21. O elemento de Madame Curie

MINHA MÃE TRABALHOU em muitos hospitais, entre eles o Marie Curie Hospital, em Hampstead, especializado em tratamentos de rádio e radioterapia. Quando pequeno eu não sabia muito bem o que era rádio, mas entendia que tinha poderes terapêuticos e podia ser usado para tratar diversas doenças. Minha mãe dizia que o hospital possuía uma “bomba” de rádio. Eu vira fotos de bombas e lera sobre elas em minha enciclopédia infantil, e imaginava a bomba de rádio como um grande objeto alado que poderia explodir a qualquer momento. Menos assustadoras eram as “sementes” de radônio que eram implantadas em pacientes — pequeninas agulhas de ouro cheias de um gás misterioso —, e uma ou duas vezes minha mãe trouxe uma vazia para casa. Eu sabia que minha mãe tinha imensa admiração por Marie Curie — encontrou-a uma vez, e me contava, mesmo quando eu era bem pequeno, como os Curie haviam descoberto o rádio e como isso tinha sido difícil, porque eles precisaram examinar toneladas e toneladas de minério pesado para obter um mero fragmento da substância desejada.

A biogra a de Marie Curie escrita por sua lha, Eve Curie — livro que minha mãe me deu quando eu tinha dez anos —, foi a primeira

biogra a de cientista que li, e me impressionou profundamente.1 Não era uma descrição árida das realizações de toda uma vida, mas um texto rico em imagens evocativas, pungentes — Marie Curie mergulhando as mãos em sacos de resíduo de uraninita, ainda misturados a agulhas de pinheiro da mina de Joachimsthal, inalando vapores ácidos em meio a grandes cubas e cadinhos fumegantes, mexendo-os com uma haste de ferro quase da sua altura, transformando as imensas massas alcatroadas em recipientes altos de soluções incolores, cada vez mais radioativas, e constantemente as concentrando, por sua vez, em seu galpão varrido por correntes de ar, onde a poeira e a areia não paravam de penetrar nas soluções e anular o trabalho interminável. (Essas imagens foram reforçadas pelo lme Madame Curie, a que assisti logo depois de ler o livro.)

Embora o resto da comunidade cientí ca não houvesse dado importância à notícia sobre os raios de Becquerel, os Curie caram eletrizados com ela: ali estava um fenômeno sem precedentes nem paralelos, a revelação de uma nova e misteriosa fonte de energia; e ninguém, ao que parecia, estava prestando atenção. Os Curie imediatamente se perguntaram se haveria alguma substância além do urânio que emitisse raios semelhantes, e iniciaram uma busca sistemática (não limitada, como fora a de Becquerel, a substâncias

uorescentes) em tudo o que lhes caía nas mãos, incluindo amostras de

quase todos os setenta elementos conhecidos em uma forma ou outra. Descobriram apenas uma outra substância além do urânio que emitia os raios de Becquerel, outro elemento de peso atômico muito elevado: o tório. Testando uma variedade de sais puros de urânio e tório, eles descobriram que a intensidade da radioatividade parecia estar relacionada apenas à quantidade de urânio ou tório presente; assim, um grama de urânio ou tório metálico era mais radioativo do que um grama de qualquer um de seus compostos.

Mas quando ampliaram sua investigação para alguns dos minerais comuns contendo urânio e tório, descobriram uma curiosa anomalia, pois alguns daqueles minerais eram mais ativos que os próprios elementos. Amostras de uraninita, por exemplo, podiam ser até quatro vezes mais radioativas que o urânio puro. E então uma inspiração os fez avançar: eles cogitaram a possibilidade de existir algum outro elemento, ainda desconhecido, também presente em pequenas quantidades, um elemento que fosse muito mais radioativo que o próprio urânio.

Em 1897, os Curie empreenderam uma elaborada análise química da uraninita, separando seus numerosos elementos em grupos analíticos: sais de metais alcalinos, de elementos alcalinoterrosos, de elementos de terras-raras — grupos basicamente semelhantes aos da tabela periódica —, a m de veri car se o elemento radioativo desconhecido teria a nidades químicas com algum daqueles grupos. Logo se evidenciou que boa parte da radioatividade podia ser concentrada por precipitação com bismuto.

Os Curie continuaram a analisar os resíduos de uraninita e, em julho de 1898, obtiveram um extrato de bismuto quatrocentas vezes mais radioativo que o próprio urânio. Sabendo que a espectroscopia podia ser mil vezes mais sensível que a análise química tradicional, eles procuraram o eminente especialista em espectroscopia de terras-raras Eugène Demarçay, em busca de uma con rmação espectroscópica de seu novo elemento. Decepcionaram-se, pois nenhuma assinatura espectral pôde ser obtida naquele momento; apesar disso, os Curie escreveram:

[...] acreditamos que a substância que extraímos da uraninita contém

um metal ainda não observado, relacionado ao bismuto por suas

propriedades analíticas. Se a existência desse novo metal for

con rmada, propomos que seja denominado polônio, o nome do país

de origem de um de nós.

Além disso, eles estavam convencidos de que devia haver ainda um outro elemento radioativo esperando para ser descoberto, pois a extração de polônio com bismuto era responsável por apenas uma parte da radioatividade da uraninita.

Os Curie não tinham pressa — a nal, ninguém mais, aparentemente, estava sequer interessado no fenômeno da radioatividade, além de seu bom amigo Becquerel — e então eles partiram em uma sossegada viagem de férias. (Naquele momento, ignoravam que havia outro ávido e atento observador dos raios de Becquerel, o brilhante jovem neozelandês Ernest Rutherford, que fora trabalhar no laboratório de J. J. Thomson, em Cambridge.) Em setembro, os Curie retomaram sua busca, concentrando-se na precipitação com bário — que parecia particularmente e caz para explicar a radioatividade remanescente, pois presumivelmente tinha fortes a nidades químicas com o segundo elemento até então desconhecido que eles agora estavam procurando. O processo avançou rápido, e em seis semanas eles obtiveram uma solução de cloreto de bário sem bismuto (e presumivelmente sem polônio), que era quase mil vezes mais radioativa que o urânio. Novamente recorreram a Demarçay, e dessa vez, para sua alegria, viram uma linha espectral (e posteriormente várias linhas: “Duas belas faixas vermelhas, uma linha no verde-azulado e duas linhas tênues no violeta”) que não pertencia a nenhum elemento conhecido. Encorajados por esse fato, a poucos dias do nal de 1898 os Curie anunciaram a existência de um segundo novo elemento. Decidiram chamá-lo de rádio e, como só havia um leve vestígio do novo elemento misturado ao bário, deduziram que sua radioatividade devia, “portanto, ser enorme”.

Era fácil postular a existência de um novo elemento; mais de duzentos anúncios assim haviam sido feitos ao longo do século XIX, mas em sua maioria revelaram-se casos de erro de identi cação: “descobertas” de elementos já conhecidos ou misturas de elementos. Agora, em um único ano, os Curie postulavam a existência não de um, mas de dois novos elementos, apenas com base em uma radioatividade intensi cada e sua associação material com o bismuto e o bário (e, no caso do rádio, uma única nova linha espectral). Contudo, nenhum de seus novos elementos fora isolado, nem mesmo em quantidades microscópicas.

Fundamentalmente, Pierre Curie era físico e teórico (embora hábil e engenhoso no laboratório, inventando várias aparelhagens novas e originais, como um electrômetro e uma delicada balança baseada em um novo princípio piezelétrico — ambos usados depois em seus estudos sobre a radioatividade). Para ele, o incrível fenômeno da radioatividade era su ciente — ensejava uma nova e vasta esfera de pesquisas, um novo continente onde inúmeras novas ideias poderiam ser testadas.

Para Marie, porém, a ênfase era outra: ela claramente estava fascinada pela natureza física do rádio, tanto quanto por seus estranhos novos poderes; queria vê-lo, senti-lo, fazer com ele combinações químicas, descobrir seu peso atômico e sua posição na tabela periódica.

Até então, o trabalho dos Curie vinha sendo essencialmente químico, removendo da uraninita o cálcio, o chumbo, o silício, o alumínio, o ferro e numerosos elementos de terras-raras — todos os elementos exceto o bário. Por m, depois de um ano nesse processo, chegou um momento em que os métodos químicos isoladamente não mais bastavam. Parecia não existir um meio químico de separar o rádio do bário, e assim Marie Curie começou a procurar uma diferença física entre seus compostos. Parecia provável que o rádio fosse um elemento alcalinoterroso como o bário, e portanto poderia seguir as tendências desse grupo. O cloreto de cálcio é altamente solúvel; o cloreto de estrôncio, menos, e o cloreto de bário, menos ainda — o cloreto de rádio, predisse Marie Curie, seria praticamente insolúvel. Talvez fosse possível usar essa hipótese para separar os cloretos de bário e rádio, usando a técnica da cristalização fracionada. Quando uma solução morna é resfriada, o soluto menos solúvel se cristaliza primeiro; essa técnica fora usada inicialmente pelos químicos especialistas em terras-raras, no esforço de separar elementos quimicamente quase indistinguíveis. Requeria grande paciência, pois podiam ser necessárias centenas, até milhares de cristalizações fracionadas, e esse processo repetitivo e torturantemente moroso fez com que os meses se prolongassem em anos.

Os Curie haviam acalentado a esperança de isolar o rádio até 1900, mas demoraria quase quatro anos desde o momento em que eles anunciaram a provável existência desse elemento até a obtenção de um sal de rádio puro, um decigrama de cloreto de rádio — menos que a décima milionésima parte do original. Lutando contra todo tipo de di culdades materiais, combatendo as dúvidas e o ceticismo da maioria de seus pares, às vezes sua própria desesperança e exaustão, e reagindo (embora sem o saber) contra os efeitos insidiosos da radioatividade em seus corpos, os Curie nalmente triunfaram e obtiveram alguns grãos de cloreto de rádio branco cristalino puro — o su ciente para calcularem o peso atômico do rádio (226) e dar a ele seu lugar de direito na tabela periódica, abaixo do bário.

Obter um decigrama de um elemento a partir de várias toneladas de minério era uma façanha sem precedentes; nunca um elemento se mostrara tão difícil de obter. A química por si só não teria possibilitado isso, nem a espectroscopia isoladamente, pois fora preciso concentrar o minério mil vezes antes que as primeiras tênues linhas espectrais do rádio pudessem ao menos ser vistas. Fora necessária uma técnica toda nova — o uso da própria radioatividade — para identi car a concentração in nitesimal de rádio em sua vasta massa de material circundante, e monitorá-lo à medida que ia sendo lenta e relutantemente forçado a atingir um estado de pureza.

Essa realização fez explodir o interesse do público pelos Curie, por seu novo elemento mágico, pela heroica equipe de marido e mulher que se dedicara integralmente à investigação. Em 1903, Marie Curie sintetizou o trabalho dos seis anos precedentes em sua tese de doutorado, e no mesmo ano recebeu (junto com Pierre Curie e Becquerel) o Prêmio Nobel de Física.

Sua tese foi imediatamente traduzida para o inglês e publicada (por Crookes, em Chemical News), e minha mãe possuía um exemplar encadernado em uma pequena brochura. Eu adorava as descrições minuciosas dos elaborados processos químicos realizados pelos Curie, do exame cuidadoso e sistemático das propriedades do rádio e especialmente o sentimento de empolgação e fascínio intelectual que parecia fervilhar sob a comedida prosa cientí ca. Tudo era muito prático, até prosaico — mas também uma espécie de poesia. E eu me sentia atraído pelos anúncios, nas capas do livro, oferecendo rádio, tório, polônio e urânio, tudo disponível facilmente a qualquer pessoa que quisesse fazer experimentos.

Havia um anúncio de A. C. Cossor, em Farringdon Road, a poucos metros da fábrica de Tio Tungstênio, oferecendo “puro brometo de rádio (quando disponível), uraninita [...] tubos de alto vácuo de Crookes, mostrando a uorescência de vários minerais [...] [e] outros materiais cientí cos”. A loja Harrington Brothers (em Oliver’s Yard, não longe dali) vendia uma variedade de sais de rádio e minerais de urânio. J. J. Grif n and Sons (que mais tarde se tornaria a Grif n & Tatlock, onde eu comprava meus suprimentos químicos), vendia “Kunzita — o novo mineral, que reage em alto grau às emanações de rádio”, enquanto Armbrecht, Nelson & Co. (estabelecimento indiscutivelmente superior aos demais, em Grosvenor Square) tinha sulfeto de polônio (em tubos de 1 grama a 21 xelins) e telas de willemita uorescente (seis pence a polegada quadrada). “Nossos recém-inventados inaladores de tório”, acrescentavam, “podem ser alugados.” Eu me perguntei o que seria um inalador de tório. A pessoa se sentiria revigorada, fortalecida se inalasse aquele elemento radioativo?

Ninguém parecia ter ideia do perigo daquelas substâncias na época.2 A própria Marie Curie mencionou em sua tese que “se uma substância radioativa for colocada, no escuro, próxima ao olho fechado ou à têmpora, a sensação de luz invade o olho”; várias vezes tentei obter esse efeito usando um dos relógios luminosos que tínhamos em casa, com os números e ponteiros pintados com a tinta luminosa do tio Abe.

Para mim foi particularmente emocionante, na narrativa de Eve Curie, o episódio em que seus pais, certa noite, inquietos e curiosos para saber como andava a cristalização fracionada, voltaram ao laboratório já bem tarde e viram, na escuridão, um fulgor mágico saindo de todos os tubos, recipientes e vasilhas que continham concentrados de rádio; foi quando eles se deram conta de que seu elemento possuía luminosidade espontânea. A luminosidade do fósforo requeria a presença de oxigênio, mas a luminosidade do rádio emanava inteiramente de seu interior, de sua própria radioatividade. Marie Curie escreveu liricamente sobre essa luminosidade:

Uma de nossas alegrias era ir à nossa sala de trabalho à noite, quando

distinguíamos as tênues silhuetas luminosas dos frascos e cápsulas que

continham nossos produtos. [...] Era uma visão magní ca, e sempre

nova para nós. Os tubos brilhantes pareciam luzes fantásticas

esmaecidas.

Tio Abe ainda possuía um pouco de rádio, que sobrara de seu trabalho com tinta luminosa; mostrava-me a substância, um frasco com alguns miligramas de brometo de rádio no fundo — parecia um grão de sal comum. Ele tinha três pequenas telas pintadas com platinocianetos — de lítio, de sódio e de bário —, e quando agitava o tubo contendo o rádio (segurando-o com tenazes) perto das telas escurecidas, elas se acendiam subitamente, tornando-se folhas de fogo vermelho, depois amarelo e então verde, e descoravam de repente quando ele tornava a afastar o tubo.

“O rádio produz muitos efeitos interessantes sobre as substâncias próximas”, disse meu tio. “Os efeitos fotográ cos você conhece, mas o rádio também escurece papel, queima-o e o deixa furado como uma peneira. O rádio decompõe os átomos do ar, que então se recombinam de formas diferentes — por isso você sente cheiro de ozônio e peróxido de hidrogênio quando se aproxima. Ele afeta o vidro — torna azuis os vidros amolecidos e marrons os vidros endurecidos; também pode colorir o diamante e dar ao sal-gema um violeta vivo e forte.” Tio Abe mostrou-me um pedaço de uorita que deixara exposto ao rádio por alguns dias. Sua cor original fora roxa, ele explicou, mas agora estava pálida, carregada de uma estranha energia. Meu tio aqueceu levemente a

uorita, bem antes que casse aquecida ao rubro, e ela subitamente

emitiu um lampejo forte, como se estivesse aquecida ao branco, retornando então ao roxo original.

Outro experimento que tio Abe me mostrou foi eletri car uma borla de cortina feita de seda, friccionando-a com um pedaço de borracha: seus os, tornando-se carregados de eletricidade, repeliam-se uns aos outros e se separavam no ar. Mas assim que meu tio aproximou o rádio, os os desabaram, pois perderam a carga elétrica. Isso ocorria porque a radioatividade fazia o ar conduzir eletricidade, meu tio explicou, e assim a borla da cortina não podia mais conservar sua carga. Uma forma extremamente re nada desse processo era o eletroscópio de folha de ouro que meu tio possuía em seu laboratório — um robusto jarro com uma haste de metal atravessada em sua tampa para conduzir uma carga e duas minúsculas folhas de ouro suspensas na tampa. Quando o eletroscópio era carregado, as folhas de ouro se separavam no ar, exatamente como os os da borla de cortina. Mas quando aproximávamos uma substância radioativa do jarro, ele imediatamente se descarregava e as folhas caíam. A sensibilidade do eletroscópio ao rádio era espantosa — podia detectar mil milionésimos de um grão, milhões de vezes menos que a quantidade quimicamente possível de detectar, e era mil vezes mais sensível até que um espectroscópio.

Eu gostava de olhar o relógio de rádio do tio Abe, que consistia basicamente em um eletroscópio de folha de ouro com um pequenino rádio em seu interior, em um recipiente de vidro separado, de paredes

nas. O rádio, emitindo partículas negativas, gradualmente adquiria

carga positiva; as folhas de ouro começavam a divergir, até que atingiam a lateral do recipiente e perdiam a carga; então o ciclo recomeçava. Esse “relógio” vinha abrindo e fechando suas folhas de ouro a cada três minutos havia mais de trinta anos, e continuaria a fazê-lo por mil anos ou mais — era o mais próximo que se podia chegar de uma máquina de moto-contínuo, disse meu tio.

Se o urânio representara um desa o razoável, o isolamento do rádio, um milhão de vezes mais radioativo, foi muito mais difícil. Enquanto o urânio podia escurecer uma chapa fotográ ca (ainda que levasse vários dias) ou descarregar um eletroscópio de folha de ouro ultrassensível, o rádio fazia isso em uma fração de segundo, fulgurava espontaneamente com a fúria de sua própria atividade e, como cou cada vez mais evidente no novo século, podia penetrar materiais opacos, ozonizar o ar, tingir vidro, induzir a uorescência e queimar e destruir tecidos vivos do corpo, de um modo que podia ser terapêutico ou destrutivo.

Com todos os outros tipos de radiação, dos raios X às ondas radiofônicas, a energia tinha de ser fornecida por uma fonte externa; mas os elementos radioativos, aparentemente, tinham sua própria força e podiam emitir energia sem decréscimo por meses ou anos, e calor, pressão, campos magnéticos, irradiação ou reagentes químicos não faziam a mínima diferença nesse processo.

De onde provinha essa imensa quantidade de energia? Os princípios mais rmes das ciências físicas eram os princípios da conservação — matéria e energia não podiam ser criadas nem destruídas. Ninguém jamais sugerira a sério que esses princípios poderiam ser violados, e contudo, a princípio, o rádio pareceu fazer exatamente isso — ser um moto-contínuo, um almoço gratuito, uma fonte constante e inesgotável de energia.

Um modo de escapar a esse enigma era supor que a energia das substâncias radioativas tinha uma fonte exterior; de fato, foi o que Becquerel sugeriu inicialmente, fazendo uma analogia com a fosforescência: ele supôs que as substâncias radioativas absorviam energia de alguma coisa, de algum lugar, e então a reemitiam, lentamente, à sua própria maneira. (Para designar esse processo, ele cunhou o termo hiperfosforescência.)

Os Curie por um breve tempo acalentaram a ideia de uma fonte externa — talvez uma radiação semelhante aos raios X que banhasse a Terra — e enviaram uma amostra de um concentrado de rádio a Hans Geitel e Julius Elster, na Alemanha. Elster e Geitel eram grandes amigos (conhecidos como “Castor e Pólux da física”) e brilhantes investigadores, que já haviam demonstrado que a radioatividade não era afetada por vácuo, raios catódicos e luz solar. Quando levaram a amostra para o fundo de uma mina de trezentos metros de profundidade nas montanhas Harz — um lugar aonde os raios X não chegavam —, constataram que a radioatividade não diminuíra.

A energia do rádio poderia provir do éter, aquele meio misterioso, imaterial que se supunha preencher todos os cantos do universo e permitir a propagação da luz, gravidade e todas as demais formas de energia cósmica? Essa foi a opinião de Mendeleiev quando visitou os Curie, embora ele lhes desse um viés químico especial, supondo que o éter fosse composto de um “elemento etéreo” muito leve, um gás inerte capaz de penetrar toda matéria sem reação química, cujo peso atômico seria aproximadamente metade do peso atômico do hidrogênio. (Esse novo elemento, pensou Mendeleiev, já fora observado na coroa solar e recebera o nome de corônio.) Mendeleiev supôs ainda a existência de outro elemento, um elemento etéreo ultraleve, com peso atômico inferior a um bilionésimo do peso atômico do hidrogênio, que permeava o cosmo. Os átomos desses elementos etéreos, julgava Mendeleiev, atraídos pelos átomos pesados do urânio e tório, e por eles absorvidos de algum modo, dotavam os dois elementos pesados de sua própria energia

etérea.3

Fiquei confuso na primeira vez em que encontrei referências ao Éter — frequentemente escrito com inicial maiúscula —, pensando que se tratasse do líquido in amável, volátil e de cheiro forte que minha mãe levava em sua bolsa anestésica. Thomas Young postulara, em 1801, um Éter “luminífero” como o meio através do qual se propagavam as ondas luminosas, tio Abe me explicou, uma noção que fora aceita durante todo o século XIX. Mas Maxwell conseguiu evitá-lo em suas equações, e um célebre experimento no início da década de 1890 não conseguira demonstrar nenhuma “deriva do Éter”, nenhum efeito do movimento da Terra sobre a velocidade da luz, como se poderia esperar se existisse um Éter. Porém, claramente a ideia do Éter ainda permanecia muito forte na mente de vários cientistas na época da descoberta da radioatividade, e era natural que recorressem a essa suposição para

explicar as misteriosas energias radioativas.4

Mas se era possível imaginar — com muito esforço — que um lento

ozinho de energia como o emitido pelo urânio poderia provir de uma

fonte externa, tornava-se muito difícil acreditar nessa ideia quando se tratava do rádio, que (como demonstrariam Pierre Curie e Albert Laborde em 1903) era capaz de, em uma hora, levar à fervura uma

quantidade de água congelada com peso igual ao seu.5 E era ainda mais difícil quando se pensava em substâncias ainda mais intensamente radioativas, como o polônio puro (um pedaço pequeno aquecia-se ao rubro espontaneamente) ou o radônio, que era 200 mil vezes mais radioativo que o próprio rádio — tão radioativo que meio litro dessa substância vaporizaria instantaneamente qualquer recipiente que a contivesse. Tal poder de aquecimento era ininteligível com qualquer hipótese etérea ou cósmica.

Sem uma fonte de energia externa plausível, os Curie foram forçados a retornar à sua ideia original de que a energia do rádio tinha de possuir uma origem interna, ser uma “propriedade” atômica — embora fosse di cílimo imaginar uma base para essa ideia. Ainda em 1898 Marie Curie adicionou uma ideia mais ousada, até mesmo revoltante: a radioatividade poderia provir da desintegração de átomos, poderia ser “uma emissão de matéria acompanhada de uma perda de peso das substâncias radioativas” — uma hipótese ainda mais bizarra que suas alternativas, poderia parecer na época, pois era um axioma da ciência, uma suposição fundamental os átomos serem indestrutíveis, imutáveis, indivisíveis; toda a química e a física clássicas alicerçavam-se nessa fé. Nas palavras de Maxwell:

Embora ao longo das eras tenham ocorrido catástrofes e ainda possam

ocorrer no céu, embora sistemas antigos possam ser dissolvidos e de

suas ruínas evoluam novos sistemas, os [átomos] dos quais esses

sistemas são construídos — as pedras fundamentais do universo

material — permanecem intactos e sem desgaste. Continuam até hoje

como foram criados — perfeitos em número, dimensão e peso.

Toda a tradição cientí ca, de Demócrito a Dalton, de Lucrécio a Maxwell, insistia nesse princípio, e é fácil compreender como, após suas primeiras e ousadas proposições sobre a desintegração atômica, Marie Curie desistiu dessa ideia e (usando uma linguagem incomumente poética) concluiu sua tese sobre o rádio a rmando que “a causa dessa radiação espontânea permanece um mistério [...] um profundo e fascinante enigma”.

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