Marie Curie s a kmia ve Radnti Katalin
- Slides: 43
Marie Curie és a kémia éve Radnóti Katalin ELTE TTK Fizikai Intézet rad 8012@helka. iif. hu http: //members. iif. hu/rad 8012/ 1
Miről lesz szó? Marie Curie élete dióhéjban. n Milyen ismeretekre támaszkodhatott? n Marie Curie doktori munkája során közel 100 különböző kísérletet, méréssorozatot végzett el. Az előadásban néhány eredeti mérési leírás, adat, cikkrészlet, idézet kerül bemutatásra. n Néhány magyar vonatkozás felvillantása a nukleáris technika korai történetéből. n 2
Marie Skłodowska Curie (1867 -1934) Lengyel származású és egyedüliként két Nobel díjat is elnyerő tudós asszony kezdett el foglalkozni Becquerel javaslatára a radioaktivitással. Az elnevezés tőle származik (radius = sugár). Ö tekinthető nukleáris tudományág „anyjának”. 3
Maria varsói házitanítósága alatt kezdte meg tanulmányait a Varsói Ipari és Mezőgazdasági Múzeum (képen) által szervezett kémiai analitikai tanfolyamon unokafivére, Józef Boguski felügyelete alatt, aki korábban Dmitrij Mengyelejev orosz kémikus asszisztenseként dolgozott, később pedig a Varsói Műszaki Egyetem professzora lett. Itt tett szert azokra a nagyon fontos analitikai kémiai ismeretekre, melyek segítségével évekkel később sikerült előállítania a polóniumot és a rádiumot. Ezekről a munkálatokról beszámolt volt tanárának, készülő publikációit is elküldte. n 4
1893 -ban fizikából, n 1894 -ben matematikából szerezte meg diplomáját Párizsban. (Kémiából nem. ) n 5
Milyen ismertekre támaszkodhatott? n n n n n A klasszikus mechanika, hőtan és elektrodinamika törvényei. Az anyag valószínűleg atomokból áll, elemek, vegyületek, keverékek, periódusos rendszer, melyben azonban még sok üres hely volt. Relatív atomtömegek. Elektromágneses sugárzás, a fény is. Röntgen – sugarak. Foszforeszkálás, fluoreszcencia. Katódsugárzás, elektron. Csősugárzás. Színképelemzés, mint módszer. 6
1903 -ban készült doktori értekezés címe: Radioaktív anyagokra vonatkozó vizsgálatok. Nobel díj férjével és Henri Becquerellel közösen. „sugárzásjelenségek vizsgálataiért”. 7
A második Nobel díj 1911. "a rádium és polónium felfedezéséért, a rádium fémállapotban való előállításáért, természetének és vegyületeinek vizsgálataiért" Rádium-klorid elektrolízise higany elektródok közt, majd a higany elpárologtatása. 2011. A Kémia Éve. 8
Radioaktív anyagokra vonatkozó vizsgálatok Fordította: Zemplén Győző(1879 -1916) 1904. Mérési lehetőségek n A polónium és a rádium előállításának munkálatai n A radioaktív sugárzások tulajdonságai n A radioaktív sugárzás hatásai n A biológiai felhasználás lehetőségei n Gáznemű termékek (emanácziók) n 9
Mérési lehetőségek Fotólemez n Szcintilláció n Kondenzátor, ionizációs árama n „A sugárzás erősségének mérése. Az alkalmazott módszer a levegőnek radioaktív anyagok behatása alatt nyert elektromos vezetőképességének lemérésében áll, ezen eljárás előnye, hogy gyorsan végezhető és hogy számokat szolgáltat, a melyek egymással összehasonlíthatók. ” n 10
A mérőeszköz 1 - 4000 g 11
Telítési áramerősségek 12
Megállapítások Minden megvizsgált uránvegyület aktív volt, és általában annál aktívabb, minél több uránt tartalmazott. n A tórium és vegyületei is emittálnak ionizáló sugárzást. A radioaktivitás tehát atomi tulajdonság, az urán és a tórium atomok tulajdonsága. n Egyes uránércek aktivitása nagyobb, mint a fém uráné és uránoxidé. Mivel a radioaktivitás atomi tulajdonság, ebből következik, hogy egy érc aktivitása csak akkor lehet nagyobb, mint a tiszta uráné, ha az érc más radioaktív elemet is tartalmaz. Ezzel a megállapítással Marie Curie felfedezte az urán radioaktív bomlástermékeit. n 13
Az új elem n n n „mesterséges khalkolitot állítottam elő tiszta anyagokból kiindulva. ” kalkolit: Cu(UO 2)2(PO 4)2+8 H 2 O „Az így előállított khalkolit aktivitása teljesen normális, összetételének megfelelő” „Azóta igen valószínűvé lett, hogy a szurokércz, a khalkolit és autunit nagy aktivitásának oka abban keresendő, hogy igen kis mértékben valami nagyon radioaktív anyagot tartalmaznak, … ” 14
A laboratórium és a jegyzőkönyv 1898 -ból „Kémiai vizsgálataink állandó vezérfonala az egyes műveletekben elválasztott termékek sugárzási aktivitásának ellenőrzése volt. ” 15
A konkrét kémiai műveletek, melyek a polónium felfedezéséhez vezettek: “Amikor a szulfidokat salétromsavban oldjuk, a legkevésbé oldható részek a legkevésbé aktívak. Amikor a sókat kicsapjuk a vízből, az először kicsapódó részek messze a legaktívabbak. Megfigyeltük, hogy az uránszurokérc hevítésekor, a szublimáció révén, igen aktív termék képződik. Ezen megfigyelés alapján az aktív szulfid és a bizmut-szulfid illékonyságának különbségén alapuló elválasztási eljárást dolgoztunk ki. ” n „Ezeknek a különböző műveleteknek az ismétlésével egyre több aktív terméket kaptunk. Végül olyan termékhez jutottunk, amelynek az aktivitása körülbelül négyezerszerese az uránénak. Az ismert anyagokat ismét sorra vettük, hogy meghatározzuk, vajon a termék a legaktívabb-e közülük. Csaknem minden elemi anyag vegyületeit megvizsgáltuk. Számos vegyész volt kedves a legritkább anyagok mintáit is rendelkezésre bocsátani. Csak az urán és a tórium mutat természetes aktivitást, esetleg a tantál nagyon gyengét. n Ezért úgy gondoljuk, hogy az uránszurokércből általunk kivont anyag olyan fémet tartalmaz, amelyet eddig még nem írtak le, és analitikai tulajdonságai hasonlóak a bizmut tulajdonságaihoz. Ha ennek az új fémnek a léte igazolást nyer, javasoljuk, hogy polóniumnak nevezzék el egyikünk hazájának neve után. ” Curie, P. , Curie, Mme P. (1898) Sur une substance nouvelle radio-active, contenue dans la pechblende, Compt. Rend. , 127, 175. (Az uránszurokérc egyik radioaktív anyagáról. ) n 16
n n A későbbi kutatások megmutatták, hogy a 238 U bomlási sorában, a feldúsulásra alkalmas felezési idejű (138, 4 nap) polónium izotóp, a 210 Po található. Az ebben a bomlási sorban lévő másik két polónium izotóp a 218 Po és 214 Po felezési ideje igen rövid: 3, 05 perc, illetve 1, 62× 10 -4 s. A 210 Po anyaeleme a 210 Bi (felezési ideje: 5 nap) így a bizmutos együttkristályosítás a 210 Po anyaelemét, a kisebb mértékben feldúsult 210 Bi nuklidot is elkülönítette ez uránérctől. Csak α-t bocsát ki (Litvinyenko). A 235 U bomlási sorában a 215 Po és 211 Po található, ezek felezési ideje 1, 8× 10 -3 s és 0, 52 s. Tehát ezeket nem lehet elkülöníteni, kinyerni az uránércből. 17
18
A rádium előállítása „Az általunk felfedezett új radioaktív anyag kémiai tulajdonságait tekintve, a szinte teljesen tiszta báriumhoz hasonlít. ” n „Az első anyagok, amelyeket klór-hidrát formájában kaptunk, a fém uránénál 60 szor nagyobb radioaktivitást mutattak (a radioaktivitás intenzitását a levegő vezetőképességének nagyságából határoztuk meg, egy kondenzátoros berendezésben). Ezeket a kloridokat vízben feloldottuk, és egy részét alkohollal leválasztottuk. Az így kicsapódott rész sokkal aktívabbnak mutatkozott, mint az oldatban maradt rész. Ezt a módszert alkalmazva és a műveletet többször egymás után elvégezve, egyre aktívabb kloridokat kaptunk. Az utolsó klorid frakció, amit kaptunk, 900 -szor aktívabbnak bizonyult, mint az urán. ” n „M. Demarçay talált a spektrumban egy olyan vonalat, amely egyik ismert elemre sem jellemző. Ez a vonal szinte alig látszik, ha az uránnál 60 -szor nagyobb aktivitású kloridot vesszük, azonban a dúsított kloridnál, melynek aktivitása 900 szor nagyobb az uránénál már jól kivehetővé válik. Tehát e vonal intenzitása a radioaktivitással nő, amiből arra következtethetünk, hogy a vonal az anyagunk radioaktív részétől származik. ” Curie, P. , Curie, Mme P. , Bémont, G (1898): Suer une nouvelle substance fortement radio-active, contenues dans la pechblende, Compt. Rend. , 127, 11215. n 19
Az új elemek n n A polóniumról megállapítja, hogy aktivitása csökken, mely a többi esetben nem volt megfigyelhető. Volt, aki kételkedett abban hogy új elem lenne, inkább indukált hatás. (Felezési idő 138, 4 nap, sor utolsó tagja. ) A rádium esetében bármely vegyülete előállításánál megfigyelhető volt, hogy aktivitása hónapokon keresztül növekszik, majd a végső „öt-hatszor akkora, mint a kezdetbeli érték”. (Bomlástermékek is radioaktívak. ) „Az erősen radioaktív anyagok aktivitása egészen más nagyságrendű, mint az érczé, melyből származnak” (hat nagyságrend). A kvarckristály terhelése maximum 4000 g lehetett. Ettől kezdve csak kevesebb anyagmennyiséget tudtak vizsgálni. 20
A rádium tulajdonságai „Kémiai tulajdonságai alapján a rádium az alkáliföldek fémei közé sorolható. ” n „A rádiumsók sötétben mind világítanak. Kémiai tulajdonságaikat tekintve, a rádiumsók mindenben hasonlóak a báriumsókhoz. A rádiumchlorid azonban kevésbé oldható, mint a báriumchlorid, a nitrátoknak vízben való oldhatósága, úgy látszik, nem nagyon különböző. A rádiumsók állandó önkéntes hőkibocsátás forrásai” n 21
A radioaktív sugárzás n „Az urán, a tórium, a polónium, a rádium és ezek vegyületei a levegőt elektromos vezetővé teszik és a fotolemezeken nyomot hagynak. Mindkét hatás sokkal erősebb a polónium és a rádium esetében, mint az uránnál és a tóriumnál. A rádiummal és a polóniummal már fél perces exponálási idő után kielégítő nyomokat kapunk a fotolemezeken; míg az urán és a tórium esetében ugyanolyan eredmény eléréséhez több órára van szükség. ” n Különböző forrásokból származó és különböző típusú sugárzások hatótávolságát próbálták meghatározni levegőben, illetve különböző vastagságú fémlemezek segítségével, mellyel azok energiája arányos. Megállapítja, hogy a sugárzás a vastagsággal exponenciálisan gyengül. Marie Curie vizsgálta, hogy a különböző típusú sugárzás számaránya miként változik az összeshez viszonyítva. Sok ilyen méréssorozat is található az értekezésben. n n 22
Egyes rádiumvegyületek aktivitása az uránhoz képest és egy 0, 01 mm vastagságú alumíniumlemezen áthaladó sugárzás %-a: Ezzel a módszerrel az alfa részecskéket szűrte ki, melyek természetesen %osan azonosak a minta aktivitásától függetlenül. - A szpintariszkópban megjelenő fényfelvillanásokat atomi folyamatként értelmezi. - Túltelített vízgőz lecsapódik a sugárzás hatására. - Folyadékokban is ionizációt okoz (telítési áram mérése). - Termolumineszcencia jelensége. - A hőmérséklet széleskörű változása nem befolyásolja a radioaktivitás jelenségét. - 1 mól rádium óránként annyi hőt fejleszt, mint 1 g hidrogén elégetésekor felszabadul! 23
n „Az alkalmazott urániumréteg vastagságának befolyása csekély, feltéve, hogy a rétegezés folytonos. Ime néhány idevágó kisérleti adat: ” n „Ebből ara következtethetünk, hogy az anyag maga, a mely az urániumsugarakat kiadja, igen erősen abszorbeálja ezeket, minthogy a mélyebb rétegekből kiinduló sugarak már nem tudnak jelentékeny hatásokat létesíteni. ” „Urániumvegyületeknél az abszorpczió ugyanaz, akármilyen vegyületet alkalmazunk, a mi azt a véleményt kelti bennünk, hogy a különböző vegyületek ugyanoly természetű sugarakat 24 bocsátanak ki. ” n
Polónium alfa sugárzásának vizsgálata PP és P’P’ kondenzátorlemezek, melyek a BBBB földelt fémládába vannak elhelyezve. A T egy fémháló és az A aktív anyag CC fémdobozban van elhelyezve. Az A mintára így különböző lemezeket lehetett elhelyezni különböző távolságokban. 0, 01 mm –es alumíniumlemez(ek) hatása: n 25
A radioaktív sugárzás tulajdonságai Egyenes vonalban terjed – a sugárzás útjába tett test árnyéka éles. n Távolságfüggés 1/R 2 n 26
Az alfa, béta és gamma sugárzások mágneses tulajdonságai A mágneses mezőbe az indukcióvonalakra merőlegesen érkező töltött testek körpályán mozognak a Lorentz erő hatására. „A -sugarak ugyanúgy terelődnek el, mint a katódsugarak és a rajzsíkban kör alakú görbékbe mennek át, melyek sugara tág határok közt ingadozik. ” „valóságos folytonos spektrum” 27
A sugárzás „lefényképezése” 28
Kaufmann 1901 -es mérése Marie Curie doktori értekezésében lehet megtalálni a következő táblázatot: e/m elektromágneses egységben v cm/s - ban n 1, 865 0, 7 katódsugaraknál n 1, 31 „ 2, 36 „ rádiumsugaraknál n 1, 17 „ 2, 48 „ n 0, 97 „ 2, 59 „ n 0, 77 „ 2. 72 „ n 0, 63 „ 2, 83 „ „Ebből az következnék, hogy a részecske m tömege a sebesség növekedésével növekszik. „ 29
Kaufmann 1901 -es mérése „…a rádiumsugaraknak igen vékony kévéjét elektromos és mágneses tér egyidejű hatásának vetette alá, a két tér homogén, irányuk ugyanaz volt (merőleges a sugár eredeti irányára). A sugárzó forrással ellentett oldalra, a terek határán túl, az eredeti sugárirányra merőlegesen elhelyezett fényképező lemezen hagyott benyomás egy görbe, melynek minden pontja az eredeti összetett sugárkéve egy-egy sugarának fele meg. A legnagyobb áthatoló képességű és legkevésbé eltérített sugarak azok, a melyeknek sebessége a legnagyobb. ” Elektromos eltérítés: Mágneses eltérítés: Innen a sebesség: 30
Ulm, Einstein szülőházának emlékműve Függ-e a test tehetetlensége energiatartalmától 1905 -6. 31
A radon és bomlástermékei (emanációk) n „Rádiumos oldat beforrasztott edénybe van zárva, felnyitjuk az edényt, az oldatot csészébe töltjük és megmérjük aktivitását: ” n „Rádiumos báriumchlorid oldat, mely szabad levegőn állott, üvegcsőbe töltünk, a csövet leforrasztjuk és a cső sugárzását lemérjük. ” Az első esetben a radon eltávozhat, a másodikban nem, így ott megjelennek a bomlási sor további tagjai, ezért nő az aktivitás. n Emanáció keletkezik tórium, rádium és aktínium esetében, melyek a radon különböző izotópjai a 3 bomlási sorban, melyek tovább bomlanak. És ez magyarázza azt is, hogy minden radioaktív lesz a laboratóriumban. 32
Mekkora energia szabadul fel? n n n A rádiumvegyületek mindig kissé melegebbek, mint a környezetük. Ha egy ilyen vegyületet kaloriméterbe helyeztek, megállapítható volt, hogy minden gramm rádium kb. 588 J hőt fejleszt óránként. Ezt az értéket elosztva a keletkező -részecskék számával, meg lehet határozni egy részecske energiáját. A bomlások számának a meghatározása egy úgynevezett spintariszkóp segítségével történt. A spintariszkóp egy kis méretű doboz, melynek az alját belülről cinkszulfiddal vonták be, míg a másik oldalára egy lencsét helyeztek. A lencse és a cink-szulfid felület közé egy tűt helyeztek, melyre kis mennyiségű radioaktív anyagot vittek fel. A tűről a cink-szulfid felületre került részecskék a nagyítón keresztül megfigyelhető szcintillációt, fényfelvillanást hoznak létre. Figyelembe kell venni azt is, hogy a rádium bomlása során három olyan bomlási termék, leányelem is felhalmozódik, melyek szintén -részecskéket bocsátanak ki. 33
Egy konkrét mérés a következőképp történhetett Lemértek 5 mg rádiumot tartalmazó sót, melyet 5 liter vízben feloldottak. A jól összekevert oldatból ez után 1 mm 3 oldatot juttattak a spintariszkóp tűjére, ahonnan a víz elpárolgott, ellenben ottmaradt a rádiumtartalmú anyag. A spintariszkóp tűjére 10 -9 g rádium került. 100 s alatt 37 felvillanást lehetett látni. De mivel ebben az esetben csak minden 100 -adikat lehetett észlelni, így a 100 s alatt 3700 bomlás történik. 1 g rádium esetében pedig 109 –szer több, vagyis 3, 7. 1010 bomlás s-onként, ami óránként 1, 33. 1014 bomlást jelent. Az egy óra alatt fejlődő hő 588 J, ami valamennyi bomlás során keletkező energia, melynek még a negyed részét kell venni, tehát a rádium bomlási sorában keletkező részecskék energiája körülbelül 1, 1. 10 -12 J. n A kémiai reakciók esetében elemi átalakulásonként átlagosan csak 10 -18 J nagyságrendű energia szabadul fel. Az atommag esetében kb. milliószoros az energiafelszabadulás! n 34
Magyar vonatkozások Feladatok a radioaktivitás kutatásában: - fel kellett térképezni a radioaktív családokat, - meghatározni a felezési időket, - vizsgálni a kibocsátott sugárzások különféle hatásait. A magyar kutatók: Ismerték a legújabb kutatási eredményeket. Alkotó módon hozzájárultak a továbbfejlesztésükhöz a meglehetősen szűkös kutatási lehetőségek ellenére. Hazai szakfolyóiratokban is megjelentek cikkek. Doktori értekezések készültek. Kutatások fő témakörei: - méréstechnika, - ásványvízvizsgálatok. A kutatók megvitatták egymás eredményeit például a Természettudományi Társulat, vagy a Magyar Tudományos Akadémia keretein belül, melyekről publikációk is készültek. 35
Götz Irén (Magyaróvár 1889 – Ufa 1941) n n Fizikát, matematikát, kémiát és filozófiát hallgatott a Budapesti Tudományegyetemen, ahol 1911 ben avatták doktorrá. Doktori értekezésének címe: A radium emanatio quantitatív meghatározásáról (22 oldal sűrű szedésben). Ezután alkalma volt Madame Curie laboratóriumában, Párizsban posztgraduális tanulmányokat folytatnia, 1911– 1912 -ben. Ő az első nő, aki hazánkban egyetemen adott elő. 36
1911 -es doktori vizsgájának kérdése a következő volt: „a rádioactivitás története, a mérési módszerek kritikai ismertetése, a rádioactivitás chemiai jelentősége” (1911). Milyen sugarakat lövel ki: Bomlásának félideje: Az sugarak hatástávola: α, 3, 8 nap 4, 2 cm „ A Po 218 α, 3 percz 4, 8 cm „ B ? 28 percz - α, β, γ 20 percz 7 cm ? 40 év - „ E Bi 210 β, γ 6 nap - „ F Po 210 α, 143 nap - Az átalakulási termék neve: Rádiumemanáczió Rn Pb 214 „ C Bi 214 „ D Pb 210 !! 37
Róna Erzsébet (1890 -1981) 38
Tanulmányai befejezése után Fajans és F. Soddy mellett kezdett dolgozni, akik akkor fedezték fel az izotópokat (plejádokat, ahogy akkor mondták). n Magyarországon Hevesyvel az izotópok alkalmazásának, a radioaktív nyomjelzésnek - amit Ő nevezett el így - kutatásában vett részt. n n n Később Otto Hahn mellett tórium-230 -at kellett izolálnia uránércből. A bécsi Rádium Intézetben folytatta munkáit 1924 -től, ahol sok női kutató dolgozott. Itt használt először a világon védőeszközt a sugárzás esetleges károsító hatásaival szemben. Irene Curie munkatársaként is tevékenykedett Párizsban a Curie Intézetben, polónium előállításán dolgozott. Találkozott Marie Curie-vel. Később az USA-ban folytatta munkáját, mint pl. különféle anyagokban miként fékeződik le a proton, milyen sugárzások keletkeznek alumínium atommag és proton kölcsönhatásakor. Rona, Elizabeth (1978): How it Came About. Radioactivity, Nuclear Physics, Atomic Energy. Oak Ridge Associated Universities. 39
Az urán átalakulásai 1914. UI UX II UII 40
Hol lehet olvasni a témáról? n n n Radnóti Katalin (2008): A magfizikai kutatások hőskora, női szemmel – III-III. Fizikai Szemle. LVIII. évfolyam 3. szám 113 -119. oldalak, 4. szám 150 -154. oldalak, 5. szám 193 -197. oldalak Radnóti Katalin – Inzelt György (2009): „Bámulattal szemléljük a testek önsugárzását…” Az atomkorszak magyar úttörői. In. Vértes Attila (Szerk. ): Szemelvények a nukleáris tudomány történetéből. Akadémiai Kiadó. Budapest. 2009. 69 – 106. oldalak. Vértes Attila – Radnóti Katalin (2010): Marie Curie és a kémia éve. Kémiai Panoráma. 2. évfolyam 2010/2. 12 -17. oldalak Radnóti Katalin – Vértes Attila (2011): Egy Nobel-díjas család. Első rész. Természet Világa. 2011/1. 2 -5. oldalak Radnóti Katalin (2011): 2011. A Kémia Éva – Marie Curie kísérletei Nukleon. IV. évfolyam 2. szám http: //mnt. kfki. hu/Nukleon/ Martinás Katalin – Radnóti Katalin (2010): Epizódok Madame Curie életéből. Fizikai Szemle. LX. évfolyam 1. szám 14 -16. oldalak 41
Összefoglaló A múlt értékeinek feltárása, emlékezés. n Oktatás: n · Érdekes felfedezések, történeti kontextusban. · Hogyan jöttek rá a dolgokra, nem csak a végeredmény. · Integrált szemléletű megközelítés. · Projektes megközelítési lehetőség. · Differenciálási lehetőségek. 42
Köszönöm a figyelmet! rad 8012@helka. iif. hu http: //members. iif. hu/rad 8012/ 43
- Marie curie ni
- Mappa concettuale sulle api
- Elemento marie curie
- Marie curie pharmacy
- Lycée marie curie versailles bts
- Marie curiová pierre curie
- 1794-1743
- Marie curie biografija
- Where was marie curie born
- Ce que tu fais te fait
- Whos marie curie
- Marie curie was born maria sklodowski
- Marie curie facts
- Ent lycee marie curie
- Marie curie
- Alex brizendine
- Paul langevin et marie curie
- 1934-1867
- Marie curie career integration grant
- Marie curie fun facts
- Dr botos katalin
- ámon katalin
- Varga katalin eszter
- Vesztergombi katalin
- Dr dankó katalin
- Parti katalin
- Középbél szakaszai
- Gallatz
- Bordás katalin
- Eperjesi katalin
- Dr déri katalin
- Gundel katalin
- Radnóti katalin
- Feszített részgráf
- Ggl oticum
- Radix cranialis
- Dr gallatz katalin
- Embriópajzs
- Dr zahuczky katalin rendelés
- Szalai katalin pszichológus
- Dr gallatz katalin
- Ventral pallidum
- Kopf katalin
- Zahuczky katalin