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(página revisada em 14/04/2000)
A descoberta da radioatividade Veja também Links interessantes sobre Albert Einstein Links interessantes sobre física Sociedade Brasileira de Física |
Introdução
Quase todos já ouviram falar sobre a descoberta da radioatividade, que é um fenômeno pelo qual os núcleos atômicos sofrem transformações e emitem radiações, podendo, nesse processo, formar novos elementos químicos. Costuma-se dizer que esse fenômeno foi descoberto, acidentalmente, por Henri Becquerel, em 1896. Tudo aconteceu porque Becquerel guardou, em uma gaveta, um composto de urânio juntamente com uma chapa fotográfica, havendo depois revelado a chapa e notado nela os sinais da radiação. A história não é bem assim. Dificilmente se poderia afirmar que Becquerel descobriu a radioatividade; e aquilo que ele de fato descobriu não foi fruto do acaso. Este capítulo mostrará qual foi o trabalho de Becquerel, o longo e tortuoso caminho que levou à descoberta da radioatividade e discutirá as dificuldades de compreensão dos fatos que eram observados. Esse episódio é muito instrutivo, por mostrar claramente como as expectativas teóricas podem influenciar as próprias observações, levando o pesquisador a ver coisas que não existem. A radiação dos corpos luminescentes A descoberta dos raios X suscitou quase instantaneamente um grande número de trabalhos na Academia de Ciências de Paris, e foi a principal motivação para o trabalho inicial de Becquerel. Nesse sentido, destaca-se, em particular, a hipótese levantada por Poincaré [1], de que havia uma relação entre a emissão dos raios X e a fluorescência do vidro de que era feito o tubo de raios X. Nas suas próprias palavras: "É, portanto, o vidro que emite os raios Roentgen, e ele os emite tornando-se fluorescente. Podemos nos perguntar se todos os corpos cuja fluorescência seja suficientemente intensa não emitiriam, além de raios luminosos, os raios X de Roentgen, qualquer que seja a causa de sua fluorescência. Os fenômenos não seriam então associados a uma causa elétrica. Isso não é muito provável, mas é possível e, sem dúvida, fácil de verificar". [2]. É a busca dessa relação entre fluorescência e raios X que irá levar aos estudos de Becquerel. Na verdade, de acordo com os nossos conhecimentos atuais, não existe relação direta entre a emissão de raios X e a luminescência. Mas é graças a essa pista falsa que muitas descobertas serão feitas. Vários trabalhos relacionados com a descoberta de Roentgen foram apresentados na Academia nas primeiras sessões de 1896. Na sessão de 03/02/1896, Nodon informa que um arco voltaico não produz raios X, mas Moreau comunica que eles são emitidos pela descarga de alta voltagem de uma bobina de indução, sem a utilização de um tubo de vácuo e, portanto, sem raios catódicos. Benoist e Hurmuzescu observam que os raios X são capazes de descarregar um eletroscópio. Na outra semana (10/02/1896) aparece o primeiro trabalho destinado a testar a sugestão de Poincaré. Nessa sessão, Poincaré apresenta à Academia um trabalho de Charles Henry. Ele testa inicialmente se o sulfeto de zinco fosforescente é capaz de aumentar o efeito dos raios X e conclui que sim: se um objeto metálico é parcialmente recoberto com uma camada de sulfeto de zinco, a radiografia desse objeto fica mais forte e nítida na região recoberta do que na região sem sulfeto de zinco. Ainda mais: utilizando a luz produzida pela queima de uma fita de magnésio, em laboratório, Henry afirma ter conseguido obter efeitos iguais aos de uma radiografia, bastando recobrir o objeto com uma camada de sulfeto de zinco [3]. A hipótese de Poincaré parecia estar confirmada. Na semana seguinte (17/02/1896), entre a já usual profusão de estudos sobre os raios X, surge um trabalho de Niewenglowski que confirma e amplia os resultados de henry. Ele utiliza um outro material fosforescente - o sulfeto de cálcio. Eis sua descrição: "Tendo envolvido uma folha de papel sensível ordinário (papel fotográfico) com diversas camadas de papel agulha negro ou vermelho, coloquei acima dela duas moedas e recobri uma das metades (da folha) com uma placa de vidro com pó fosforescente (sulfeto de cálcio). Depois de quatro ou cinco horas de exposição ao Sol, a metade do papel sensível que havia recebido diretamente as radiações solares havia permanecido intacta e não apresentava nenhum sinal da moeda colocada acima dela, indicando assim que o papel negro ou vermelho não havia sido atravessado pela luz. A metade que só recebia os raios solares através da placa fosforescente estava completamente enegrecida, exceto pela porção correspondente a uma das moedas, da qual foi produzida uma silhueta branca sobre (um fundo) negro. Colocando apenas uma camada de papel vermelho fino, permitindo a passagem dos raios solares, constatei que a porção do papel sensível que só recebia as radiações solares após sua passagem pela camada fosforescente enegrecia muito mais rapidamente do que a outra". [4]. As observações de Niewenglowski corroboravam as de Charles Henry: os materiais fosforescentes pareciam emitir raios X, quando iluminados. Ainda mais: Niewenglowski estuda o efeito da fosforescência do sulfeto de cálcio colocado em um local escuro, depois de ter recebido a luz do Sol, concluindo que também nesse caso o material continuava a emitir radiações capazes de atravessar o papel negro: "Pude também observar que a luz emitida pelo pó fosforescente, previamente iluminado pelo Sol, na obscuridade, era capaz de atravessar várias camadas de papel vermelho e obscurecer um papel sensível que dele estava separado por essas camadas de papel". [5]. Passa-se mais uma semana. Na sessão de 24/02/1896, Piltchikof anuncia que, utilizando uma substância fortememente fluorescente dentro do tubo de Crookes, no local onde os raios catódicos atingem a parede de vidro, observou um grande aumento da intensidade dos raios X, permitindo a realização de radiografias em 30 segundos (anteriormente, eram necessários vários minutos). A sugestão de Poincaré já estava, portanto, resultando em importantes aplicações técnicas. Todos esses resultados espantarão a qualquer físico moderno. Não se conhece, atualmente, nenhum efeito semelhante a esse descrito por tais autores. As experiências não deveriam ter proporcionado os resultados observados. O que aconteceu? Não se sabe. Nessa mesma sessão da Academia, aparece o primeiro trabalho de
Henri Becquerel sobre o assunto.
A contribuição de Henri Becquerel Henri Becquerel pertencia a uma ilustre família de cientistas. Seu avô, Antoine Becquerel, nascido em 1788, foi um importante investigador dos fenômenos elétricos e magnéticos, tendo publicado um grande tratado sobre o assunto. O pai de Henri, Edmond Becquerel (1821-1891), notabilizou-se por seus estudos a respeito das radiações ultravioleta e dos fenômenos de fosforêscencia e fluorescência. Especialmente de 1859 a 1861, estudara os sulfetos de cálcio, de bário, de estrôncio e outros. Entre os materiais que estudou estavam incluídos alguns sais de urânio [6]. No laboratório de seu pai, Henri Becquerel desenvolveu seu treino cientifico e realizou sua primeiras pesquisas - quase todas sobre óptica e muitas delas, no período de 1882 a 1897, sobre fosforescência. Entre outras coisas, estudou a fosforescência invisível (no infravermelho) de várias substâncias. Estudou, em particular, os espectros de fluorescência de sais de urânio, utilizando amostras que seu pai havia acumulado ao longo dos anos. Nada era mais natural do que o interesse de Henri Becquerel pelos raios X e, mais particularmente, pela conjectura de Poincaré e pelos trabalhos de Henry e Niewenglowski. De fato: parecia simplesmente que, além de poderem emitir radiação visível e infravermelha, os corpos luminescentes podiam também emitir raios X. Becquerel resolve fazer experimentos sobre o assunto. Reproduziremos, abaixo, o texto completo da primeira nota de Henri sobre o assunto, apresentada à Academia no dia 24/02/1896 (dois meses após a divulgação da descoberta dos raios X): "Em uma reunião precedente [da Academia de Ciências Francesa], Charles Henry notificou que, ao se colocar sulfeto de zinco fosforescente no caminho dos raios que saem de um tubo de Crookes, aumentava a intensidade das radiações que penetram o alumínio. Além disso, Niewenglowski descobriu que o sulfeto de cálcio fosforescente, comercial, emite radiações que penetram em substâncias opacas. Esse comportamento se estende a várias substâncias fosforescente e, em particular, aos sais de urânio, cuja fosforescência tem uma duração muito curta. Com o sulfato duplo de urânio e potássio, de que possuo alguns cristais sob a forma de uma crosta transparente, fina, realizei a seguinte experiência: Envolve-se uma chapa fotográfica de Lumiére em duas folhas de papel negro muito espesso, de tal forma que a chapa não se escureça mesmo exposta ao Sol durante um dia. Coloca-se uma placa da substância fosforescente sobre o papel, do lado de fora, e o conjunto é exposto ao Sol durante várias horas. Quando se revela a chapa fotográfica, surge a silhueta da substância fosforescente, que aparece negra no negativo. Se for colocada uma moeda ou uma chapa metálica perfurada, entre a substância fosforescente e o papel, a imagem desses objetos poderá ser vista no negativo. As mesmas experiências podem ser repetidas colocando-se uma chapa fina de vidro entre a substância fosforescente e o papel; e isso exclui a possibilidade de qualquer ação química por vapores que pudessem sair da substância ao ser aquecida pelos raios do Sol. Pode-se concluir dessas experiências que a substância fosforescente em questão emite radiações que penetram um papel opaco à luz e reduzem sais de prata [sensibilizam o papel fotográfico]". [7]. Note-se que Becquerel conhece os trabalhos anteriores de Henry e Niewenglowski e que reproduz, sem grande alteração, o experimento do segundo. Apenas testou uma nova substância - o sulfato duplo de uranila e potássio - confirmando, também nesse caso, a hipótese de Poincaré. Na semana seguinte (02/03/1896), d’Arsonval descreve ter obtido radiografias utilizando uma lâmpada fluorescente e recobrindo os objetos a serem radiografados com um vidro fluorescente contendo um sal de urânio. Conclui nesse artigo que todos os corpos que emitem radiações fluorescentes amarelo-esverdeadas são capazes de impressionar chapas fotográficas recobertas por papel opaco à luz [8]. É nessa mesma sessão da Academia que Becquerel apresenta uma segunda nota, que é comumente descrita como representando a descoberta da radioatividade. Cortés Pla é um dos que comete esse erro, apesar de haver lido (e traduzido) os artigos de Becquerel: "Uma semana depois, no dia 2 de março, a Academia escuta o resultado de novas investigações que imortalizariam o nome de Becquerel, já que nelas se descreve a existência de um novo fenômeno: a radioatividade..." [ref. 6, p. 32]. Nessa segunda nota, Becquerel prossegue o estudo dos efeitos produzidos pelo sulfato duplo de uranila e potássio. Varia o experimento anterior, observando que as radiações emitidas por esse material são menos penetrantes do que os raios X comuns. Nota também que a emissão da radiação penetrante ocorre tanto no caso em que o material fosforescente é iluminado diretamente pelo Sol quanto ao ser iluminado por luz refletida ou refratada. Observa também que, mesmo no escuro, o material estudado sensibiliza chapas fotográficas (como o sulfeto de cálcio de Niewenglowski). Eis a transcrição dessa parte do artigo: "Insistirei particularmente sobre o seguinte fato, que me parece muito importante e alheio ao domínio dos fenômenos que se poderia esperar observar. As mesmas lamelas cristalinas, colocadas junto a chapas fotográficas, nas mesmas condições, isoladas pelos mesmos anteparos, mas sem receber excitação por incidência de radiação e mantidas na obscuridade, ainda produzem as mesmas impressões fotográficas. Eis de que maneira fui levado a fazer essa observação: dentre as experiências precedentes, algumas foram preparadas na quarta-feira, 26, e na quinta-feira, 27 de fevereiro; e como, nesses dias, o Sol apareceu apenas de modo intermitente, conservei as experiências que havia preparado e coloquei as placas com seus envoltórios na obscuridade de uma gaveta de um móvel, deixando as lâminas do sal de urânio em seu lugar. Como o Sol não apareceu de novo nos dias seguintes, revelei as placas fotográficas a 1o de março, esperando encontrar imagens muito fracas. Ao contrário, as silhuetas apareceram com grande intensidade. Pensei logo que a ação devia ter continuado na obscuridade e preparei a experiência seguinte: No fundo de uma caixa de cartão opaco coloquei uma placa fotográfica; depois, sobre o lado sensível, coloquei uma lamela de sal de urânio, lamela convexa [com a parte central mais alta] e que tocava a gelatina apenas em poucos pontos; então, ao lado, na mesma placa, coloquei outra lâmina do mesmo sal, separada da gelatina por uma fina lâmina de vidro. Após realizar essa operação, na sala escura, a caixa foi fechada, então colocada dentro de outra caixa de papelão e por fim dentro de uma gaveta. Repeti o processo com um receptáculo fechado por uma folha de alumínio, em que coloquei uma chapa fotográfica, e, do lado de fora, uma lamela do sal de urânio. O conjunto foi fechado em uma caixa de papelão opaco e depois em uma gaveta. Após cinco horas, revelei as placas e as silhuetas das lâminas cristalinas apareceram em negro, como nas experiências precedentes, como se tivessem se tornado fosforescentes pela luz. Em relação à lamela colocada diretamente sobre a gelatina, praticamente não havia diferença entre os efeitos nos pontos de contato e das partes da lamela que estavam separadas da gelatina por cerca de um milímetro; a diferença pode ser atribuída às diferentes distâncias das fontes das radiações ativas. A ação da lamela colocada sobre o vidro estava um pouco enfraquecida, mas a forma da lamela foi muito bem reproduzida. Finalmente, através da folha de alumínio, a ação foi consideravelmente enfraquecida, mas apesar disso era muito nítida. É importante notar que este fenômeno não parece dever ser atribuído a radiações luminosas emitidas por fosforescência, já que após 1/100 de segundo estas radiações se tornam tão fracas que são quase imperceptíveis. Uma hipótese que surge muito naturalmente ao espírito seria a suposição de que essas radiações, cujos efeitos possuem uma forte analogia com os efeitos produzidos pelas radiações estudadas por Lenard e Roentgen, poderiam ser radiações invisíveis emitidas por fosforescência, cuja duração de persistência fosse infinitamente maior do que a das radiações luminosas emitidas por essas substâncias. No entanto, as experiências presentes, sem serem contrárias a essa hipótese, não permitem formulá-la. As experiências que estou desenvolvendo agora poderão, espero, contribuir com algum esclarecimento sobre esse novo tipo de fenômeno" [9]. Note-se que não há quase nada de novo nesse "novo tipo de fenômeno". A única novidade é que a fosforescência invisível parecia durar muito mais do que a fosforescência visível (o que não era, de modo algum, contrário ao que se conhecia). Em um outro artigo de revisão sobre os raios X, publicado nesse mesmo mês, Raveau descreve os estudos de Charles Henry, Niewenglowski, Piltchikof, d’Arsonval e Becquerel como sendo, todos eles, casos especiais do fenômeno previsto por Poincaré e descoberto por Charles Henry [10]. Na semana seguinte (09/03/1896), em meio à quota usual de artigos sobre raios X, Battelli e Gambasso estudam o papel de substâncias fluorescentes no aumento do efeito dos raios de Roentgen. Troost estuda o sulfeto de zinco fosforescente (blenda) e repete e confirma as observações de Charles Henry, obtendo fortes imagens radiográficas ao excitar a fosforescência por meio da luz do magnésio. Troost cita também os trabalhos de Niewenglowski e Becquerel. Por sua vez, Henri Becquerel apresenta uma terceira comunicação. Nela, afirma que a radiação emitida pelo sal de urânio estudado é capaz de descarregar um eletroscópio (como os raios X). Era natural tentar repetir com essa radiação todos os tipos de experimentos já realizados com a radiação de Roentgen, para testar se eram iguais ou não. No entanto, a principal analogia que parecia atuar na mente de Becquerel era outra: o fenômeno era muito semelhante à fosforescência invisível (que ele havia estudado) na qual havia emissão de radiação infravermelha. Ora, a radiação infravermelha é da mesma natureza da luz e, ao contrário do que havia sido descrito no caso dos raios X, ela se reflete e refrata. Becquerel estuda a radiação do sulfato de uranila e potássio e conclui que ela se reflete em superfícies metálicas e se refrata no vidro comum [11]. Sabe-se, atualmente, que essa radiação não se reflete, nem se refrata no vidro. No mesmo artigo, Becquerel descreve observações nas quais os sais de urânio continuam a sensibilizar chapas fotográficas mesmo quando o material fosforescente fica guardado na obscuridade durante 7 dias e observa: "Talvez esse fato possa ser comparado à conservação indefinida, em certos corpos, da energia que absorveram e que é emitida quando são aquecidos, fato sobre o qual já chamei atenção em um trabalho [de 1891] sobre a fosforescência pelo calor" [12]. Nota-se que Becquerel continua a se basear nos fenômenos que já conhece, não reconhecendo nada de fundamentalmente novo naquilo que estuda. No mesmo artigo, Becquerel estuda outros materiais fosforescentes. Alguns deles são sais de urânio. Com todos eles são observados os mesmos efeitos. Com o sulfeto de zinco, ao contrário do que Henry e Troost haviam observado, Becquerel não nota nenhum efeito. No entanto, Becquerel faz observações na obscuridade - e Henry e Troost haviam feito experimentos enquanto o sulfeto de zinco era iluminado. Outros materiais fosforescentes (sulfeto de estrôncio e de cálcio) são examinados. O primeiro não proporciona nenhum efeito, no escuro. Uma amostra de sulfeto de cálcio que produzia fosforescência alaranjada também não produz efeitos, mas dois sulfetos de cálcio com luminescências azul e azul-esverdeado "produziam efeitos muito fortes, os mais intensos que já obtive nessas experiências. O fato relativo ao sulfeto de cálcio azul está de acordo com a observação do Sr. Niewenglowski através do papel negro." [13]. Por nossos conhecimentos atuais, é muito difícil compreender como podem ter ocorrido os efeitos descritos por Becquerel. As radiações emitidas pelos sais de urânio, na verdade, não se refletem nem se refratam; e o sulfeto de cálcio não deveria emitir radiações semelhantes às dos sais de urânio (e, pior ainda, mais fortes!). Ou existiram efeitos que não podem ser explicados por nossos conhecimentos, ou Becquerel se enganou em suas observações - e, neste caso, pode ter sido induzido por suas expectativas teóricas a ver fenômenos inexistentes. A menos que essas experiências sejam repetidas, com os mesmos materiais por ele utilizados, não será possível, no entanto, excluir a existência de fenômenos físicos atualmente ignorados e diferentes da radioatividade. Passam-se duas semanas e Becquerel publica novo trabalho (23/03/1896). Nele, descreve observações de que alguns compostos de urânio que não são luminescentes também produzem os efeitos antes descritos. Assim sendo, essa fosforescência invisível parece não ter ligação com a fosforescência ou fluorescência visível. Mas parece, segundo Becquerel, tratar-se realmente de um caso de fosforescência, pois ele afirma que a radiação aumenta quando os cristais que estavam no escuro são expostos à luz solar ou quando são iluminados por uma descarga elétrica [14] - novamente, o fenômeno descrito não deveria ocorrer, pelo que sabemos. Há outra observação curiosa, neste artigo. Becquerel afirma que as amostras de sulfeto de cálcio, que haviam produzido efeitos no escuro, agora não impressionavam mais as chapas fotográficas. Como já se viu, Becquerel acreditava que a radiação que estudava era semelhante à luz, pois se refletia e refratava, ao contrário dos raios X. No seu artigo seguinte [15], descreve experiências com finas lâminas de turmalina e afirma haver notado efeitos de polarização de sua radiação (outro resultado estranho!). Continua também a afirmar que o efeito se torna mais forte quando o material é excitado pela luz (e repete isso também no trabalho seguinte). Passam-se agora 7 semanas. Só então Becquerel apresenta
nova comunicação. Depois de ter observado que todos os compostos
de urânio (luminescentes ou não) emitiam essas mesmas radiações
invisíveis, Becquerel resolve testar o urânio metálico.
Obtém uma amostra preparada por Moissan (químico que nesse
mesmo ano havia isolado o metal) e verifica que ele também emite
a radiação. Ora, isso poderia ter mostrado que não
se tratava de um fenômeno de fosforescência e sim algo de outra
natureza. Mas Becquerel conclui que esse é o primeiro caso de um
metal que apresenta uma fosforescência invisível [16]. Seria
natural, a partir daí, pesquisar a existência de outros elementos
que emitissem radiações semelhantes, mas Becquerel não
o faz. Após esse trabalho, de 18 de maio, ele parece se desinteressar
e abandona esse estudo.
Os dois primeiros anos Como se pode perceber pela descrição feita até aqui, os trabalhos de Becquerel não estabeleceram nem a natureza das radiações emitidas pelo urânio nem a natureza sub-atômica do processo. Seu trabalho, originado, como o de Charles Henry e outros, pela hipótese de Poincaré, era apenas um dos muitos, da época, que apresentavam resultados de difícil interpretação. Visto no contexto da época, eram pesquisas que não tiveram o impacto nem a fecundidade da descoberta dos raios X. Poucos pesquisadores se dedicaram ao estudo dos "raios de Becquerel" ou "raios do urânio" até início de 1898. Por um lado, os próprios compostos luminescentes do urânio (ou o urânio metálico) eram de difícil obtenção. Por outro lado, Becquerel parecia ter esgotado o assunto. Além disso, muitos outros fenômenos anunciados na mesma época desviavam a atenção e apontavam igualmente para aspectos delicados desse tipo de estudos [17]. No Japão, em 1896, Muraoka investigou se certos vermes luminescentes eram capazes de emitir radiações invisíveis penetrantes, capazes de sensibilizar placas fotográficas. Parecia que sim, mas os resultados eram estranhos: o efeito só surgia quando os vermes eram mantidos úmidos e quando havia um cartão entre eles e a placa fotográfica. Concluiu-se, depois, que o efeito era devido apenas à umidade (pois papel umedecido produzia o mesmo resultado). No mesmo ano, observou-se que algumas placas metálicas recentemente polidas (de zinco, magnésio e cádmio) também sensibilizavam chapas fotográficas [18]. Um pesquisador norte-americano, McKissic, divulgou no mesmo ano que muitas outras substâncias pareciam emitir raios de Becquerel: cloreto de lítio, sulfeto de bário, sulfato de cálcio, cloreto de quinina, açúcar, giz, glicose e acetato de urânio. Várias outras alegações semelhantes surgiram no mesmo período - quase todas sem fundamento. Tudo isso ajudava a confundir a situação. Em um artigo de revisão do assunto publicado em 1898, Stewart descreveu todos os tipos de trabalhos publicados na época. Chegou à conclusão (provavelmente a mais aceita, na época) de que os raios de Becquerel eram ondas eletromagnéticas transversais (como a luz) de pequeno comprimento de onda e que o processo de emissão era um tipo de fosforescência [18]. Repete os resultados de Becquerel relativos à reflexão, refração e polarização dos raios de urânio e o aumento de intensidade da radiação após exposição à luz. Adota, essencialmente, a mesma concepção que Becquerel. É verdade que, em 1897, Gustave le Bon havia repetido os experimentos de Becquerel e não havia notado nenhum sinal de reflexão, refração ou polarização [19], mas ninguém lhe deu atenção. Todos imaginaram que se tratava de um tipo de radiação ultravioleta. Pode-se dizer que, de maio de 1896 ao início de 1898, esse campo
de estudos ficou estagnado. O único resultado novo, durante esse
tempo, foi o de que a radiação do urânio permanecia
forte ao longo de meses, apesar de não haver recebido luz. Embora
Becquerel ainda afirmasse que a excitação pela luz aumentava
a radiação emitida, Elster e Geitel não encontraram
esse efeito (que, é claro, não existe).
A descoberta de novos materiais radioativos No início de 1898, dois pesquisadores, independentemente, tiveram a idéia de tentar localizar outros materiais, diferentes do urânio, que emitissem radiações do mesmo tipo. A busca foi feita, na Alemanha, por G.C. Schmidt e, na França, por Marie Sklodowska Curie. Em abril de 1898, ambos publicaram a descoberta de que o tório emitia radiações, como o urânio. O método de estudo não foi fotográfico e sim com o uso de uma câmara de ionização, observando-se a corrente elétrica produzida, no ar, entre duas placas eletrizadas, quando se colocava um material que emitia radiações entre as placas. Esse método de estudos era mais seguro do que o uso de chapas fotográficas, já que estas, como vimos, podem ser afetadas por muitos tipos de influências diferentes. A radiação emitida pelo tório era observada em todos os seus compostos examinados, como ocorria com o urânio. Ela produzia efeitos fotográficos e era um pouco mais penetrante do que a do urânio. Schmidt afirmou ter observado a refração dos raios do tório (como Becquerel fizera anteriormente) mas não conseguiu notar nem reflexão nem polarização dos raios. Marie Curie estudou vários minerais, além de substâncias químicas puras. Notou, como era de se esperar, que todos os minerais de urânio e de tório emitiam radiações. Mas observou um fato estranho: "Todos os minerais que se mostraram ativos contêm os elementos ativos. Dois minerais de urânio - a pechblenda [óxido de urânio] e a calcolita [fosfato de cobre e uranila] são muito mais ativos do que o próprio urânio. Esse fato é muito notável e leva a crer que esses minerais podem conter um elemento muito mais ativo do que o urânio. Reproduzi a calcolita pelo processo de Debray com produtos puros; essa calcolita artificial não é mais ativa do que outros sais de urânio" [20]. Nesse mesmo trabalho, Marie Curie chama a atenção para o fato de que o urânio e o tório são os elementos de maior peso atômico (dos que eram conhecidos). Especula também sobre a causa do fenômeno. Diante da enorme duração da radiação, parecia absurdo, na época, que toda a energia emitida (que parecia infinita) pudesse provir do próprio material. Marie Curie supõe que a fonte seria externa, ou seja, que todo o espaço estaria permeado por uma radiação muito penetrante, imperceptível, que seria absorvida pelos elementos mais pesados e reemitida sob uma forma observável. A descoberta do efeito produzido pelo tório deu novo impulso à pesquisa dos "raios de Becquerel". Agora, percebia-se que esse não era um fenômeno isolado, que ocorria só no urânio. Marie Curie é quem dá a esse fenômeno o nome "radioatividade": "Os raios urânicos foram freqüentemente chamados raios de Becquerel. Pode-se generalizar esse nome, aplicando-o não apenas aos raios urânicos mas também aos raios tóricos e a todas as radiações semelhantes. Chamarei de radioativas as substâncias que emitem raios de Becquerel. O nome de hiperfosforescência que foi proposto para o fenômeno, parece-me dar uma falsa idéia de sua natureza". [21]. Vê-se que Marie Curie estava consciente de que se tratava de um fenômeno muito mais geral. Poucos meses depois da descoberta do efeito produzido pelo tório, Marie e Pierre Curie apresentarão um trabalho de ainda maior importância [22]. No trabalho anterior, Marie Curie havia sugerido que a pechblenda talvez contivesse outro material radioativo, desconhecido. Ela se empenha no trabalho de tentar isolar essa substância. Para isso, dedica-se a um trabalho de química analítica, separando progressivamente os constituintes da pechblenda, testando-os pelo método elétrico, de modo a separar as frações radioativas das inativas. Primeiramente, partindo da pechblenda que era duas vezes e meia mais ativa do que o urânio, foi feita a dissolução do mineral em ácido. Depois, borbulhou-se ácido sulfídrico (H2S) pelo líquido, havendo formação de vários sulfetos insolúveis, que se precipitavam. O urânio e o tório permaneciam dissolvidos. O precipitado era muito ativo. Adicionando-lhe sulfeto de amônia, os sulfetos de arsênico e de antimônio (não ativos) se dissolvem. O resíduo passa por outros processos de separação. Por fim, o material ativo fica unido ao bismuto, não sendo separável dele pelos processos usuais. Não era, portanto, nenhum elemento conhecido. Através de processos de sublimação fracionada foi possível obter um material (ainda unido ao bismuto) que era 400 vezes mais ativo do que o urânio puro. O casal Curie sugere: "Cremos portanto que a substância que retiramos da pechblenda contém um metal ainda não identificado, vizinho ao bismuto por suas propriedades analíticas. Se a existência desse novo metal for confirmada, propomos dar-lhe o nome de polônio, nome do país de origem de um de nós". [22]. Não se pode dizer que estivesse, de fato, estabelecida a existência de um novo elemento. O suposto novo metal se comportava como o bismuto e não tinha raias espectrais que pudessem ser notadas. Houve por isso certo ceticismo em relação a essa descoberta, inicialmente. Em artigo escrito após o trabalho relativo ao polônio, Marie Curie faz uma revisão dos conhecimentos sobre o assunto [21]. Nele, coloca em dúvida a existência de reflexão, refração e polarização dos raios de Becquerel e nega, com base nos estudos de Elster e Geitel, a possibilidade de intensificar a radioatividade pela exposição ao Sol. Marie Curie defende claramente a idéia de que a radioatividade é uma propriedade atômica. Na última reunião de 1898 da Academia de Ciências,
os Curie e Bémont apresentavam um novo trabalho [23]. Nele, apresentam
evidências de um novo elemento radioativo, quimicamente semelhante
ao bário, extraído também da pechblenda. Também
nesse caso, não foi possível separar o novo elemento do metal
conhecido; mas foi possível obter um material 900 vezes mais ativo
do que o urânio. Além disso, desta vez a análise espectroscópica
permitiu notar uma raia espectral desconhecida. Os autores do artigo dão
a esse novo elemento o nome de "rádio", por parecer mais radioativo
do que qualquer outro elemento.
Etapas posteriores Faltava muita coisa, ainda, a ser compreendida. O que eram as radiações emitidas: iguais aos raios X, ou não? Até essa época, parecia que sim. De onde saía a energia desprendida desses materiais? Por que alguns elementos são radioativos e outros não? Nada disso havia sido esclarecido. Não havia, também, suspeita de que a radioatividade acarretava transformações de um elemento químico em outro. O nome "radioatividade" existia, mas não se conhecia ainda o complexo fenômeno ao qual damos hoje esse nome. A história restante é longa e rica. Não é possível descrevê-la em detalhes, aqui. O objetivo central deste capítulo era mostrar que Becquerel ficou longe de estabelecer a existência da radioatividade, tal como a concebemos hoje. Vamos, por isso, apenas indicar alguns dos episódios posteriores, para dar uma idéia sobre o que faltava ainda descobrir [24]. A natureza e diversidade das radiações emitidas por materiais radioativos foi estabelecida gradualmente. No início de 1899, Rutherford notou a existência de dois tipos de radiação de urânio - uma mais penetrante e outra facilmente absorvida. Chamou-as de a (a menos penetrante) e b. No entanto, imaginou que ambas eram diferentes tipos de raios X. No final de 1899, Geisel observou que as radiações de polônio eram desviáveis por um ímã. Esses raios não podiam, portanto, ser raios X. O casal Curie verificou que alguns raios eram defletidos pelo ímã e outros não. Os que eram defletidos correspondiam à radiação b de Rutherford. O sentido da deflexão mostrou que eram semelhantes aos raios catódicos, ou seja, dotados de carga elétrica negativa. Posteriormente, o casal Curie observou, por medidas elétricas, que essa radiação transportava de fato uma carga negativa. A radiação não defletida foi identificada como radiação a (que, na verdade, é pouco desviada, por sua grande razão massa/carga). Becquerel, nessa fase, fez alguns estudos sobre a deflexão dessas radiações. Tentou defletir a radiação b por um campo elétrico, mas não conseguiu, inicialmente. Isso foi conseguido em 1900, por E. Dorn. No mesmo ano, Villard descobriu que os raios não desviáveis eram de dois tipos: os raios a (pouco penetrantes) e outros raios muito penetrantes, que foram denominados "raios g". Apenas em 1903, Rutherford observou que a radiação a podia ser defletida elétrica e magneticamente, verificando então tratar-se de partículas com carga positiva. Só então ficou mais clara a noção a respeito da natureza dessas três radiações. Outro aspecto da radioatividade - a transformação dos elementos radioativos - emergiu também aos poucos. Em 1899, Rutherford observou a existência de uma emanação radioativa do tório. Dorn verificou que o rádio também produzia uma emanação semelhante. Depois de vários meses, verificou-se tratar-se de um novo elemento químico, gasoso (radônio). Esse gás estava sendo produzido pelo material radioativo. Além disso, os Curie haviam notado, no final de 1899, que o rádio podia tornar radioativos os corpos próximos. No ano seguinte, Rutherford descobriu que a radioatividade induzida era devido a um depósito criado pela emanação gasosa. No entanto, esse depósito não era idêntico à emanação. Descobriu-se também que a emanação e o depósito
perdiam rapidamente suas radioatividades, o que mostrou tratar-se de uma
mudança atômica gradual. Após esses e outros estudos,
Rutherford e Soddy apresentaram a teoria das transformações
radioativas em 5 artigos publicados de novembro de 1902 a maio de 1903.
Com esses trabalhos, as linhas gerais da nova visão sobre a radioatividade
haviam já sido estabelecidas. Muitos aspectos foram esclarecidos
nos anos seguintes.
Comentários finais Mais do que diminuir o papel de Becquerel na descoberta da radioatividade, o objetivo deste capítulo foi mostrar a grande dificuldade existente no estabelecimento de fenômenos que não são esperados teoricamente. É fácil observar o que se prevê - aliás, como se viu, pode-se observar o que foi previsto até quando a previsão é falsa. Muito mais difícil é ver aquilo que contraria todas as expectativas. O estudo aprofundado de episódios como esse deveria fazer parte
da educação de todo cientista experimental, pois a visão
estereotipada do experimentador rebaixa e banaliza o trabalho experimental
- quando, na verdade, o bom trabalho experimental é extremamente
difícil, criativo e instigante, desde que se tenha coragem de enfrentar,
no laboratório, fenômenos que se recusam a respeitar as teorias
estabelecidas.
Apêndice Há um livro editado na Alemanha, que afirma ter sido Marie Curie, assistente de Becquerel. Por tudo que sabemos, a informação é surpreendente. O capítulo que acabamos de ver não estabelece qualquer relação de trabalho entre essas duas personalidades, e não temos conhecimento de qualquer trabalho em conjunto. De qualquer forma, vale a pena reproduzir aqui o texto mencionado: "Nas pesquisas cuidadosamente elaboradas por Becquerel o erro e a
coincidência não mais apareceram. Os resultados destes estudos
o autorizavam a concluir que os fenômenos observados nada tinha a
ver com fluorescência, mas com certas propriedades desconhecidas
dos sais de urânio. Becquerel observou então, que a ação
dos sais de urânio não dependia de seu estado físico
ou químico e que a radiação, durante algum tempo conhecida
como "radiação Becquerel", ionizava o ar exatamente da mesma
maneira como a radiação de Roentgen. Entretanto, no ano seguinte
acabou o interesse de Becquerel por esta radiação. Ele preferiu
concentrar seus esforços no efeito Zeeman do qual ele esperava
mais. O prosseguimento de seus estudos sobre as radiações
ele o confiou à sua Assistente Marie Curie-Sklodowska."
(Agradeço ao Prof. J.I. Kunrath (IF-UFRGS) por chamar a atenção
para esta referência [SIMONYI, K. Kulturgeschichte de Physik,
Frankfurt: Verlag Harri Deutsch Thun, p. 481], bem como por traduzir o
texto usado neste apêndice).
BIBLIOGRAFIA 1. POINCARÉ, H. Les rayons cathodiques et les rayons Roentgen. Revue Générale des Sciences, 7, 52-59 (1896). |
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