W jaki sposób

Maria

Skłodowska-

Curie wydzieliła

polon i rad z

blendy

uranowej?

Maria Skłodowska-

Curie wyodrębniała
metodami chemicznymi i
fizycznymi różne
substancje z rudy uranu.

Następnie mierzyła ich

radioaktywność za
pomocą

zestawu trzech

przyrządów

.

komora

jonizacyjna

elektrometr
kwadrantowy

kwarc

piezoelektryczny

Komora

jonizacyjna

-100V

Dziwne, że zwykła puszka
(zapewne po cukierkach)

mogła służyć do badań, za

które przyznano nagrodę

Nobla.

Na dolną płytkę Maria

sypała substancję, której

zdolność do

promieniowania chciała

zmierzyć.

Na czerwono zaznaczyliśmy

promienie (w rzeczywis-

tości niewidoczne). O ich

ilości można było wnios-

kować tylko z oddziały-

wania na aparaturę.

W środku umieszczono dwie

okrągłe płytki.

Dolna płytka była

podłączona do ujemnego

bieguna baterii, a górną

wstępnie uziemiano.

Komora

jonizacyjna

Promieniowanie, na
przykład w postaci

dodatnich cząstek alfa,

uderzało w cząsteczki

powietrza i wybijało

z nich ujemne elektrony.

Uderzone cząsteczki

powietrza stawały się

dodatnie.

Dodatnio naładowane

cząsteczki powietrza

dążyły do ujemnej
płytki, gdzie się

zobojętniały. Ujemne

elektrony były odpychane

w kierunku płytki

uziemionej, skąd mogły

spłynać do ziemi. Część

elektronów wyłapywały

cząstki alfa tworząc
obojętne atomy helu.

+

-

-

-

-

-

-

-100V

-

+

Atom substancji

promieniotwórczej.

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Elektrony spłynęły z
płytki do ziemi, ale
podczas eksperymentu

będą spływać na

przyrządy pomiarowe.

-

-

Dolna płytka

naładowana ujemnie.

+

+

+

+

+

Kwarc

piezoelektryczn

y

Wewnątrz urządzenia
obok znajdowała się

płytka wycięta z

kryształu kwarcu.

Ma ona ciekawą właściwość – pod wpływem rozciągania wytwarza

na powierzchni ładunki, różne po obu stronach. Nie mogą one

jej jednak opuścić.

Kwarc

piezoelektryczn

y

-

-

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

Zjawisko wynika z przemieszczania się naładowanych atomów.

Animacja pokazuje w poglądowy sposób, że przed rozciągnięciem

środek ładunku dodatniego i ujemnego jest w tym samym miejscu. Po

rozciągnięciu mamy na lewo przewagę plusów, na prawo minusów.

Si

O

+
+
+

-
-
-

+
+
+

Kwarc

piezoelektryczny

Rozciąganie kwarcowej

płytki odbywało się przez

doczepienie na jednym z jej

końców odważnika.

Płytkę po obu stronach

pokrywała cienka

warstewka metalu,

od której biegły przewody

w kształcie sprężynek.

Elektrometr

kwadrantowy

Było to niezwykle

czułe urządzenie

mierzące stan

naładowania. Nazwę

wzięło od metalowej

puszki podzielonej

na cztery części

(kwadranty).

Wewnątrz obracała

się metalowa płytka
zawieszona na nici,

do której

przymocowano
lustereczko.

Na lustereczko

puszczano promień

światła.

Gdy na kwadrantach

gromadziły się

elektrony,

na płytce indukowały

się ładunki.

Skutkowało to jej

obrotem, a zatem

obrotem nici i

przesunięciem się

promienia.

Gdy ładunkom

pozwalano

odpłynąć, promień

powracał w stare

położenie.

-

-

+

-

Elektrometr

kwadrantowy

-

Wędrówkę promienia
można było śledzić

na podziałce.

Elektrometr

kwadrantowy

-100V

+
+
+

- - -

Teraz możemy prześledzić jak ze sobą przyrządy współdziałały.

Po odłączeniu uziemienia górna płytka w komorze jonizacyjnej

zaczynała się ładować i część ładunku spływała na elektrometr.

Na skutek tego płytka elektrometru obracała się między kwadrantami,

a z nią lusterko. Plamka świetlna wędrowała po skali.

Maria kładła na szalce odważnik, ale nie do końca. Podtrzymywała go

na tyle, by wytworzone na kwarcowej płytce ładunki dodatnie

przyciągnęły do siebie wszystkie elektrony z komory jonizacyjnej

i z elektrometru, czyli by rozładować te przyrządy

.

Ponieważ w komorze jonizacyjnej wciąż powstawały nowe ładunki, trzeba

było coraz bardziej opuszczać odważnik, by plamka nie zmieniała

położenia. Trwało to dotąd, aż odważnik w pełni spoczął na szalce.

Mierząc czas doświadczenia i znając, jaki ładunek odpowiada danemu

odważnikowi, małżonkowie mogli łatwo wyznaczyć ile ładunku powstawało

w komorze jonizacyjnej w ciągu sekundy, a to mówiło jak aktywna była

substancja promieniotwórcza.

Plamka świetlna wracała na swe miejsce.

Te przyrządy pozwalały państwu Curie mierzyć przepływ ładunków

przez przewody tak niewielki jak 0,00000000001 A (10

-11

A)!

Uczona zbadała dużą liczbę metali, soli, tlenków i

minerałów. Wszystkie analizowane związki uranu

okazały się bardzo aktywne. Badaczka ustaliła, że

aktywność preparatów zależy od zawartości w nich

uranu..

Dwie rudy: blenda uranowa
U

3

O

8

i chalkolit

Cu(UO

2

)

2

(PO

4

)

2

.

(8-12) H

2

O

okazały się znacznie
bardziej aktywne niż sam
uran.

Hipotezę tę potwierdziła

„normalna” aktywność

syntetycznego chalkolitu,

otrzymanego przez

Marię Skłodowską - Curie.

Blenda uranowa, zwana smółką uranową, pechblendą albo blendą
smolistą to odmiana uranitu, którego głównym składnikiem jest
tlenek uranu U

3

O

8

( 2UO

3

.

UO

2

).

W odróżnieniu od uranitu, blenda uranowa jest odmianą zbitą,
pozbawioną struktury krystalicznej. Minerał ten występuje
głównie w Kanadzie (nad Wielkim Jeziorem Niedźwiedzim) i w
Europie, w okolicy Jachymowa - w postaci naciekowych skupień o
smolistym połysku. Blenda uranowa promieniuje czterokrotnie
silniej niż czysty uran. Obecnie minerał ten stanowi najważniejsze
źródło uranu, radu i innych pierwiastków promieniotwórczych.

Po kilku miesiącach małżonkowie Curie, otrzymali mieszaninę siarczków

promieniujący aż 400-krotnie silniej niż uran.

18 lipca 1898 r. małżonkowie Curie donieśli Akademii Nauk w Paryżu o

odkryciu nowego pierwiastka.

Jeśli istnienie tego metalu potwierdzi się , proponujemy dla

niego nazwę „polon”- od nazwy ojczyzny jednego z nas […] 

Małżonkowie Curie domyślali się, że polon nie jest jedynym źródłem

silnego promieniowania blendy uranowej.

Od odkrycia polonu i radu w blendzie

uranowej do wyodrębnienia tych

pierwiastków wiodła długa i żmudna

droga …

•Dzięki interwencji profesora geologii Eduarda
Suesa, rząd austryjacki przekazał bezpłatnie
małżonkom Curie 100 kg odpadów blendy uranowej
po wydzieleniu z niej uranu, a następnie całą tonę
tego surowca.

•Wskutek starań wiedeńskiej Akademii Nauk,
francuscy badacze mogli zakupić po niskiej cenie
kilka ton odpadów. Pieniędzy na zakup dostarczył
baron Edmond de Rothschild.

W 1899 r. Maria Curie, po

przerobieniu kilkuset

kilogramów odpadów

pouranowych, otrzymała 2 kg

radonośnego chlorku baru,

który był około 60 razy

aktywniejszy od uranu.

Aktywność otrzymanego związku była 3

miliony razy większa niż czystego uranu.

Osobliwą cechą radu i jego związków jest

samorzutne

i nieustanne wysyłanie ciepła. Stąd

temperatura soli radu jest o 1-2

o

C wyższa od

temperatury otoczenia.

Ponadto metaliczny rad i jego dostatecznie

czyste sole świecą w ciemności.

Wreszcie, w 1900 r., otrzymuje próbkę RaCl

2

.

Masa atomowa radu, wyznaczona przy użyciu

tego preparatu wynosiła 225 ± 1.

Rekompensatą za trudy był widok świecącego w ciemności 1

decygrama czystego chlorku radu, który udało się wreszcie

otrzymać po czterech latach morderczej pracy.

Nagroda Nobla z fizyki 1903

Połowa nagrody przyznano Henriemu Becquerelowi za odkrycie

promieniotwórczości,

a drugą połowę Marii i Piotrowi Curie za ich wspólne badania zjawisk

promieniowania odkrytych przez profesora Henriego Becquerela.

Nagroda Nobla z chemii

1911

Za prace z zakresu chemii radu, a zwłaszcza za
otrzymanie tego metalu w stanie wolnym badaczka
otrzymała Nagrodę Nobla po raz drugi, tym razem z
chemii.

Rad

Dane fizykochemiczne:
Rad to promieniotwórczy
pierwiastek
2 grupy układu okresowego
(berylowiec).
Liczba atomowa Z=88, liczba
masowa
A (najtrwalszego izotopu)= 226
Temperatura topnienia:700°C
Temperatura wrzenia: 1700°C.
Gęstość: 5,50 g/cm

3

Właściwości i otrzymywanie:
Rad to srebrzysto-biały metal. Znanych jest 27
izotopów tego pierwiastka. Najtrwalszy z nich to
izotop

226

Ra ma okres półrozpadu T

1/2

=1620 lat.

85% zasobów radu stosuje się do celów leczniczych
(w formie chlorku lub bromku), reszta
wykorzystywana jest w nauce (np. w źródłach radowo-
berylowych).

Polon

Dane fizykochemiczne:

Polon pierwiastkiem 16 grupy

układu okresowego (tlenowiec).

Liczba atomowa 84, liczba

masowa najtrwalszego izotopu

209.

Temperatura topnienia: 254°C.

Temperatura wrzenia 962°C.

Gęstość: 9,14 g/cm

3

Właściwości:
Polon to szarobiały, promieniotwórczy metal. Znanych
jest 27 izotopów polonu, najtrwalszy to

209

Po o T

1/2

=

102 lata.
Pod względem występowania w wierzchniej warstwie
skorupy ziemskiej (litosferze, hydrosferze i
atmosferze) polon zajmuje ok. 86 miejsce (procenty
masowe).
Izotop

210

Po ulega dalszemu rozpadowi α z okresem

półtrwania T

1/2

= 138,4 dni.

Uzupełnienie:

Dlaczego Marii Skłodowskiej-Curie udało

się wykryć tylko polon i rad spośród

wielu pierwiastków promieniotwórczych

w rudzie uranu.

rozpad alfa rozpad beta



cząstka

Cząstka
(elektron)



Podczas wysyłania promieni alfa i beta zmienia się skład

jądra atomowego. W rudzie uranu powstaje w ten sposób wiele

pierwiastków promieniotwórczych.

U

238

Praojcem jest uran o 238 składnikach w jądrze,

który zamienia się w tor. Rozpady są zjawiskiem

przypadkowym i trzeba aż 4,5 mld lat by połowa

atomów uranu doznała przemiany. Oba pierwiastki

były znane od prawie stu lat.

Th

234



4 500 000 000

lat

U

238

Pa

234

Ra

226

Th

234

U

234

Th

230

Rn

222

Po

218

Pb

214

Bi

214

Po

214

Pb

210

Bi

210

Po

210

Pb

206

4 500 000 000

lat

24 dni

1 min

250 000 lat

75 000

lat

1 600

lat

3,8 dnia

3 min

19,7

min

26,8 min

0,16

ms

22 lata

5 dni

138
dni





























Oto cały szereg

promieniotwórczy

uranu 238.

Protaktyn odkryto

dopiero w 1913 r

.

Rad odkryli Maria
i Piotr w 1898 r.

Gaz radon odkryto

w 1900 r.

Bizmut odkrył pewien

alchemik w XV w.

Ołów był znany od

starożytności.

Właśnie ten izotop polonu odkryli

Maria i Piotr w 1898 r.

Trudność, na którą natknęli się w swych poszukiwaniach
Maria i Piotr Curie polegała na tym, że

zamieniając się w inne. Dlatego nie udało się początkowo
wyodrębnić

polonu

(czas połowicznego zaniku najwolniej

rozpadającego się izotopu polonu to 138 dni).

Rad

promieniował słabiej, ale dłużej istniał (czas
połowicznego zaniku 1600 lat). Gaz powstający z radu –

radon

, wymknął się małżeństwu, bo znika jeszcze szybciej

(czas połowicznego zaniku 3,8 dnia), poza tym ulatniał
się.

Protaktyn

znika tak szybko (czas połowicznego zaniku

1 min), że na odkrycie czekał do 1913 r.

silnie promieniujące pierwiastki szybko znikają