Maria Skłodowska-Curie(1-2011r.).pdf

Kształcenie nauczycieli chemii

Maria Skłodowska-Curie

Wkład w rozwój nauki

W artykule przedstawiono działalność naukową Marii Skłodowskiej-Curie, fizyka i chemika,

Polki pracującej we Francji. Dzięki ilościowemu podejściu do badań wraz z mężem Piotrem

Curie odkryła dwa radioaktywne pierwiastki – polon i rad. Jako pierwsza stwierdziła, że

promieniowanie substancji radioaktywnych wywołuje reakcje chemiczne. Tak narodziła się

chemia radiacyjna. Maria Skłodowska-Curie jest również twórcą radiochemii oraz radiologii

medycznej, której to poświęciła się przede wszystkim w latach 20. i 30. ubiegłego stulecia.

Maria Skłodowska-Curie została dwukrotnie wyróżniona Nagrodą Nobla: w 1903 roku

z fizyki (1/2 nagrody przypadła małżonkom Curie, drugą połowę otrzymał H. A. Becquerel)

za odkrycie radioaktywności, a w 1911 roku z chemii (była wtedy profesorem na Sorbonie)

za wkład w rozwój chemii poprzez odkrycie radu i polonu, wyizolowanie radu i badania

nad naturą związków tych pierwiastków.

WITOLD WACŁAWEK, MARIA WACŁAWEK

skie czasopismo naukowe New

Scientist ogłosiło światowy son-

daż na najbardziej inspirującą kobietę w na-

uce. Maria Skłodowska-Curie uzyskała pra-

wie dwa razy więcej głosów od następnej

uczonej. Kim była ta niezwykła kobieta?

Maria Skłodowska-Curie, z domu Maria

Skłodowska, urodziła się 7 listopada 1867

roku w Warszawie. Jej rodzice, Bronisława

[1836–1878] i Władysław Skłodowski

[1832–1902], byli nauczycielami, mieli piąt-

kę dzieci. Maria była najmłodszym z nich.

Ojciec Marii, Władysław pracował jako pro-

fesor matematyki i fizyki w warszawskich

gimnazjach. Mama Marii, Bronisława, była

kobietą pracującą – dyrektorką jednej z naj-

lepszych warszawskich szkół (tzw. pensji)

dla dziewcząt. Bronisława zmarła w 1878 r.,

gdy Maria miała zaledwie 11 lat.

twarza cudowne lekarstwa i nimi leczy. Ma-

rzenia Marii o zastosowaniu odkryć nauko-

wych do leczenia ludzi trwały przez całe jej ży-

cie. Te marzenia zostały później spełnione .

Gimnazjum dla dziewcząt ukończyła 12

czerwca 1883 r., nie mając jeszcze 16 lat. Jako

Młodzieńcze lata Marii Skłodowskiej

Maria, jako dziecko, bawiła się często z ro-

dzeństwem w genialnego lekarza, który wy-

Fot. 1. Budynek, w którym urodziła się Maria Skłodowska.

Obecnie jest tu siedziba Muzeum Marii Skłodowskiej-Cu-

rie oraz Zarządu Głównego Polskiego Towarzystwa Che-

micznego

Chemia w Szkole

W 2009 roku prestiżowe amerykań-

Kształcenie nauczycieli chemii

najlepsza uczennica została wyróżniona zło-

tym medalem. Wtedy już znała kilka języków:

oprócz rosyjskiego i francuskiego (uczyła się

ich w szkole) również niemiecki i angielski.

Wówczas Warszawa wraz z częścią Polski

(Królestwo Polskie utworzone na Kongresie

Wiedeńskim w 1815 r.) była okupowana

przez carską Rosję i językiem wykładowym

na każdym stopniu edukacji był język rosyjski.

Fot. 2. Maria i Pierre Curie [1]

Studia na uniwersytetach w Warszawie

iParyżu

Maria rozpoczęła studia wyższe w 1890 r.

w Warszawie w tajnej uczelni, zwanej Uni-

wersytetem Latającym. Kwalifikacje z che-

mii (teoretyczne i praktyczne) uzyskała

w Chemicznym Laboratorium Muzeum

Przemysłu i Rolnictwa – polskiej instytucji

biznesowej. Laboratorium to było kierowa-

ne przez profesora N. Milicera [1842–1905],

który był studentem sławnego niemiec-

kiego chemika, profesora R. W. Bunsena

[1811–1899] (współtwórcy analizy spektral-

nej). Innym pracownikiem laboratorium był

dr L. Kossakowski. W tym to warszawskim

laboratorium M. Skłodowska przeszła grun-

towny kurs chemii analitycznej – jakościowej

i ilościowej, obejmujący także analizę mine-

rałów. W programie było m.in. ćwiczenie,

w którym należało określić stężenie fosforu

w skałach z Ojcowa (w pobliżu Krakowa).

Tak więc w tym laboratorium Maria Skło-

dowska opanowała chemiczne techniki labo-

ratoryjne, które były jej potrzebne do wyizo-

lowania polonu i radu z rud uranu.

Podkreślała to w szczególności podczas wy-

kładu w Warszawie w 1913 roku, mówiąc:

„ Gdyby Profesor N. Milicer i Dr L. Kossakow-

ski nie nauczyli mnie chemii analitycznej, nie

byłabym w stanie wyizolować polonu i radu ”.

We Francji na Uniwersytecie Paryskim

studiowała z wielkimi sukcesami fizykę

(1891–1893) (ukończyła te studia jako naj-

lepsza na roku) i matematykę (1891–1894),

(tu zajęła drugą lokatę), ale nie uczono jej

wogóle chemii analitycznej. Oczywiście

wielka determinacja w pracy (przy wyizolo-

wywaniu tych pierwiastków) była również

potrzebna i faktycznie Maria miała tę cechę

osobowości „w nadmiarze”.

W 1894 roku prof. J. Wierusz-Kowalski 1

[1866–1927], czasowo przebywający wraz ze

swoją żoną (Maria ją wcześniej znała) w Pa-

ryżu, zaprosił Marię Skłodowską na kame-

ralne przyjęcie. Na nim Maria poznała

Pierre’a Curie [1859–1906]. W tym czasie

pracował on w Wyższej Szkole Fizyki i Che-

mii Technicznej (ESPCI) w Paryżu. Maria

i Piotr zaprzyjaźnili się. Maria, podobnie

jak większość polskiej młodej inteligencji

w tamtych czasach, była patriotką i plano-

wała powrót do Polski. Piotr, który chciał ją

poślubić, był nawet gotów jechać wraz z nią

do Polski. Młodzi wzięli w Paryżu skromny

ślub w dniu 26 lipca 1895 r. i zamieszkali

w miejscowości Sceaux pod Paryżem.

Promienie katodowe, promienie X

i promienie Becquerela

W połowie XIX wieku H. Geissler z Uni-

wersytetu w Bonn, w Niemczech, wynalazł

prostą metodę szczelnego wstawiania meta-

lowej elektrody do szkła. Odkrycie to umożli-

wiło konstruowanie pomp próżniowych oraz

badania promieni w gazach o niskim ciśnie-

niu, gdy pomiędzy elektrodami istnieje różni-

ca potencjału elektrycznego. To powstające

w rurze promieniowanie badał profesor

J. Pluecker [1801–1868] z tego samego uni-

wersytetu. W 1858 roku zaobserwował on, że

w chwili, gdy ciśnienie gazu w szklanej rurze

1 Był on profesorem Uniwersytetu we Freiburgu (Szwajcaria), a później (1915–1919) Uniwersytetu Warszawskiego.

1/2011

Kształcenie nauczycieli chemii

zmniejsza się, świecenie przy katodzie wydłu-

ża się oraz że wiązka tych promieni odchyla

się w polu magnetycznym. Zostały one na-

zwane przez E. Goldsteina [1850–1930] pro-

mieniowaniem katodowym, gdyż jest genero-

wane przy katodzie (ujemnej elektrodzie).

Dzięki badaniom wielu znakomitych fizyków

okazało się, że jest to strumień ujemnie nała-

dowanych cząstek – elektronów.

Badania nad promieniowaniem katodo-

wym prowadził także W. C. Roentgen

[1845–1923], będący wtedy profesorem Uni-

wersytetu Juliusa-Maximiliana w Würzbur-

gu, w Niemczech. Dnia 8 listopada 1895 r.

przez przypadek odkrył nowy typ promie-

ni, obecnie nazywanych promieniowaniem

X (ale w Polsce i Niemczech nazywanych

promieniowaniem rentgenowskim na cześć

odkrywcy). Na początku nie było łatwo zro-

zumieć naturę tego promieniowania, które

miało znacznie większą przenikliwość od

promieniowania katodowego.

Jedną z pierwszych prób wytłumaczenia

tego zjawiska było wyjaśnienie słynnego fran-

cuskiego fizyka H. Poincaré’ego [1854–1912],

który jako przyczynę promieniowania rent-

genowskiego wskazał fosforescencję części

antykatody szklanej rurki, w której zachodzi-

ło wyładowanie elektryczne.

Dnia 1 marca 1896 r. H. Becquerel

[1852–1908], profesor Muzeum Narodowe-

go Historii Naturalnej w Paryżu, Francja

( Muzeum National d‘Histoire Naturelle ),

chcąc doświadczalnie potwierdzić hipotezę

H. Poincaré’ego także przez przypadek

odkrył, że sole uranu emitują promienio-

wanie o podobnej sile penetracji jak pro-

mienie X. Pokazał on, że promieniowanie

to, w odróżnieniu do fosforescencji, nie za-

leży od zewnętrznego źródła energii, a po-

wstaje spontanicznie w tym materiale. Tak

więc Becquerel odkrył promieniowanie,

które na początku (na krótko) nazwano

promieniami Becquerela.

ko praca doktorska. Zwróciła uwagę na pro-

mienie Becquerela jako możliwy kierunek

studiów. Zaczęła starannie powtarzać ekspe-

ryment Becquerela, używając różnych związ-

ków uranu i mierzyć ich wydajności jonizacji.

Becquerel używał do swoich pomiarów elek-

troskopu [2], co umożliwiało jedynie opis ja-

kościowy. Dopiero po kilku miesiącach zaczął

on używać elektrometru, co spowodowało, że

mógł już interpretować wyniki ilościowo [3].

M. Skłodowska-Curie od początku swo-

ich badań stosowała o wiele bardziej dokład-

ne przyrządy. W 1880 roku jej mąż i jego

brat Jacques skonstruowali piezoelektryczny

elektrometr kwarcowy. Było to bardzo czułe

urządzenie do pomiaru ładunku elektrycz-

nego. Korzystanie z elektrometru Curie (po-

miar natężenia prądu rzędu 10 –11 A) umożli-

wiło Marii odkrycie, że wydajność jonizacji

promieniowania uranu zależy tylko od jego

ilości w próbce, a nie od związku chemiczne-

go, w którym występują atomy uranu.

Wykazała ona również, że poziom ra-

dioaktywności nie był wynikiem jakiejś in-

terakcji pomiędzy lub w ramach molekuły,

ale musi pochodzić od atomów uranu .

Innymi słowy, radioaktywność (jak nazwała

później tę emisję promieniowania) jest

właściwością atomów, w tym przypadku

atomów uranu. Było to bardzo ważne

stwierdzenie , bo około roku 1900 wielu

nawet wybitnych naukowców nie było prze-

konanych, że atomy naprawdę istnieją.

W następnym etapie badań M. Skłodow-

ska-Curie postanowiła zbadać wszystkie do-

stępne pierwiastki, związki i minerały, aby

sprawdzić, czy któryś z nich emituje także

promienie. Wynik był pozytywny, ale tylko dla

próbek toru i jego związków [4]. Stwierdziła

ona, że intensywność radioaktywności tych

próbek była inna niż próbek uranu. Podobne

wyniki uzyskał G. C. Schmidt [1865–1949]

zErlangen, w Niemczech [5], który opubliko-

wał swoje wyniki trzy miesiące wcześniej i nie-

zależnie od niej.

W obu przypadkach promieniowanie było

charakterystyczne dla atomów, odpowiednio

uranu lub toru. Rodzaj związków chemicz-

nych, w których występowały atomy toru, nie

Odkrycie promieniotwórczości

W 1897 roku M. Skłodowska-Curie zdecy-

dowała się rozpocząć prace badawcze, które

ewentualnie mogłyby być zaprezentowane ja-

Chemia w Szkole

Kształcenie nauczycieli chemii

miał wpływu na ich promienio-

wanie. Następnym przedmio-

tem systematycznych badań

M. Skłodowskiej-Curie były

trzy minerały uranu: uraninit

(blenda uranowa), chalkolit

i autunit. Jej elektrometr wy-

kazał, że blenda uranowa była

cztery razy bardziej aktywna

od uranu metalicznego, a chal-

kolit dwa razy bardziej aktywy.

Na podstawie tych danych do-

szła ona do wniosku, że jeśli jej

wcześniejsze wyniki dotyczące

radioaktywności uranu były

prawdziwe, to te dwa minerały

muszą zawierać pewne ilości

innych pierwiastków, które są

bardziej radioaktywne niż sam uran.

Aby sprawdzić to przypuszczenie, Maria

postanowiła zsyntezować związek o tym

samym składzie jak chalkolit o wzorze:

(Cu(UO 2 ) 2 (PO 4 ) 2 ·(8–12)H 2 O). Związek

ten emitował słabe promieniowanie (ze

względu na zawartość uranu), ale jego ra-

dioaktywność była dużo mniejsza niż natu-

ralnego (niesyntetycznego) minerału.

M. Skłodowska-Curie wyciągnęła wniosek,

że naturalny chalkolit zawiera domieszki

o wiele bardziej radioaktywne niż sam

uran. Postanowiła więc wyizolować te do-

mieszki. To była jej własna hipoteza

(idea). Oczywiście zasięgała opinii swojego

męża, ale Maria jednoznacznie stwierdziła,

że to ona jest jej autorem.

Pierre Curie był pewien, że to, co odkry-

ła Maria, nie było pomyłką. Był on tak zain-

trygowany wynikami tych badań, że zdecy-

dował się na pewien czas porzucić swoje

badania nad kryształami i jej pomóc. 14

kwietnia 1898 r. pełni optymizmu odważyli

100-gramową próbkę blendy uranowej, po-

chodzącej z czeskiej kopalni uranu w Jáchy-

movie i wsypali ją do moździerza. Wtedy ab-

solutnie nie zdawali sobie sprawy, że to,

czego szukali, mogą znaleźć dopiero po

przerobieniu wielu ton tej rudy. Tutaj Maria

występowała w roli chemika, wyodrębniają-

cego i oczyszczającego frakcje zawierające

Fot. 3. Praca doktorska Marii zo-

stała także opublikowana po

polsku [1]

poszukiwane pierwiastki, na-

tomiast Pierre koncentrował

się na pomocy w wykonaniu

pomiarów fizycznych (głównie

elektrycznych). Tak więc ma-

łżeństwo Curie podjęło trudne

zadanie oddzielenia radioak-

tywnej soli poprzez krystaliza-

cję frakcyjną (schematy 1 i 2).

18 lipca 1898 roku państwo

Curie uzyskali próbkę, której

emisja promieniowania była

400 razy większa niż uranu.

Blenda uranowa to minerał

o skomplikowanym składzie.

Rozdział chemiczny jej skład-

ników był zadaniem wymaga-

jącym ciężkiej pracy. Po pew-

nym czasie opublikowali artykuł [7],

w którym zawiadomili o wyizolowaniu pier-

wiastka, który nazwali polonem na cześć oj-

czyzny Marii. W tej pracy zostało wprowa-

dzone słowo radioaktywność . Maria poin-

formowała także polską społeczność nauko-

wą o tym odkryciu, publikując artykuł

w warszawskim czasopiśmie „Światło”,

w którym napisała, że polon właściwościami

chemicznymi przypomina bizmut, ale jest

też podobny do telluru.

26 grudnia 1898 r. Maria i Piotr Curie

(wspomagani przez G. Bemont [1857–1932])

[8] ogłosili istnienie drugiego pierwiastka,

który został nazwany przez nich radem

(od łacińskiego słowa radius , co oznacza

promień) ze względu na jego intensywną ra-

dioaktywność. Pierwiastek ten ma właściwo-

ści chemiczne podobne do baru. Próbka

chlorku baru, która zawierała jedynie bardzo

niewielkie ilości chlorku radu, uzyskane

przez Marię, została zbadana za pomocą

spektroskopii emisyjnej przez E. Demarçaya

[1852–1904] [9] z Uniwersytetu Paryskiego.

W widmie stwierdził on obecność nowej linii

o długości fali

= 381,48 nm. Tak więc

w ten sposób zostało potwierdzone istnienie

nowego pierwiastka chemicznego. Wyniki

badań, zebrane w latach 1897–1902, zostały

przedstawione w rozprawie doktorskiej Ma-

rii Skłodowskiej-Curie. Rozprawa ta została

1/2011

Kształcenie nauczycieli chemii

opublikowana nie tylko w języku francu-

skim, ale również angielskim, niemieckim,

rosyjskim (dwa różne tłumaczenia) oraz

polskim (fot. 3).

W dniu 12 czerwca 1903 roku M. Skło-

dowska-Curie uzyskała stopień doktora

w dziedzinie fizyki na Uniwersytecie Pary-

skim. Około 1910 roku wyizolowała ona

(pracując już sama, bez męża, który zginął

wwypadku w 1906 roku) metaliczny rad.

Od początku prezentowanych badań sta-

wiano pytanie, jaka jest przyczyna obserwo-

wanego promieniowania. Maria była skłon-

na przypuszczać, że radioaktywność jest

wynikiem rozpadu atomów (1898–1900),

lecz Piotr nie podzielał jej poglądów w tym

względzie. W końcu rozpad atomów jako

przyczynę radioaktywności udowodnili

w 1902 roku E. Rutherford [1871–1937]

i F. Soddy [1877–1956] [10], którzy otrzy-

mali próbki materiału promieniotwórczego

od małżeństwa Curie.

Małżeństwo Curie dawało próbki radio-

aktywnego materiału również innym fizy-

kom. Wkrótce prywatni producenci chemi-

kaliów pisali listy do małżeństwa Curie

z prośbą o więcej informacji na temat pro-

dukcji radu. Uzyskawszy je za darmo, uru-

Schemat 1. Schemat izolowania polonu z blendy uranowej [6]

Chemia w Szkole

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: