en la figura con la l�nea pespunteada. Si en la muestra se mide desde tiempo = 0 y diariamente la radiactividad del hijo radiactivo, el torio-234 de 24 d�as de vida media, se aprecia que esta aumenta gradualmente (l�nea llena en la figura I.4) hasta que despu�s de 160 d�as pr�cticamente el n�mero de sus desintegraciones por minuto llega a ser de 10 000, el mismo valor que el de su padre y adem�s entonces el torio-234 no decae con su propia vida media, sino que se mantiene en equilibrio con su padre.

Cuando padre e hijo tienen vidas medias muy largas, el equilibrio puede tardar much�simo tiempo y, pr�cticamente, durante la vida de un ser humano, no se aprecia la formaci�n del hijo. Por ejemplo, para que el torio-230 se ponga en equilibrio con su padre el uranio-234 debe transcurrir casi medio mill�n de a�os. Sin embargo, en un mineral muy antiguo como la pechblenda, el uranio-238 tuvo tiempo suficiente para que toda su descendencia alcanzara el equilibrio radiactivo, lo que equivale a decir que todos decaen con la vida media del uranio-238 y que coexisten. Cuando el mineral se procesa qu�micamente para separar al uranio, el uranio-238 forma, con relativa rapidez, al torio 234, al protactinio-234 y al uranio-234, pero ning�n otro miembro de la familia se puede observar en mucho tiempo. Por esa raz�n los Curie observaron diferencias en la intensidad de la radiaci�n que ten�an las sales y los minerales de uranio. En las primeras s�lo estaban presentes los primeros cuatro integrantes de la familia radiactiva, mientras que en el mineral se encontraba al uranio con toda su progenie.

Ahora bien, el uranio tiene un comportamiento qu�mico diferente del de los otros elementos que integran su familia radiactiva y cuando se separa del mineral, los dem�s quedan en los desechos. Por eso los Curie lograron encontrar al polonio y al radio en los desechos que consiguieron. Estos elementos son muy poco abundantes en la naturaleza: tan solo se encuentran 7.4 millon�simas de gramo de polonio y 340 miligramos de radio por cada tonelada de uranio, de all� que Marie necesitara de varias toneladas de material para obtener cantidades ponderables de esos elementos.

Figura I.4. ejemplo del equilibrio secular, en el vida media del padre es mucho mayor que la del hijo.

- - - l�nea correspondiente al padre: uranio-238 (vida media: 4 500 millones de a�os).

l�nea correspondiente al hijo. Torio-234 (vida media: 24 d�as).

La familia del uranio-238 (figura I.1) est� integrada por los siguientes elementos qu�micos: uranio, protactinio, torio, radio, rad�n, astato, polonio, bismuto, plomo, talio y mercurio. Los Curie lograron encontrar en esos desechos al polonio y al radio pero fueron otros los que descubrieron al proctactinio (Fajans y Gohring 1913), al rad�n (Dorn 1900) y al astato (1940). Los dem�s ya hab�an sido identificados, algunos desde la antig�edad, pero fue ya en el transcurso del siglo XX cuando pudieron establecerse las relaciones radiactivas que existen entre ellos.

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