Η ανακάλυψη του φράγκιου

Το στοιχείο 87 μετά από τις ψευδο-ανακαλύψεις του ως ρώσιο, βιρτζίνιο και μολδάβιο, επιβεβαιώθηκε τελικά ως φράγκιο (Fr).

Το στοιχείο φράγκιο με ατομικό αριθμό 87 μόλις και μετά βίας υπάρχει. Σύμφωνα με εκτιμήσεις, μόνο 30 γραμμάρια του στοιχείου βρίσκονται στο σύνολο του φλοιού της Γης. Θεωρείται επίσης ως το πιο άχρηστο στοιχείο της πρώτης στήλης (ομάδας) του περιοδικού πίνακα, των γνωστών ως αλκαλίων, αφού: το λίθιο χρησιμοποιείται στις μπαταρίες, το νάτριο νοστιμίζει το φαγητό ως συστατικό του αλατιού, τα ιόντα καλίου (και νατρίου) ρυθμίζουν την λειτουργία των κυττάρων, τα άτομα ρουβιδίου μας αποκάλυψαν για πρώτη φορά πειραματικά το φαινόμενο της συμπύκνωσης Einstein, ενώ το καίσιο (και το ρουβίδιο) αποτελεί την καρδιά των ακριβέστατων ατομικών ρολογιών.

Όσον αφορά το τελευταίο αλκάλιο, το φράγκιο, η Βασιλική Εταιρεία Χημείας το θέτει ξεκάθαρα: ‘Το φράνκιο δεν έχει χρησιμεύει σε τίποτα. Άλλωστε έχει χρόνο ημιζωής μόνο 22 λεπτά περίπου’.

Το φράγκιο-223 και το ακόμα πιο σπάνιο φράγκιο-221 είναι τα μόνα ισότοπα που προκύπτουν στην φύση. Το φράγκιο-223 είναι το πιο ‘σταθερό’ ισότοπο, με χρόνο ημιζωής 21,8 λεπτά, και είναι μάλλον απίθανο να ανακαλυφθεί ή να συντεθεί ποτέ ισότοπο φράγκιου με μεγαλύτερο χρόνο ημιζωής. Το φράγκιο-223 είναι προϊόν της σειράς διάσπασης ουρανίου-235, και μεταπίπτει σε ράδιο-223 με β διάσπαση.

Παρά την αχρηστία του φράγκιου, η ανακάλυψή του αποτελεί ένα κλασικό παράδειγμα της επιστημονικής διαδικασίας. Γεμάτη εγωισμούς, κακόβουλα επιχειρήματα και ύπουλες αντιπαραθέσεις, η ιστορία της ανακάλυψής του περιγράφει επίσης τον θρίαμβο μιας ερευνήτριας, σε μια εποχή που λίγες γυναίκες κατάφερναν να συμμετάσχουν στην επιστημονική έρευνα.

Στις αρχές του εικοστού αιώνα, οι επιστήμονες αναζητούσαν επίμονα το στοιχείο 87,  το «εκακαίσιο» (eka-casium), το στοιχείο που έπρεπε να βρίσκεται στον περιοδικό πίνακα στοιχείων κάτω από το καίσιο, σύμφωνα με τις προβλέψεις του Mendeleev.

Έτσι, το 1925, ο Σοβιετικός χημικός Dmitry Dobroserdov ισχυρίστηκε ότι ανακάλυψε το στοιχείο 87 σε ένα δείγμα ραδιενεργού καλίου. Το ονόμασε ρώσιο (russium) αλλά αργότερα διαπιστώθηκε ότι επρόκειτο για το κάλιο-40. Το 1932, ο αμερικανός φυσικός Fred Allison υποστήριξε ότι ανακάλυψε, όχι ένα, αλλά έξι διαφορετικά ισότοπα του στοιχείου 87, που το ονόμασε virginium από την πολιτεία καταγωγής του την Βιρτζίνια. Στη συνέχεια η επιστημονική κοινότητα απέρριψε συνολικά την τεχνική του Allison, με τον νομπελίστα Irving Langmuir να την επικρίνει ως παράδειγμα «παθολογικής επιστήμης». Το 1936, ο φυσικός Horia Hulubei βρήκε ένα σταθερό ισότοπο που πίστευε ότι ήταν το στοιχείο 87. Ο Hulubei το ονόμασε moldavium λόγω της καταγωγής του από την Μολδαβία. Το μολδάβιο θα γινόταν αιτία επιστημονικής αντιπαράθεσης.

Τελικά, μια Γαλλίδα με το όνομα Marguerite Perey θα ήταν αυτή που θα βάφτιζε το στοιχείο 87 με το όνομα της πατρίδας της. Το 1938, σε ηλικία 29 ετών, η Perey είχε εργαστεί στο Institut du Radium στο Παρίσι για δέκα χρόνια. Ξεκίνησε την καριέρα της εκεί ως προσωπική βοηθός της Marie Curie.

Η Marguerite Perey το 1938

Οι ερευνητές του ινστιτούτου μελετούσαν το ακτίνιο, ένα ραδιενεργό στοιχείο με ατομικό αριθμό 89, το οποίο ανακαλύφθηκε το 1899. Οι επιστήμονες δεν γνώριζαν πολλά πράγματα γι’ αυτό. Το στοιχείο παρουσίαζε πειραματικές προκλήσεις λόγω της σπανιότητάς του: οι τεχνικοί του ινστιτούτου ανέκτησαν μόνο 1,5 μιλι-γραμμάρια ακτινίου από δέκα τόνους ορυκτού ουρανίου. Επιπλέον, δυσκολεύτηκαν να διαχωρίσουν το ακτίνιο από το χημικά παρόμοιο στοιχείο του, το λανθάνιο. Η συνήθης ρουτίνα της Perey στο ινστιτούτο ήταν να απομονώνει το ακτίνιο από το μετάλλευμα.

Λίγο μετά τα Χριστούγεννα του 1938, η Perey ανακάλυψε ένα περίεργο σήμα κατά τη μέτρηση της εκπομπής βήτα από τα δείγματά της. Η ακτινοβολία αυξήθηκε τα πρώτα 20 λεπτά περίπου, υποδεικνύοντας ότι το ακτίνιο διασπάται προς έναν θυγατρικό πυρήνα που εκπέμπει ακτινοβολία βήτα. Η Perey υποψιάστηκε ότι ο πυρήνας αυτός ήταν το στοιχείο 87. Ζήτησε άδεια τριών εβδομάδων για να ερευνήσει τις ιδέες της. Αλλά ο προϊστάμενός της, André Debierne, ενώ αρχικά απέρριψε το αίτημά της, τελικά συμφώνησε, δηλώνοντας ότι θεωρούσε «την ιδέα ανόητη που θα οδηγούσε σε αποτυχία».

Μέχρι στις 7 Ιανουαρίου 1939, η Perey αναμειγνύοντας διάφορες χημικές ουσίες, διαπίστωσε ότι η άγνωστη ουσία είχε παρόμοιες χημικές ιδιότητες με το καίσιο, σαν αλκαλικό μέταλλο. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι είχε βρει το στοιχείο 87, το οποίο είχε χρόνο ημιζωής 21 λεπτά. Αρχικά η Perey το ονόμασε ακτίνιο K.

Αλλά το επιστημονικό κατεστημένο δεν υιοθέτησε το συμπέρασμά της. Ο βραβευμένος με νόμπελ φυσικός Jean Perrin, δεν στήριξε την ανακάλυψή της. Ο Perrin δήλωσε στους δημοσιογράφους ότι ο συνεργάτης του Hulubei, ήταν εκείνος που ανακάλυψε το στοιχείο 87 (ως μολδάβιο) και το ακτίνιο K της Perey ήταν απλώς ένα ισότοπο του σταθερού μολδαβίου.

Το επιστημονικό κατεστημένο δεν αναγνώριζε την ανακάλυψή της μέχρι το 1946 και αυτό την πίκρανε ανεπανόρθωτα. Όμως, ανεξάρτητοι ερευνητές απέρριψαν το μολδαβιο αφού οι πυρηνικές μελέτες διαπίστωσαν ότι το στοιχείο 87 δεν διέθετε σταθερά ισότοπα. Έτσι, η Διεθνής Επιτροπή Ονοματολογίας κάλεσε την Perey να βαφτίσει το στοιχείο. Η πρώτη της πρόταση ήταν «catium», αναφερόμενη στη λέξη «cation-κατιόν», αλλά η προϊσταμένη της, Irène Joliot-Curie, σημείωσε ότι στους αγγλόφωνους το όνομα αυτό θα θύμιζε την λέξη «cats». Η Perey επέλεξε τελικά το «φράγκιο», δημιουργώντας ένα δεύτερο στοιχείο μετά το γάλλιο που έπαιρνε το όνομά του από τη Γαλλία.

Το 1939, η Perey δεν ήταν ούτε καν πτυχιούχος πανεπιστημίου. Σπούδασε μετά την ανακάλυψή της και πήρε το διδακτορικό της το 1946 από το πανεπιστήμιο του Παρισιού. Συνέχισε να μελετά το στοιχείο φράνγκιο και το 1949 ορίστηκε ως επικεφαλής της πυρηνικής χημείας στο πανεπιστήμιο του Στρασβούργου. Το 1962 έγινε η πρώτη γυναίκα που εξελέγη στη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών.

Αλλά η έρευνα της Perey είχε ακριβό τίμημα για την ίδια: η έκθεσή της στην ακτινοβολία προκάλεσε βλάβες στην υγεία της. Πέθανε το 1975 από καρκίνο στα οστά σε ηλικία 65 ετών.

Σήμερα υπάρχουν ερευνητές όπως ο Luis Orozco που δημιουργούν φράγκιο σε επιταχυντές. Ο Orozco μελετά ένα ισότοπο του φράγκιου που έχει χρόνο ημιζωής περίπου τρία λεπτά, με σκοπό την διερεύνηση της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Χρειάστηκαν πάνω από είκοσι χρόνια ώστε η ερευνητική του ομάδα καταφέρει την παραγωγή, την παγίδευση και τον χειρισμό του φράγκιου. Άλλοι ερευνητές σύμφωνα με τον Orozco έχουν επίσης προτείνει τα μόρια φραγκίου ως υποψήφια για την μελέτη της συμμετρίας αντιστροφής του χρόνου.

Ίσως τελικά μέσα από αυτές τις μελέτες βασικής έρευνας το φράγκιο καταφέρει να αποτινάξει την ταμπέλα του πιο άχρηστου αλκαλίου.

πηγή: https://www.aps.org/publications/apsnews/202201/history.cfm



Κατηγορίες:ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ, ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ, ΧΗΜΕΙΑ

Ετικέτες: , , ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: