07/11/2011

Ciclo de Conferências Ano Internacional da Química – 2011

Agência FAPESP – A FAPESP, por meio da revista Pesquisa FAPESP, e a Sociedade Brasileira de Química (SBQ), realizarão no dia 9 de novembro as duas últimas conferências do Ciclo de Conferência Ano Internacional da Química 2011.

A primeira conferência, sobre “A contribuição de Marie Curie para a ciência e um olhar sobre o papel das mulheres cientistas”, acontecerá na parte da manhã, das 9h às 12h. A cientista polonesa, radicada na França, foi a primeira mulher a ser laureada com o prêmio Nobel de Química, há cem anos, o que contribui para que a Unesco e a União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac) escolhessem essa data para celebrar o Ano Internacional da Química.

A segunda conferência do Ciclo,

sobre “A química inteligente a serviço da medicina”,

acontecerá na parte da tarde, das 14h às 18h.

Durante o evento, serão exemplificados aspectos da química fundamental que apresentam forte integração com os últimos avanços no estado da arte da medicina moderna.

As conferências são abertas ao público em geral e serão realizadas no auditório “Governador Carlos Alberto de Carvalho Pinto”, da FAPESP, localizada na R. Pio XI, nº 1500.

Mais informações e inscrições:

www.fapesp.br/eventos/aiq.

Marie Curie

A física polonesa Maria Skodowska Curie (1867-1934) é uma famosa personagem da história da ciência. Foi a primeira mulher a ganhar um prêmio Nobel, conseguindo se destacar como pesquisadora em uma época em que as universidades eram um domínio masculino. Mas qual, afinal, foi sua contribuição importante à ciência? Podemos dizer que, com a colaboração de seu marido Pierre Curie, ela “inventou” a radioatividade e descobriu novos elementos radioativos – o tório, o polônio e o rádio. Foi apenas a partir do seu trabalho que surgiu um enorme interesse pelos fenômenos radioativos e que essa área começou a se desenvolver de fato.

Costuma-se dizer que a radioatividade foi descoberta pelo físico francês Henri Becquerel (1852-1908) em 1896. No entanto, somente dois anos depois, em 1898 (um século atrás) o fenômeno da radioatividade foi percebido como algo totalmente novo, graças às pesquisas de Maria Curie e seu marido, o físico francês Pierre Curie (1859-1906). Vamos contar essa história.

O INÍCIO NA VIDA ACADÊMICA

Em 1897 aos 30 anos de idade, Maria Curie ainda era uma pessoa desconhecida. Polonesa, de família pobre, conseguiu com muitas dificuldades estudar em Paris, onde obteve as licenciaturas em Física (1893) e Matemática (1894). Casou-se no ano seguinte com Pierre Curie, um pesquisador oito anos mais velho do que Marie, experiente, que já tinha publicado importantes trabalhos experimentais (sobre a “piezoeletricidade”, um fenômeno em que cristais submetidos a tensões produzem eletricidade) e teóricos. Maria realizou suas primeiras pesquisas sobre um tema não muito interessante de física aplicada: o estudo do magnetismo de aços industriais. Em 1897, após uma gravidez difícil, nasceu sua primeira filha, Irène. Logo depois, com o apoio do marido, Maria resolveu tentar aquilo que nenhuma mulher havia ainda conseguido: um título de doutora em física, pela Sorbonne.

O tema escolhido para o doutoramento foi a estranha radiação emitida pelos compostos de urânio, que Henri Becquerel havia descoberto dois anos antes. Nessa época, não se falava sobre “radioatividade” – essa palavra só foi inventada em meados de 1898, pela própria Maria Curie. A descoberta de Becquerel era uma coisa considerada de pequena importância.

Ele notara que diversas substâncias contendo urânio emitiam certos raios invisíveis parecidos com os raios X, que atravessavam o papel e produziam manchas em chapas fotográficas. No entanto, esse fenômeno não parecia algo extraordinário: era explicado pelo próprio Becquerel como um tipo de fosforescência invisível – um fenômeno semelhante, portanto, a outros bem conhecidos.

Seguindo uma sugestão do físico inglês Silvanus Thompson (1851-1916), o fenômeno era chamado de “hiperfosforescência”. Becquerel havia escrito alguns artigos curtos sobre o assunto, e depois abandonara essa linha de pesquisa, que não lhe parecia promissora, dedicando-se a outro fenômeno que, na época, lhe pareceu muito mais importante.

Trabalhos publicados por diversos autores da época pareciam indicar que muitos outros materiais também emitiam radiações invisíveis capazes de produzir marcas no papel fotográfico: giz, papel comum, açúcar, e até vagalumes.

Maria Curie deve ter iniciado o estudo das radiações do urânio sem grandes expectativas. O primeiro tópico que estudou foi a condutividade elétrica do ar produzida por esses raios. Quando se coloca um composto de urânio perto de um objeto eletrizado, ele se descarrega. Em sua pesquisa, Maria Curie fez medidas desse efeito utilizando um instrumento que Pierre Curie havia inventado – um aparelho de medidas elétricas que utilizava um quartzo piezoelétrico. Não há dúvidas de que Pierre foi quem orientou os primeiros passos de Maria nessa pesquisa.

AS PESQUISAS COM RADIOATIVIDADE

A escolha do método elétrico foi um golpe de sorte. O uso de chapas fotográficas para estudar as radiações era uma técnica inadequada, porque elas são influenciadas por inúmeros fatores: calor, pressão, umidade, efeitos químicos, etc. Enquanto apenas se utilizava chapas fotográficas, era impossível perceber que as radiações do urânio eram uma coisa diferente das outras supostas radiações invisíveis. No entanto, quando foram estudados os efeitos elétricos, foi possível perceber que o giz, o papel, o açúcar e as outras substâncias que pareciam emitir raios invisíveis não tornavam o ar condutor de eletricidade.

Maria Curie testou diversos compostos e minerais contendo urânio. Todos eles tornavam o ar condutor. O efeito observado dependia da proporção de urânio nos compostos, mas não dependia dos outros elementos presentes. Isso indicava que a emissão de radiação não estava associada à estrutura molecular ou cristalina das substâncias em questão, dependendo apenas da quantidade de átomos de urânio no material.

Maria Curie examinou um grande número de substâncias comuns, depois começou a testar sistematicamente todos os compostos químicos e minerais que existiam no laboratório da Escola Industrial de Química e Física, onde trabalhava. Inicialmente, nenhum deles parecia produzir efeitos semelhantes ao urânio. Após muitos resultados negativos, no entanto, Maria Curie encontrou a primeira novidade: os compostos de tório também produziam efeitos iguais aos do urânio.

Perceber que as radiações estudadas por Becquerel não eram uma propriedade exclusiva do urânio foi um passo importante, mas na verdade essa descoberta de Madame Curie já tinha sido antecipada: dois meses antes, o físico alemão Gerhard Schmidt (1865-1949) já tinha descoberto que o tório também emitia radiações do mesmo tipo.

Além do urânio, do tório e seus compostos, ela notou que o cério, o nióbio e o tântalo também pareciam fracamente ativos. Já se sabia que o fósforo branco também era capaz de ionizar o ar, mas Maria Curie notou que outras formas do fósforo (fósforo vermelho, ou fosfatos) não produziam o mesmo efeito e que, portanto, provavelmente se tratava de um fenômeno de natureza diferente.

Examinando diversos minerais naturais, Marie Curie notou que, como era de se esperar, todos os que continham urânio e tório emitiam as radiações ionizantes. Porém, para sua surpresa, observou que alguns minerais produziam radiações mais intensas do que o urânio ou o tório puros. A calcolita natural, por exemplo, era duas vezes mais ativa do que o urânio metálico. Isso contrastava com os resultados anteriores que indicavam que a intensidade de radiação era proporcional à quantidade de tório ou de urânio dos compostos.

Para verificar se esse resultado era devido à natureza química dos materiais, Curie sintetizou um dos minerais, a calcolita (fosfato cristalisado de cobre e de urânio) a partir de substâncias químicas puras, e notou que essa calcolita artificial era tão ativa quanto outros sais de urânio, e menos ativa do que o urânio puro. Marie Curie conjeturou que esses minerais deviam conter algum outro elemento desconhecido, mais ativo do que o urânio.

UM NOVO ELEMENTO QUÍMICO?

Esses primeiros resultados pareciam muito importantes. Pierre Curie, que até esse momento apenas acompanhava o trabalho de Maria, resolveu abandonar suas outras pesquisas e dedicar-se totalmente, com sua esposa, a esse novo tema.

Pierre e Marie Curie

A partir desse instante (abril de 1898), a pesquisa de Maria e Pierre Curie foi guiada pela hipótese de que a emissão das radiações que estava estudando era uma propriedade atômica, peculiar a certos elementos químicos. Certos elementos emitem, espontaneamente, essas radiações (são radioativos), e essa propriedade não é afetada pelo seu estado físico ou químico. Não se trata de um fenômeno parecido com a fosforescência, porque não é modificado quando se ilumina o objeto ou quando ele é mantido no escuro. Era rejeitada, assim, a hipótese da hiperfosforescência, que Becquerel adotava. Outros elementos não são radioativos e não podem adquirir a capacidade de emitir radiações. Esse era o conceito básico de radioatividade, proposto por Maria e Pierre Curie em meados de 1898.

Posteriormente, essa hipótese teve que ser modificada (existe a radioatividade artificial, induzida), mas isso só ocorreu muitos anos depois.

Os minerais mais radioativos de urânio estudados por Maria Curie foram algumas amostras de pechblenda (mineral de óxido de urânio), que chegavam a ser quatro vezes mais ativas do que o urânio metálico. Baseando-se em sua hipótese, Maria e Pierre Curie suspeitaram que esses minerais poderiam conter uma pequena quantidade de outra substância fortemente ativa, e resolveram tentar isolar essa substância dos minerais, por processos químicos. Tratava-se, evidentemente, apenas de uma hipótese, que poderia se mostrar falsa. No entanto, eles resolveram investir todo seu esforço, durante os meses seguintes, nessa pesquisa.

Note-se que o elemento procurado não era nenhum dos conhecidos até então pela ciência, pois Maria já havia testado todos eles. Tratava-se, portanto, de uma tentativa extremamente ambiciosa: descobrir um novo elemento, desconhecido pelos químicos, mas existente em minerais conhecidos, e fazer isso através do estudo da radioatividade. Se a hipótese fosse confirmada, seria um resultado muito importante. Mas havia também o risco de um fracassso completo, porque afinal de contas não se sabia quase nada sobre a radioatividade.

Maria Curie se dedicou à separação dos elementos da pechblenda, utilizando os procedimentos químicos conhecidos e testando a radioatividade de cada substância isolada do mineral. Depois de muitos processos de separação, obteve um material que se comportava como o bismuto, sob o ponto de vista químico, mas que era fortemente radioativo – enquanto o bismuto comum não emitia radiações. Seria preciso aceitar que havia um novo elemento, desconhecido, misturado com o bismuto, ou então que uma mesma substância podia ser radioativa ou inativa, em situações diferentes.

Guiados pela hipótese de que a radioatividade é uma propriedade atômica de certos elementos, os Curie estavam convencidos de que havia algo novo misturado ao bismuto.

Mas como separá-lo? Como provar que existia ali um novo elemento?

A DESCOBERTA

Seguiu-se um período de muitas tentativas fracassadas. Maria e Pierre trabalharam juntos, e suas letras se alternam nos cadernos de laboratório onde eram anotadas suas idéias e experimentos. A separação completa do novo elemento não foi conseguida. No entanto, através de sucessivos processos de purificação, foi possível obter um material que ainda se parecia com o bismuto, mas que era 400 vezes mais ativo do que o urânio. Os Curie mantiveram a hipótese de que havia um novo elemento na substância que havia sido separada, e deram-lhe o nome de “polônio”, em homenagem à terra natal de Maria.

Continuando a investigar a pechblenda, com a ajuda de Georges Bémont, o casal Curie descobriu que era possível encontrar mais uma substância fortemente radioativa. Novamente, essa substância parecia difícil de ser isolada. Após uma série de reações químicas, como no caso do polônio, foi possível obter um material fortemente radioativo, mas suas propriedades químicas eram dessa vez iguais às do bário. Como no caso anterior, foi possível aumentar a concentração do material radioativo, através de processos de dissolução e precipitação, obtendo um material 900 vezes mais ativo do que o urânio puro, sem no entanto conseguir uma separação total do bário. Eles supuseram que havia um novo elemento desconhecido misturado ao bário, e deram-lhe o nome de “rádio”.

Para tentar demonstrar a existência dos novos elementos, os Curie imaginaram um teste decisivo: analisar o espectro dos materiais radioativos que haviam obtido. Cada elemento químico, quando vaporizado e percorrido por uma descarga elétrica, emite uma luz cujo espectro luminoso é constituído por certas linhas luminosas coloridas. A expectativa dos Curie era de que o espectro do bismuto radioativo (que supostamente continha polônio) e o do bário radioativo (que supostamente continha rádio) mostrassem linhas espectrais novas, diferentes das dos elementos conhecidos, o que seria uma importante confirmação de suas hipóteses.

No caso do bismuto radioativo, o teste foi um fracasso. Eugène Demarçay, um químico que trabalhava com Curie na Escola, especialista em espectroscopia, fez o teste para eles. Apesar de todos os seus esforços, não conseguiu notar nenhuma raia espectral nova. No entanto, alguns meses depois, fazendo o mesmo teste com o bário radioativo, a expectativa foi confirmada: Demarçay encontrou uma raia luminosa diferente de todas as conhecidas, e que era mais visível no material mais radioativo. Essa era uma forte evidência a favor da existência do rádio, um novo elemento químico. O trabalho em que esses resultados eram apresentados foi lido na Academia de Ciências de Paris um dia depois do Natal: 26 de dezembro de 1898.

Com os resultados inesperados e extremamente importantes obtidos em 1898, estava aberto o caminho para os estudos que o casal Curie realizou nos anos seguintes. A linha fundamental de trabalho passou a ser a de tentar isolar o polônio e o rádio da pechblenda, procurando obter esses elementos em forma pura, para determinar suas propriedades (especialmente o peso atômico). Durante quatro anos, de 1899 a 1902, o trabalho a que eles se dedicaram – realizado em sua maior parte por Maria – foi tratar quimicamente uma tonelada de pechblenda, purificando gradualmente seus materiais radioativos. O polônio, infelizmente, conseguiu resistir a todas as tentativas que fizeram, e não foi isolado por eles. Obtiveram, no entanto, cerca de um décimo de grama de cloreto de rádio quase puro, e conseguiram determinar o peso atômico desse elemento: aproximadamente 225.

Durante esses quatro anos, a teimosia de Maria Curie não lhe permitiu desistir do trabalho, mesmo quando ele parecia não avançar. O esforço físico exigido pelo trabalho era enorme, pois ao invés de utilizar pequenos tubos de ensaio era preciso manipular baldes e caldeirões com cerca de 20 kg de material de cada vez, transportando os recipientes de um lado para o outro, fervendo os líquidos, misturando com outros, borbulhando enormes quantidades do ácido sulfídrico fedorento, etc.

O FIM DA CARREIRA

Paralelamente aos esforços de Maria Curie para separar os novos elementos químicos, Pierre se dedicou a outras pesquisas sobre a radioatividade (especialmente sobre a natureza e os efeitos das radiações). Embora sempre mantivessem uma colaboração ativa, algumas vezes publicaram trabalhos isolados, como em 1903, quando Pierre mediu pela primeira vez, juntamente com André Laborde, o calor emitido espontaneamente pelo rádio – a descoberta fundamental da grande quantidade de “energia atômica” contida na matéria.

Os estudos realizados por Maria e Pierre Curie a partir de 1898 despertaram a atenção do mundo científico para a existência de um novo fenômeno, e levaram muitos pesquisadores a se dedicar ao estudo da radioatividade. Com a descoberta do rádio, os Curie colocaram à disposição dos pesquisadores uma fonte de radiação muito mais intensa do que o urânio e o tório, permitindo novos tipos de estudos – não só físicos, mas também médicos.

O trabalho do casal Curie foi sendo gradualmente reconhecido, e já em 1900 eles eram considerados como os mais importantes pesquisadores nessa área. Em 1903, enfim, Maria Curie defendeu a sua tese de doutoramento em física na Sorbonne, e foi aprovada com distinção e louvor. Em dezembro do mesmo ano, o casal Curie recebeu o reconhecimento internacional pelo seu trabalho, ganhando o prêmio Nobel de física, pela descoberta do polônio e do rádio (na verdade, meio prêmio Nobel, pois a outra metade foi concedida a Becquerel, pela descoberta da radioatividade).

Em 1903 ocorreu, portanto, o coroamento das pesquisas iniciadas em 1898. Pode-se dizer que, após esse período, a contribuição científica de Maria Curie foi pequena – muito menor do que no período já descrito.

Em poucos anos, no entanto, a liderança das pesquisas sobre radioatividade passou a outras mãos. Não foram os Curie que encontraram a explicação correta dos fenômenos radioativos. A partir de 1902, o físico neo-zelandês Ernest Rutherford (1871-1937) e o químico inglês Frederick Soddy (1877-1956), trabalhando no Canadá, propuseram a teoria que aceitamos atualmente: a de que os átomos dos elementos radioativos se desintegram lentamente, emitindo radiações e se transformando em outros elementos químicos. A partir dos trabalhos de Rutherford e Soddy, a pesquisa sobre radioatividade tomou nova direção, e o trabalho pioneiro dos Curie passou a fazer parte do passado.

No período posterior, Maria Curie continuou seu trabalho de pesquisadora, mas sem obter outros resultados espetaculares como os do início de sua carreira. Durante a primeira guerra mundial, dedicou-se a aplicações médicas dos raios X, e depois da guerra empenhou-se no trabalho de organizar seu laboratório, obter verbas, treinar novos pesquisadores, coordenar novas investigações e proporcionar condições de trabalho aos jovens. Depois de muitos problemas de saúde, em grande parte associados à sua exposição à radiação, acabou por falecer em 1934.

LEITURAS COMPLEMENTARES:

CURIE, Eva. Madame Curie. Trad. Monteiro Lobato. 12a. ed. São Paulo: Companhia Editora Nacional, 1976.
GIROUD, Françoise. Marie Curie. Trad. Ramon Américo Vasquez. São Paulo: Martins Fontes, 1989.
MARTINS, Roberto de Andrade. As primeiras investigações de Marie Curie sobre elementos radioativos.Revista da Sociedade Brasileira de História da Ciência [série 2] 1 (1): 29-41, 2003.