Verenigingen

De laatste der Mohikanen

| vrijdag 11 oktober 2019

Vele namen claimden de ontdekking van element Z 87, maar het was de Franse Marguerite Perey die in 1939 de eer mocht opeisen.

De Franse wetenschapper Marguerite Perey heeft de ontdekking van het element francium op haar naam staan. Het is het laatst ontdekte chemisch element dat in de natuur op aarde voorkomt, zij het in minuscule hoeveelheid, namelijk slechts 24,5 g in de aardkorst. Ook is Perey (1909-1975) voorlopig de laatste chemica die een element aan de periodieke tabel heeft toegevoegd.

Ontdekkingstocht

Maar laten we starten bij het begin. Perey wordt geboren in Villemomble nabij Parijs en opgeleid bij de Faculté des Sciences in Parijs. Zij begint haar loopbaan in 1929 als assistent van Marie Curie in het Institut du Radium in Parijs. Zij herinnert zich haar sollicitatiegesprek met mevrouw Curie als haar slechtste gesprek ooit. Zij zat immers, bloednerveus, als jong meisje voor de beroemde Nobelprijswinnaar. Tot haar stomme verbazing kiest Marie haar uit. Ze leerde haar actinium te concentreren uit een mengsel van zeldzame aardmetalen door herhaalde kristallisatie en verdamping. Dat moest snel, want de vervalreeks van de dochterisotopen, elk met hun eigen alfa- of bètastraling, verloopt ook snel.

Na Marie’s dood in 1934 werkt Perey verder onder leiding van André-Louis Debierne en Irène Joliot-Curie en vindt de directe bètastraling van actinium (Z 89) en diens alfaverval naar een nieuw element (Z 87) in 1939. Laten wij haar volgen op haar ontdekkingstocht die we in drie fasen zouden kunnen indelen, zoals blijkt uit haar Mede­deling van 9 januari 1939.

Allereerst de zuivering van het uitgangsproduct: een zout van actiniumhoudend lanthaan, gezuiverd van zijn afgeleiden. Na neerslag met achtereenvolgens ceriumhydroxide, waterstofsulfide en een ammoniumzout gaat alle actinium X in oplossing. Vanaf nu neemt ze in het residu een stijging van de bètastraling waar gedurende 20 minuten, die daarna een tijdlang constant blijft en dan opnieuw toeneemt door de vorming van vervalproducten. Zo’n getrapte stijging van de radioactiviteit werd nog nooit waargenomen.

Dan komt in de tweede fase: het gepieker. Is die stijging afkomstig van achtergebleven sporen van actinium X? Nee, zo blijkt na neerslag met loodsulfide. Dus ontstaat die uit het actinium zelf, meer bepaald als een nieuw element daarin aanwezig in een minieme hoeveelheid. De derde fase is het achterhalen van de chemische identiteit van het nieuwe element, eerst als alkali-element (twee atoomnummers lager dan actinium door het uitzenden van een alfadeeltje), daarna als zwaardere homoloog van cesium (door kristallisatie met caesium­perchloraat).

De voorgeschiedenis

Mendelejev liet het laatste vakje van de alkalimetalen open en voorspelde daar het eka-cesium. Reeds in 1925 claimen Frederick Loring en Gerald Druce de ontdekking van Z 87 op basis van RX-spectroscopie en de wet van Moseley, maar ze hebben zelf hun twijfels. Ook Otto Hahn in Berlijn (1927) en Friedrich Adolf Paneth in Wenen eisen het vaderschap op.

Een veel hooghartigere toon slaat Fred Allison van het Alabama Polytechnic Institute aan wanneer hij in 1930 zijn ontdekkingen van Z 87 en Z 85 aankondigt in Time Magazine. Hij had ze gevonden dankzij zijn magneto-optische machine. Wendell Mitchell Latimer van Berkeley wil hiermee tritium aantonen. We schrijven 1933. Een jaar later maakt Herbert MacPherson, ook van Berkeley, brandhout van Allisons methode. Tritium wordt pas in 1934 ontdekt door Rutherford en anderen.

Een ernstiger aanspraak komt van de Roemeense kernfysicus Horia Hulubei, die aan de Sorbonne zijn doctoraatsthesis had verdedigd voor onder andere Marie Curie, voorzitster van de beoordelingscommissie. Hij meent spectraallijnen te hebben gezien van nieuwe elementen (1936). Frederick Hirsh van de Columbia University wijst ze echter toe aan kwik en vindt zelf andere lijnen die hij toeschrijft aan Z 87 (1937). Pas 10 jaar later contesteert Hulubei op zijn beurt de lijnen van Hirsh, want die zijn volgens hem gemaskeerd door molybdeen en wolfraam.

En hier treedt Perey op het voorplan dankzij haar zenuwslopende extractie- en zuiveringstechniek die ze van haar lerares Marie Curie had geleerd. De rest van het verhaal kennen we.

…en van familienamen

Vrijwel elke pseudo-ontdekker bedenkt een naam: russium, moldavium, virginium, alabamium, … Perey noemt haar troetelkind eerst “actinium K” daarna “catium” omdat dit het grootste natuurlijk kation was, maar het klinkt te Engels (“cat”) vindt Irène Curie. Dan maar “Francium” naar haar vaderland Frankrijk met aanvankelijk het symbool Fa, later Fr. Met behulp van haar twee mentors behaalt ze haar doctoraat in 1946. Ze was al van in 1940 verbonden aan de Université de Strasbourg, wordt er in 1949 benoemd tot professor kernchemie en in 1958 tot directeur van het Centre de Recherche Nucléaire. Maar ze begint last te krijgen van de stralingsziekte, waaraan ze uiteindelijk overlijdt in 1975.

Francium heeft geen direct commercieel nut, veeleer een theoretisch nut als studieobject van de kernfysica, zoals het onderzoek naar de zwakke kernkrachten (die grote deeltjesversnellers overbodig maken), naar de overtreding van het pariteitseffect, naar de toroïdale stroom met anapoolmoment, naar betere focusing van de franciumstraling en gemakkelijker creëren van franciumisotopen… of hoe kleine dingen ook nuttig zijn.

Paul Balduck, voorzitter KVCV-sectie Historiek

KVCV

Lid worden van de KVCV? Ontdek de voordelen!

Logo KVCV

KVCV Facebook

De KVCV is ook op Facebook te vinden:

facebook