تاریخ کشف پولونیوم

پولونیوم اولین عنصر رادیوآکتیو طبیعی بود که با روش رادیومتری کشف گردید. پیشتر، در سال 1870، خواص اصلی پولونیوم توسط مندلیف پیش‌بینی شده بود. وی نوشت: «انتظار می‌رود که در میان فلزات سنگین، عنصری یافت شود شبیه تلور که وزن اتمی آن از وزن اتمی بیسموت بیشتر باشد. این عنصر باید خواص فلزی داشته باشد، و اسیدی تولید کند که ترکیب و خواص آن شبیه اسید سولفوریک باشد. خاصیت اکسیدکنندگی اسید حاصل از عنصر مزبور نیز باید قویتر از اسید تلوریک باشد... نمی‌توان انتظار داشت که اکسید RO2 دارای خواص اسیدی مشابه اسید تلورو باشد. این عنصر باید ترکیبات آلی فلزی (ارگانومتالیک) تشکیل دهد ولی ترکیبات ئیدروژنه نخواهد داشت...»
طی نوزده سالی که گذشت، مندلیف توضیحات بیشتری در مورد دوی- تلور (نامی که وی به عنصر ناشناخته داده بود) ارائه داد. وی خواص زیر را در مورد این عنصر پیش‌بینی کرد: جرم اتمی نسبی 212؛ اکسیدی به فرمول DtO3 تشکیل می‌دهد؛ این عنصر در حالت خالص به شکل بلورهایی با نقطه‌ی ذوب پایین است، فلزی است غیر فرار به رنگ خاکستری و با چگالی 9/8؛ این عنصر فلزی بسادگی اکسید و به DtO2 تبدیل می‌شود؛ اکسید حاصل دارای خاصیت ضعیف اسیدی و بازی خواهد بود، ئیدرید این عنصر، اگر وجود داشته باشد، ناپایدار خواهد بود؛ عنصر مزبور بایستی با فلزات دیگر تشکیل آلیاژ بدهد.
در زیر خواهید دید که پیش‌بینیهای مندلیف در مورد خواص همخانواده‌ی سنگین تلور تا چه حد دقیق بوده است. اما این پیش‌بینیها تنها اثر غیرمستقیم بر تاریخچه‌ی پولونیوم داشت. شکی نیست که کشف پولونیوم (و سپس رادیوم) رویدادهای مهمی در دانش رادیوآکتیویته بودند و باعث تحرک و توسعه‌ی این علم گردید.
چنانچه از دفتر یادداشتهای آزمایشگاهی ماری و پیر کوری بر می‌آید، آنان مطالعه‌ی اشعه‌ی بکرل، یا اشعه‌ی اورانیوم، را در 16 دسامبر سال 1897 آغاز کردند. ابتدا کار به تنهایی توسط ماری انجام می‌شد و بعد، در پنجم فوریه 1898، پیر نیز به او پیوست. پیر به اندازه‌گیری و ارزیابی پرداخت و نتایج را مورد آزمایش قرار داد. پیش از هرچیز، آنان شدت تشعشع انواع سنگ معدنها و نمکهای اورانیوم و همینطور شدت تشعشع اورانیوم فلزی را اندازه‌گیری کردند. نتایج آزمایشات مداوم حاکی از این بود که ترکیبات اورانیوم دارای کمترین خاصیت رادیوآکتیویته هستند؛ رادیوآکتیویته‌ی اورانیوم فلزی بیشتر بود. و رادیوآکتیویته‌ی سنگ معدن اورانیوم، موسوم به پچبلند، بالاترین مقدار را داشت. این نتایج مشخص کرد که احتمالاً پچبلند حاوی عنصری است که فعالیت آن به میزان قابل ملاحظه‌ای بیشتر از اورانیوم است.
در 12 آوریل 1898، کوری‌ها دستاوردهای خود را به آکادمی علوم پاریس گزارش کردند. در 14 آوریل، کوری‌ها کاوش در مورد عنصر ناشناخته را با همکاری شیمیدان معروف، بمون (1)، آغاز کردند. آنها در اواسط ژوئیه، تجزیه‌ی پچبلند را به اتمام رساندند. این پژوهشگران بدقت فعالیت هر محصولی را که از سنگ معدن به دست می‌آوردند اندازه‌گیری می‌کردند. توجه آنان روی جزئی که حاوی نمکهای بیسموت بود متمرکز شد. شدت اشعه‌ی منتشره از این جزء 400 بار بیشتر از اشعه‌ی منتشره از اورانیوم فلزی بود. اگر واقعاً عنصر ناشناخته وجود خارجی داشت بایستی در همین جزء پیدا می‌شد.

سرانجام، ماری و پیر کوری، در 18 ژوئیه، گزارشی به مجمع آکادمی علوم پاریس، تحت عنوان، «درباره‌ی مواد رادیوآکتیو موجود در پچبلند» ارائه کردند. آنان در این گزارش قید کردند که موفق به استخراج ترکیب گوگردی بسیار فعال از یک فلز ناشناخته شده‌اند. براساس خواص تجزیه‌ای، عنصر مزبور همسایه‌ی بیسموت در جدول تناوبی است. کوری‌ها پیشنهاد کردند،‌ اگر کشف به اثبات برسد، عنصر مزبور به افتخار موطن ماری کوری، لهستان، پولونیوم نامیده شود.

دانشمندان مزبور تأکید داشتند که کشف عنصر جدید با استفاده از روش تحقیقاتی نوینی (اصطلاح «رادیوآکتیویته» که بعدها مرسوم گردید، اولین بار در این گزارش عنوان شد) انجام گرفته است.
کاربرد تجزیه‌ی طیفی موجب شد شناسایی عناصری که در مواد طبیعی قابل رؤیت، لمس، و توزین نبودند امکان‌پذیر گردد. در این زمینه‌ی خاص، تاریخ دوباره تکرار شد اما نقش شناساگر را تشعشع رادیوآکتیو، که می‌توانست توسط تکنیک رادیومتری اندازه‌گیری شود، ایفا کرد. به هر حال، نتایج کوری‌ها عاری از خطا نبود. آنان در مورد تشابه شیمیایی پولونیوم و بیسموت دچار اشتباه شده بودند. حتی با توجه دقیق به جدول تناوبی می‌توان دریافت که موجودیت عنصری سنگین و همخانواده با بیسموت بسختی امکان‌پذیر است. ولی نباید فراموش کرد که کوری‌ها فلز خالص را استخراج نکردند، نتوانستند جرم اتمی نسبی آن را تعیین کنند، و بالاخره، آنان موفق به مشاهده‌ی تفاوت طیف پولونیوم و بیسموت نیز نشدند. به همین دلیل، آنان عملاً به همخانواده بودن پولونیوم و تلور پی نبردند.
بنابراین، 18 ژوئیه‌ی 1898 را می‌توان تاریخ کشف مقدماتی پولونیوم دانست زیرا کشف قطعی این عنصر سالها بعد تحقق یافت. شدت زیاد تشعشع پولونیوم مطالعه‌ی آن را مشکل می‌ساخت. تشعشع حاصل تنها حاوی اشعه‌ی آلفا بود (بدون انتشار اشعه‌ی بتا و گاما). دستاورد عجیب در این مورد عبارت از این بود که فعالیت پولونیوم با گذشت زمان کاهش می‌یافت. این کاهش فعالیت قابل تعمق بود. نه توریوم و نه اورانیوم هیچ کدام چنین رفتاری از خود نشان نمی‌دادند. به همین دلیل، بعضی از دانشمندان اساساً نسبت به موجودیت پولونیوم مشکوک بودند. اینان می‌گفتند پولونیوم در واقع بیسموت معمولی همراه با ذرات ناچیزی از مواد رادیوآکتیو است.
اما در سال 1902، شیمیدان آلمانی، مارکوالد (2)، بیسموت موجود در دو تن سنگ معدن اورانیوم را استخراج کرد. وی میله‌ای از جنس بیسموت را در محلول کلرید بیسموت قرار داد و رسوبی از ماده‌ای با رادیوآکتیویته بالا را مشاهده کرد. او این رسوب را عنصر جدیدی تلقی کرد و آن را رادیوتلور نامید. بعدها وی خاطرنشان کرد که: «من این ماده را رادیوتلور نامیدم به این خاطر که عجالتاً کلیه‌ی خواص شیمیایی آن اجازه می‌داد در گروه ششم، در خانه‌ی خالی مربوط به عنصری با وزن اتمی بالاتر از بیسموت، جای گیرد... عنصر یاد شده الکترونگاتیوتر از بیسموت ولی الکتروپوزیتیوتر از تلور بود. اکسید آن نیز می‌بایست دارای خواص بازی باشد. تمام این ویژگیها منطبق با رادیوتلور بود.... وزن اتمی پیشنهاد و پیش‌بینی شده برای این عنصر در حدود 21 بود.» بعدها این دانشمند گفت که زمانی که به بررسی و تجزیه تحلیل تناوبی می‌پرداخت به فکر استخراج پولونیوم افتاده بود.
مارکوالد در مورد پولونیوم کشف شده‌ی قبلی عجولانه اظهار داشت که این ماده مخلوطی از چند عنصر رادیوآکتیو است. این اظهارنظر باعث به وجود آمدن بحث هیجان‌انگیزی در مورد ماهیت واقعی پولونیوم و رادیو تلور گردید. بیشتر دانشمندان از کوری‌ها حمایت کردند. مقایسه‌ی بعدی دو عنصر همسان بودن آنها را آشکار ساخت. افتخار کشف مزبور به کوری‌ها رسید و نام «پولونیوم» نیز مقبولیت یافت.
اگرچه پولونیوم اولین عنصر رادیوآکتیو طبیعی بود، نشانه‌ی Po در خانه‌ی مناسب در جدول تناوبی جای نگرفت. اندازه‌گیری جرم اتمی عنصر بسیار مشکل بود. خطوط طیف پولونیوم به طور دقیق در سال 1910 شناسایی شد. در سال 1912 بود که نشانه‌ی Po مکان خود را در جدول تناوبی به دست آورد.
تقریباً حدود نیم قرن، دانشمندان تنها به کاوش و تحقیق در مورد ترکیبات پولونیوم (معمولاً به مقدار کم) رضایت دادند. فلز خالص در سال 1946 تهیه شد. ورقه‌های سنگین پولونیوم فلزی حاصل از تصعید در خلاء نقره‌ای رنگ بود. پولونیوم فلز زودگداز و نرمی است (نقطه ذوب 254 درجه سانتی‌گراد و نقطه‌ی جوش 962 درجه سانتی‌گراد). چگالی آن در حدود 9/3 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. اگر پولونیوم را در هوا حرارت دهیم بسادگی اکسید پایداری تشکیل می‌دهد. خواص اسیدی و بازی ضعیف دارد. ئیدرید پولونیوم ناپایدار است. پولونیوم تشکیل ترکیبات آلی فلزی می‌دهد و با بسیاری از فلزات (سرب، جیوه، کلسیوم، روی، سودیوم، پلاتین، نقره، نیکل، بریلیوم) آلیاژ تولید می‌کند. وقتی پیش‌بینیهای مندلیف را با این خواص مقایسه کنیم متوجه می‌شویم که کار مندلیف تا چه حد دقیق بوده و حد سیاتش با حقایق سازگاری داشته است.

پی‌نوشت‌:

1. Bemont.
2. Marckwald.

منبع مقاله :
تریفونوف، دیمیتری نیکولایویچ؛ تریفونوف، ولادیمیر؛ (1390)، تاریخچه‌ی کشف عناصر شیمیایی، برگردان: عبدالله زرافشان، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ چهارم