Els empèdocles moderns – Marie Curie (1898) i l’element 88 (Ra) – radi (niloctocti, Noo)

En més d’una ocasió hem vist com una gran descoberta en les ciències naturals genera, de manera gairebé immediata, un seguit de recerques i d’innovacions que la volen aplicar en el camp de la terapèutica. Vam veure el cas de la Institució Pneumàtica de Bristol, en el tombant dels segles XVIII i XIX, que bàsicament emprava els nous coneixements sobre la química de gasos al tractament de les més diverses malures. Cent anys més tard, això es va repetir amb els raigs Becquerel, amb la radioactivitat. Foren molts els preparats radioactius, alguns falsament radioactius, que es comercialitzaran amb finalitats terapèutiques, més o menys generalistes. El doctor Alfred Curie, que no era pas parent d’en Pierre Curie, ideà una pols a base de radi i de tori, que A. Mousalli comercialitzava sota el nom de “Tho-Radia”. En el 1912, R. W. Thomas, de Califòrnia, patentà el “Radium Ore Revigator”, que permetia carregar aigua durant la nit d’emanacions radioactives d’un mineral d’urani, la carnotita. En indrets rics en minerals d’urani, hom promogué els “banys radioactius”. Hi hagué instal•lacions on els usuaris podien reposar els peus en “sorra d’urani”, és a dir en sorra a la qual s’havien afegit pols de carnotita i d’altres minerals d’urani. En els anys 1920, la Auergesellschaft començà a produir la “crema de dents radioactiva” Doramad, que contenia com a additiu sorra de monazita i, per tant, uns certs nivells de radioactivitats procedents del tori. Hom era conscient ja en l’època de la toxicitat de certs nivells de radioactivitat, però la majoria d’aquests remeis no oferien nivells que fossin considerats nocius. Una altra qüestió era la seva efectivitat “vigoritzant”, o si realment feien res contra l’artritis o el reumatisme. Menys controvertida, era l’eficàcia de la radioteràpia en el càncer, introduïda ja en el 1896 per Emil Grubbe o Victor Despeignes amb raigs Röntgen (raigs X) o en el 1901 per Henri-Alexander Danlos amb clorurs de radi i de bari. Però justament en aquestes aplicacions, el marge terapèutic resultava ben estret, i per aconseguir l’eficàcia hom havia de produir notables efectes secundaris. L’ús de radi per fer busques luminiscents de rellotges es vinculà amb una sèrie de casos de càncer en les treballadores que les aplicaven, i el 1941 hom establí un nivell de tolerància de radi en àmbits laborals de 0,1 μCi (és a dir la radioactivitat corresponent 0,1 μg de radi, equivalent a 3,7 kBq). Les bombes nuclears d’Hiroshima i Nagasaki, i l’amenaça d’una imminent guerra mundial amb armes nuclears, afectaren sensiblement la imatge de la “radioactivitat”. Els remeis radioactius caigueren en desús, i l’opinió pública romangué sensible als creixents usos civils de l’energia nuclear. Les cremes de radi o els banys en aigües altament radioactives són tingudes per un exemple arquetípic de pseudomedicina. En les darreres dècades hi ha hagut una certa revifalla. Els propugnadors sostenen que hi ha uns nivells òptims de radiació ionitzant, prou elevats com per activar mecanismes sanitosos de reparació. Per assolir aquests nivells, es promouen aquells antics remeis i les estades en mines riques en radó. Estudis seriosos, però, descarten que hi hagi un llindar d’exposició a la radiació ionitzant que sigui inofensiu o, menys encara, beneficiós.

Recipient de Tho-Radia. En 4 grams d’òxid de titani, eren afegits 0,1 grams de sulfat de tori i 0,01 micrograms de bromur de radi. Formulacions semblants foren preparades en forma de crema i comercialitzades com a “embellissantes parce que curatives”

Marie Curie i la descoberta del radi

Madame Curie, en els anys 1920

Maria Salomea Skłodowska va nàixer a Varsòvia el 7 de novembre del 1867, filla del matrimoni format per Bronisława Boguska i Władysław Skłodowski. Era la cinquena filla del matrimoni (abans havien nascut Zofia en 1862, Józef en 1863, Bronisława en 1865 i Helena en 1866), i en seria també la darrera. Tant la mare com el pare eren mestres de professió. Els Skłodowski són un llinatge noble o , adscrit al herb Dołęga). Tant ells com els Bogusky feren costat als successius aixecaments patriòtics contra el règim tsarista. Cada aixecament, el darrer en 1863-1865, els havia costat més sang i més propietats. Els ingressos familiars depenien, doncs, cada vegada més de tasques professionals, particularment docents. L’avi patern, Józef Skłodowski (1804-1882), les havia compaginades amb la lluita armada i política, i amb una tasca literària ben reconeguda. El pare era mestre de matemàtiques i física, i ocupà la direcció de dos gymnasia. La mare dirigia una escola femenina, però deixà aquesta ocupació en nàixer la cinquena filla.

Les mesures de repressió cultural del tsarisme, obligaren Władysław Skłodowski a cercar altres feines. Els hi fallà també un important investiment, de manera que van haver de recórrer a llogar cambres en la casa familiar (el número 16 del carrer Freta). En el 1875, la germana gran, Zofia, es va morir de tifus, contret a l’escola. En el 1878, es moria de tuberculosis la mare.

A deu anys, Maria ingressà a l’escola primària de J. Sikorska. Després passa a un gymnasium femení, del qual es graduà, amb medalla d’or, el 12 de juny del 1883. Notablement fatigada, passà un any en el camp, amb uns parents. L’estiu del 1884 tornà a Varsòvia, i féu de professora particular, de matemàtiques i de física, però també de llengües (a més del polonès i del rus, tenia un bon nivell d’alemany, anglès i francès). Juntament amb la seva germana Bronisława ingressaren la “Uniwersytet Latający”, una organització universitària clandestina que, a diferència de les universitats oficials, sí admetia dones estudiants. Les dues germanes acordaren d’ajudar-se mútuament per tal de poder estudiar successivament medicina a París.

Fotografia del 1890 de Władysław Skłodowski, amb les seves tres filles, d’esquerra a dreta, Maria, Bronisława i Helena

Maria fou institutriu, primer a Varsòvia, i després a Szcuzki, en la casa dels Żorawskis. Kazimierz, un dels fills grans, de l’edat de Maria, se n’enamorà, però l’oposició paterna va fer que renunciés a casar-s’hi. En el 1889, Bronisława s’havia casat a París amb el metge Kazimierz Dłusky, i en una visita a Varsòvia convidà a Maria a anar amb ells a París. Hi refusà, ja que no tenia prou estalvis per ingressar a la universitat. En els mesos següents, amb l’ajut del pare, trobà una posició millor. Continuà, alhora, els seus estudis. Tingué també el seu primer contacte amb un laboratori de química, el del Museu d’Indústria i Agricultura, situat en el número 66 del Krakowskie Przedmieście, que dirigia el seu cosí, Józef Boguski, antic deixeble de Dmitri Mendeleev.

A final del 1891, Maria se n’anà a París. De primer va viure amb la seva germana i el seu cunyat a la rue d’Allemagne, però el març del 1892 llogà un apartament en unes golfes de la rue Flatters, en el Barri Llatí, al costat de la Universitat. Hi estudià física (Edmond Bouty, Gabriel Lippmann), química i matemàtica (Paul Painlevé i Paul Appell). Pels vespres feia classes particulars, que no li garantien més que una magra existència.

El juliol del 1893, es llicencià en ciències físiques, com a primera de la promoció. En rebre una borsa d’estudis de 600 rubles, decidí continuà un curs més a París i, el juliol del 1894, es llicencià en matemàtiques, com a segona de la promoció.

Des de feia uns mesos, havia entrat a treballar en el laboratori de recerques físiques de Gabriel Lippmann, que tenia una clara orientació industrial. La Societat d’Encoratjament per la Indústria Nacional finançava el projecte sobre propietats magnètiques d’acers, en el qual s’integrà Maria Skłodowska. El professor Józef Kowalski-Wierusz, coneixedor del poc espai que Skłodowska tenia en el laboratori Lippmann, li presentà en una soirée a Pierre Curie, de l’Escola Municipal de Física i de Química Industrials, i que també treballava en el magnetisme. Passà a treballar al costat de Pierre Curie que, poc després, li proposà matrimoni. Skłodowska refusà, ja que conservava la intenció, de tornar a Polònia. L’estiu del 1894, en efecte, tornà a Varsòvia, però fracassà en l’intent d’ésser admesa a la Universitat de Cracòvia. D’aquesta manera tornà a París per fer-hi el doctorat.

Reprengué la relació amb Pierre Curie, el qual es va doctorar el març del 1895, alhora que esdevenia ja professor de l’Escola Municipal. L’estiu del 1895 es tornaren a separar, en repetir ella la visita estival de Varsòvia. Per correspondència, Pierre Curie li demanà de casar-s’hi, ella acceptà i retornar a París. Es casaren el 26 de juliol del 1895 a Sceaux, en un acte exclusivament civil. La primera filla del matrimoni, Irène, naixeria el 12 de setembre del 1897.

El matrimoni Curie s’interessà aviat pels “raigs de Becquerel” o “raigs urànics”, la radiació que emetien minerals d’urani, descrita en 1896. Marie Curie hi veié l’objecte de la seva tesi doctoral. Ideà un dispositiu per quantificar la ionització generada per sals d’urani. El desembre del 1897, va fer mà de l’electròmetre piezoelèctric que havien dissenyat els germans Pierre i Jacques Curie, i que li permetia d’avaluar la ionització de l’aire induïa per les sals d’urani. Eren els “raigs urànics” quelcom exclusiu d’aquest element, com semblava pensar Becquerel? Per respondre a aquesta qüestió, els Curie assajaren mostres diverses de metalls, sals i minerals, algunes d’elles fornides per Henri Moissan, Alexander Léon Etard, Antoine Lacroix i Eugène Anatole Demarçay. Curiosament, els minerals d’urani generaven una ionització superior a la de les sals d’urani. Així, la calcolita era dues vegades més radioactiva que l’urani, mentre que la pechblenda ho era quatre vegades més. De totes maneres, hi havia una correlació entre l’activitat mesura i el contingut d’urani del mineral. A partir de coure, òxid d’urani i fosfats, hom podia fabricar calcolita artificial, i la seva activitat assenyalava que els “raigs urànics” eren relativament independents del context químic.

Aquests resultats foren presentats, a través de Gabriel Lippmann, a l’Acadèmia de Ciències, el 12 d’abril del 1898. Paral•lelament, la mateixa Acadèmia concedí a Marie Curie el premi Gegner, dotat en 4000 francs, per les recerques sobre magnetisme de metalls.

Els Curie deduïen que l’urani no era l’únic element químic responsable de la radiació de Becquerel. Gràcies a un finançament, van poder adquirir de Joachimsthal (Bohèmia), una partida de diverses tones de pechblenda. Acumularen el material en un cobert, i feren diversos procediments de refinatge, orientats amb l’electròmetre piezoelèctric. El mineral era sotmès a una digestió amb àcid sulfúric. Seguien diverses rondes d’ebullició amb hidròxid de sodi i de digestions amb àcid clorhídric.

El 18 de juliol del 1898, ja tenien diverses dades que assenyalaven l’existència d’un element químic quatre-centes vegades més actiu que l’urani. A aquest element el denominaren poloni (Po), en honor de la pàtria oprimida de Marie Curie.

Juntament amb Gustave Bémont (1857-1937), els Curie identificaren un tercer element radioactiu. Era més de dues vegades més actiu que el poloni i nou-centes vegades més que l’urani. El designaren amb el nom de radi (radium), a partir del mot llatí, “radius”, que tant assenyala les vares d’una roda, com les projeccions d’un objecte lluminós (“els raigs de sol”). La descoberta fou publicada per l’Acadèmia de Ciències, amb una comunicació titulada “Sur une nouvelle substance, fortament radioactive, contenue dans la pechblende”.

El nou element havia estat identificat com un sulfat. Se’l podia purificar mitjançant el tractament amb carbonat sòdic, de manera que se solubilitzés el carbonat de radi resultat amb àcid clorhídric. Amb diverses rondes, tractament amb àcid sulfhídric i filtracions, per cristal•lització fraccional, hom podia aconseguir sulfat de bari considerablement pur.

Les recerques dels Curie es feien, com remarcà Wilhem Ostwald, en instal•lacions deplorables. El finançament era irregular, com ho era també l’economia familiar. S’agraïen entrades com la que es produí el 26 d’octubre del 1900, quan Marie Curie fou nomenada encarregada de les conferències de física del primer i del segon curs de l’Escola normal superior d’ensenyament secundari de noies, de Sèvres.

En el 1900, Becquerel descrigué en carn pròpia la dermatitis ulcerant deguda al radi, després de dur durant 6 hores una petita ampolla amb radi a la butxaca. Poc després, Pierre Curie va fer la mateixa prova en lligar-se un tub amb radi al braç durant 10 hores, desenvolupant una lesió similar.

Per aprofundir en la propietats químiques del radi, calia aconseguir-lo en estat pur o en una sal simple. El juliol del 1902, Marie Curie ja havia aconseguit 0,1 grams de clorur de radi. El radi es revelava com un metall alcalino-terri, i devia ser doncs l’eka-bari, és a dir l’element del període 7 del grup 2.

André Castaigne (1861-1929) retratava així en el 1903, un experiment sobre el radi conduït pels Curie

El juny del 1903, amb el nom de Marie Sklodowska Curie, defensava reeixidament la tesi doctoral en ciències físiques titulada “Recerques sobre les substàncies radioactives”, amb un tribunal integrat per Lippmann de president, i Bouty i Moissan d’examinadors. Mesos després, Pierre i Marie Curie rebien la Medalla Davy “per les recerques sobre el radi”, mentre que el Premi Nobel de Física era partir en dues meitats, la primera per a Henri Becquerel, i la segona pels Curie “en reconeixement de llurs serveis prestats en la llur recerca comuna sobre el fenomen de radiacions descobert pel professor Henri Becquerel”.

Els Curie i les seves descobertes sobre la radioactivitat captaren l’atenció més enllà del món científic. La ballarina Loïe Fuller els sol•licità d’ajudar-la a fer un vestit fosforescent de radi, oferta que declinaren. Ja hem vist com aviat creixeria l’interès sobre les suposades propietats vigoritzants del radi. La principal font de radi era el mineral d’urani procedent de les mines d’argent de Joachimsthal, a Bohèmia. La importància potencial d’aquesta font va fer que, en 1904, el govern austríac nacionalitzés les mines, i restringís l’exportació de mineral d’urani.

També hi havia interès en l’ús de radi com a fàrmac antitumoral, en la idea que les radiacions per aquest element podien afectar o revertir el creixement tumoral. Un dels pioners fou Howard Atwood Kelly (1858-1943), que provà el tractament en una tia seva, malalta terminal de càncer. Kelly administrava el radi en forma de càpsula, que implantava en la zona afectada.

L’octubre del 1904, Pierre Curie era nomenat professor titular de física de la Facultat de Ciències de la Universitat de París, alhora que rebia un laboratori en el 12 de la rue Clavier. El mes de novembre, Marie Curie era contractada com a associada de la plaça (“chef de travaux”). El 6 de desembre del 1904, naixia la segona filla del matrimoni, Ève.

El 19 d’abril del 1906, Pierre Curie era mort en ser atropellat per un carro. La mort fou un colp dur per Marie, vídua amb dues filles. El seu sogre, Eugène, i el seu cunyat, Jacques, l’ajudaren financerament. Part de les obligacions acadèmiques de Pierre Curie, les assumí ella. Això la convertí en un símbol feminista, en tant que la primera directora d’un laboratori universitari, o en tant que la primera dona que feia una lliçó inaugural en una facultat de la Sorbona.

Hom aprofundí en els anys següents en el coneixement de les bases químiques de la radioactivitat del radi. Se’n descrigueren diversos productes de la desintegració del radi, l’emanació del radi, i una sèrie de substàncies distingides amb lletres (RaA, RaB, RaC, RaC’, RaC’’, RaD, RaE, RaE’’, RaF i RaG). En el 1910, Marie Curie i André-Louis Debierne aconseguiren d’aïllar fins a 1 gram de radi metàl•lic pur. Per fer-ho, van sotmetre a electròlisi una solució pura de RaCl2 amb un càtode de mercuri, i l’amalgama resultant de mercuri i radi l’escalfaren en una atmosfera de gas hidrogen per eliminar el mercuri. Els avenços en la ciència de la radioactivitat queden consignats en el “Traité de Radioactivité” que Marie Curie publica aquell any.

Un altre mètode d’obtenció de radi metàl•lic el va desenvolupar en 1910 E. Eoler, a través de la descomposició tèrmica de Ra(N3)2. Uns anys després, la companyia Biraco, a Olen (Bèlgica) va posar en marxa el primer procés industrial de producció de radi. Biraco era subsidiària de la Unió Minera de l’Alt Katanga (UMHK) i emprava com a matèria primera minerals d’urani d’aquesta regió. Gràcies a les mines de Katanga, però també a les sorres de carnotita de Colorado i a les mines dels territoris nord-occidentals del Canadà, el monopoli austríac de l’urani i del radi havia estat superat.

Marie Curie i Henri Poincaré en el Congrés Solvay del 1911. Fou la primera edició d’aquestes reunions organitzades i finançades per Ernest Solvay. Curie, en l’edició del 1911, fou l’única dona. En edicions posteriors, també assistiria Lise Meitner

Marie Curie no havia oblidat el seu compromís amb la nació polonesa, però justament aquest compromís l’encaminava als sectors progressistes de la societat francesa, que la proposaren sense èxit per a l’Acadèmia de Ciències. La premsa reaccionària francesa s’hi revenjà amb una campanya bruta, iniciada el 4 de novembre del 1911, fonamentada en la suposada relació extraconjugal entre Marie Curie i el físic Paul Langevin, i que barrejà misogínia i xenofòbia. El 8 del mateix mes, s’anunciava que Marie Curie rebria el premi Nobel de química “en reconeixement dels serveis per l’avenç de la química amb la descoberta de nous elements, el radi i el poloni, per l’estudi de la llur natura i dels llurs compostos”. El 10 de desembre era a Estocolm per recollir el premi, malgrat que el Comitè Nobel li havia suggerit que la seva presència no seria benvinguda.

La salut de Curie s’havia ressentit de tot plegat, i els metges li diagnosticaren una malaltia renal. Poc a poc afluixava la polèmica, i es reprenia la idea de crear l’Institut del Radi. Aquest Institut ja havia estat proposat per Émile Roux en el 1909, director de l’Institut Pasteur, amb la idea de fer recerca mèdica sobre l’ús de radioteràpia contra el càncer. Gràcies al mecenatge de Daniel Osiris el projecte començà a prendre forma. El 1914, obria les portes en forma de dos laboratoris, un de física i química, dirigit per Marie Curie, i un altre de radioteràpia, dirigit per Claudius Regaud. Amb l’esclat de la Guerra, Marie Curie contribuí amb el disseny d’ambulàncies radiològiques, que permetien fer plaques radiogràfiques in situ. Alhora, l’Institut del Radi esdevenia una escola radiològica, on es formà personal, fonamentalment femení, com a ajudants de radiologia. Ella mateixa, en 1916, ja amb permís de conduir, va pilotar una d’aquestes ambulàncies, com també ho va fer la seva filla gran, Irène.

En novembre del 1918, l’Institut del Radi reprenia les tasques, no sense dificultats. En el 1921, la periodista nord-americana Marie Mattingly Meloney organitzà una col•lecta en favor de l’Institut del Radi, amb l’objectiu que pogués comprar 1 gram de radi de la fàbrica de Pittsburgh (en aquella època la producció anual de radi als Estats Units era de l’ordre de 14 grams). La col•lecta aplegà 100.000 dòlars americans. Curie arribà als Estats Units el 20 de maig del 1921, i retornà amb el gram de radi. Curie realitzà també altres viatges científics, que són testimoni de la seva popularitat. Després de la guerra, Polònia havia recobrat la independència, i Marie Curie, en el 1929, va fer donatiu d’1 gram de radi a la Universitat de Varsòvia.

A través de Paul Langevin, Fréderic Joliot havia esdevingut preparador particular de Marie Curie a l’Institut del Radi. Fréderic es casà amb Irène Curie, que també treballava a l’Institut, en 1926. L’altra filla, Ève, s’havia estimat més una carrera literària i artística, i va fer el debut com a pianista a París en el 1925. Marie Curie, en cobrir les places de l’Institut, mai no va fer distincions de sexe i, ja vam veure la setmana passada, com contractà en el 1929 a Marguerite Perey.

Una aplicació industrial del radi fou l’elaboració de pintura blanca autoluminiscent. Així, rellotges com el de la imatge podien ser consultats en la foscor. Les treballadores del sector foren un dels primers col•lectius on es quantificaren els efectes deleteris d’aquest material radiactiu. El 1928, antigues treballadores de la United States Radium d’Orange (NJ) dugueren a judici la companyia pel fet de no haver-les subministrat els equips de protecció que sí utilitzaven els tècnics de la companyia.

La mateixa Marie Curie pensà que una part dels seus problemes de salut podien deure’s a l’exposició del radi. Malalta de leucèmia, el 29 de juny del 1934, ingressà en el sanatori de la Sancellemoz, en l’Alta Savoia, on s’hi va morir el 4 de juliol. L’any següent, en el 1935, la seva filla i el seu gendre, Irène i Fréderic Joliot-Curie reberen el Premi Nobel de Química, “en reconeixement de la llur síntesi de nous elements radioactius”. Una filla d’aquest matrimoni, Hélène, nascuda el 17 de setembre del 1927, es casaria el 1948 amb Michel Langevin, el nét de Paul Langevin. Un altre fill del mateix matrimoni, Pierre Joliot, faria carrera com a biòleg, mentre que Hèléne Langevin-Joliot la va fer en l’àmbit de la física nuclear. Un fill de Hèléne, Yves Langevin, nascut el 1951, és astrofísic. El llinatge, doncs, dels Curie, Joliot i Langevin, és curull d’aportacions científices, de compromís social i de lluita política per la classe treballadora.

En vida de Curie, hom ja havia entès la base atòmica de la radioactivitat. De mica en mica, s’indentificaren els diferents productes de la desintegració del radi: l’emanació del radi com a radó, el radi-A com a poloni-218, el radi-B com a plom-214, el radi-C com a bismut-214, el radi C’ com a poloni-214, el radi-C’’ com a tal•li-210, el radi-D com a plom-210, el radi-E com a bismut-210, el radi-E’’ com a tal•li-206, el radi-F com a poloni-210, i el radi-G com a plom-206. Alhora, el mesothori-1, descrit per B. B. Boltwood en 1906, resultava ser radi-228; el tori-X de Rutherford i Soddy (1902) era radi-224; i l’actini-X de Godlewksi (1905) era el radi-223.

Part de la dotació primordial de la Terra d’urani-238, per la seva llarga semivida, és encara present. Aquesta és la font del radi existent a la Terra, que consisteix fonamentalment en radi-226. El radi-226, al seu torn, és la font del radó-222

La natura de les radiacions ionitzants va rebre especial atenció després de la Segona Guerra Mundial. En el 1928, però, ja s’havia definit el roentgen (R) com l’exposició a radiació ionitzant capaç d’aportar 1 unitat estàtica de càrrega a 0,001293 grams d’aire. En el 1950, per mesurar les radiacions absorbides es proposà emprar l’erg (com a unitat d’energia) partit per gram de pes corporal. En el 1953, hom adoptà el rad com a unitat de dosi absorbida (1 rad = 100 erg/g), i el curie (Ci) com a unitat de radioactivitat (1 curie equivaldria a l’activitat d’1 gram de radi-226). En el 1971, hom introduí com a unitat de dosi equivalent el rem (=100 erg/g). Ja en el 1975, el Sistema Internacional d’unitat preferí el “gray” com a unitat de dosi absorbida (= 1 J/kg) i el “becquerel” com a unitat d’activitat (equivalent a 1 desintegració per segon).

Sala de banys de radi de l’hotel Will Rogers, de Claremore (Oklahoma), en els anys 1940. A mesura que queien en desús algunes pràctiques medicinals amb radi, apareixien unes altres. Entre els anys 1950 i 1970, l’administració nasal de radi fou utilitzada com un tractament preventiu en infants contra l’otitis i l’amigdalitis als Estats Units

En els anys 1960, l’ús de pintura luminescent de radi per a busques de rellotge caigué en desús, desplaçada per alternatives fluorescents no-radioactives o per altres pintures radioactives (basades en prometi-147 o en triti). Una de les raons d’aquesta substitució, era el fet que les radiacions del mateix radi acabaven per malmetre la fluorescència de sulfur de zinc, amb la deposició d’una capa de color groguenca.

El radi: isòtops i abundància

Com a massa atòmica estàndard del radi s’empra la de 226 uma, corresponent a la de l’isòtop de més llarga semivida i més difós a la natura. El llistat complet d’isòtops coneguts fa:
– radi-202 (202Ra; 202,00989 uma). Nucli format per 88 protons i 114 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0026 s.
– radi-203 (203Ra; 203,00927 uma). Nucli format per 88 protons i 115 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,004 s. Decau normalment a radó-199 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a franci-203 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (203mRa) a 220 keV, que té una semivida de 0,041 s, i que decau a radó-199 o, rarament, a franci-203.
– radi-204 (204Ra; 204,006500 uma). Nucli format per 88 protons i 116 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,06 s. Decau normalment (99,7%) a radó-200 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,3%), a franci-204 (amb emissió d’un positró).
– radi-205 (205Ra; 205,00627 uma). Nucli format per 88 protons i 117 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,22 s. Decau normalment a radó-201 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a franci-205 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (205mRa) a 310 keV, que té una semivida de 0,18 s, i que decau a l’estat basal (rarament) o directament a radó-201.
– radi-206 (206Ra; 206,003827 uma). Nucli format per 88 protons i 118 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,24 s. Decau a radó-202, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– radi-207 (207Ra; 207,00380 uma). Nucli format per 88 protons i 119 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,3 s. Decau majoritàriament (90%) a radó-203 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (10%), a franci-207 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (207mRa) a 560 keV, que té una semivida de 0,057 s, i que decau a l’estat basal (85%) o directament a radó-203 (15%) o a franci-207 (0,55%).
– radi-208 (208Ra; 207,001840 uma). Nucli format per 88 protons i 120 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,3 s. Decau normalment (95%) a radó-204 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (5%), a franci-208 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (208mRa) a 1800 keV, que té una semivida de 2,7•10-7 s.
– radi-209 (209Ra; 209,00199 uma). Nucli format per 88 protons i 121 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,6 s. Decau majoritàriament (90%) a radó-205 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (10%), a franci-209 (amb emissió d’un positró).
– radi-210 (210Ra; 210,000495 uma). Nucli format per 88 protons i 122 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,7 s. Decau normalment (96%) a radó-206 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (4%), a franci-210 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (210mRa) a 1800 keV, que té una semivida de 2,24•10-6 s.
– radi-211 (211Ra; 211,000898 uma). Nucli format per 88 protons i 123 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 13 s. Decau normalment (97%) a radó-207 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (3%), a franci-211 (amb emissió d’un positró).
– radi-212 (212Ra; 211,999794 uma). Nucli format per 88 protons i 124 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 13 s. Decau majoritàriament (85%) a radó-208 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (15%), a franci-212 (amb emissió d’un positró). Posseeix dos estats metastables, un a 1958,4 keV (212m1Ra; que té una semivida de 1,09•10-5 s) i un altre a 2613,4 keV (212m2Ra; que té una semivida de 8,5•10-7 s).
– radi-213 (213Ra; 213,000384 uma). Nucli format per 88 protons i 125 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 164 s (3 minuts). Decau majoritàriament (80%) a radó-209 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (20%), a franci-213 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (213mRa) a 1769 keV, que té una semivida de 0,0021 s, i que decau a l’estat basal (99%) o directament a radó-209 (1%).
– radi-214 (214Ra; 214,000108 uma). Nucli format per 88 protons i 126 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,46 s. Decau normalment (99,94%) a radó-210 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,06%), a franci-214 (amb emissió d’un positró).
– radi-215 (215Ra; 215,002720 uma). Nucli format per 88 protons i 127 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,00155 s. Decau a radó-211, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Posseeix tres estats metastables, un a 1877,8 keV (215m1Ra; que té una semivida de 7,1•10-6 s), un altre a 2246,9 keV (215m2Ra; que té una semivida de 1,39•10-6 s) i un tercer a 3756,6 keV (215m3Ra; que té una semivida de 5,55•10-7 s).
– radi-216 (216Ra; 216,003533 uma). Nucli format per 88 protons i 128 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 1,82•10-7 s. Decau a radó-212 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,00000001%), a franci-216 (per captura electrònica).
– radi-217 (217Ra; 217,006320 uma). Nucli format per 88 protons i 129 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 1,63•10-6 s. Decau a radó-213, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– radi-218 (218Ra; 218,007140 uma). Nucli format per 88 protons i 130 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 2,52•10-5 s. Decau normalment a radó-214 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a radó-218 (amb emissió de dos positrons).
– radi-219 (219Ra; 219,010085 uma). Nucli format per 88 protons i 131 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,01 s. Decau a radó-215, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– radi-220 (220Ra; 220,011028 uma). Nucli format per 88 protons i 132 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0179 s. Decau a radó-216, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– radi-221 (221Ra; 221,013917 uma). Nucli format per 88 protons i 133 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 28 s. Decau normalment a radó-217 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,00000000012%), a plom-207 (amb emissió d’un nucli de carboni-14).
– radi-222 (222Ra; 222,015375 uma). Nucli format per 88 protons i 134 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 38 s. Decau normalment a radó-218 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,00000003%), a plom-208 (amb emissió d’un nucli de carboni-14). És present a la natura en forma de traça, com a producte intermediari de la desintegració d’urani-238.
– radi-223 (223Ra; 223,0185022 uma). Nucli format per 88 protons i 135 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9,876•105 s (11 dies). Decau normalment a radó-219 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,000000064%), a plom-209 (amb emissió d’un nucli de carboni-14). És present a la natura en forma de traça, com a intermediari de la desintegració d’urani-235. Fou descrit originàriament en 1905 per T. Godlewksy com a actini-X (AcX).
– radi-224 (224Ra; 224,0202118 uma). Nucli format per 88 protons i 136 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,1380•105 s (4 dies). Decau normalment a radó-220 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,00000000043%), a plom-210 (amb emissió d’un nucli de carboni-14). És present a la natura en forma de traça, com a producte intermediari de la desintegració de tori-232. Fou descrit com originàriament en 1902 per Ernest Rutherford i F. Soddy, com a a tori-X.
– radi-226 (226Ra; 226,0254098 uma). Nucli format per 88 protons i 138 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,0•1010 s (1600 anys). Decau normalment a radó-222 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, més rarament, a tori-226 (amb emissió de dos electrons) o a plom-212 (0,0000000026%; amb emissió d’un nucli de carboni-14). És el radi per antonomàsia, en tant que isòtop predominant en les mostres naturals. És producte intermedi de la desintegració de l’urani-238.
– radi-227 (227Ra; 227,0291778 uma). Nucli format per 88 protons i 139 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2530 s (42 minuts). Decau a actini-227, amb emissió d’un electró.
– radi-228 (228Ra; 228,0310703 uma). Nucli format per 88 protons i 140 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,81•108 s (6 anys). Decau a actini-228, amb emissió d’un electró. És present a la natura en forma de traça, com a producte intermedi de tori-232. Fou descrit originàriament com a mesotori en 1906 per B. B. Boltwood (mesotori-1, MsTh1, en la terminologia d’O. Hahn del 1908).
– radi-229 (229Ra; 229,034958 uma). Nucli format per 88 protons i 141 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 240 s (4 minuts). Decau a actini-229, amb emissió d’un electró.
– radi-230 (230Ra; 230,037056 uma). Nucli format per 88 protons i 142 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5600 s (93 minuts). Decau a actini-230, amb emissió d’un electró.
– radi-231 (231Ra; 231,04122 uma). Nucli format per 88 protons i 143 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 103 s. Decau a actini-231, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (231mRa) a 66,21 keV, que té una semivida de 5,3•10-6 s.
– radi-232 (232Ra; 232,04364 uma). Nucli format per 88 protons i 144 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 250 s. Decau a actini-232, amb emissió d’un electró.
– radi-233 (233Ra; 233,04806 uma). Nucli format per 88 protons i 145 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 30 s. Decau a actini-233, amb emissió d’un electró.
– radi-234 (234Ra; 234,05070 uma). Nucli format per 88 protons i 146 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 30 s. Decau a actini-234, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre de radi conté 88 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p67s2. És així l’element del període 7 corresponent al grup 2 (metalls alcalino-terris), dins del bloc s. És comptat entre els elements naturals radioactius. L’estat d’oxidació més habitual és +2. El radi de Van der Waals és de 2,83•10-10 m.

Peça de coure damunt de la qual s’ha dipositat per galvanoplàstia una capa de radi, amb el conjunt protegit per una recoberta de poliuretà

En condicions estàndards de pressió i temperatura, el radi es presenta com un metall volàtil de color blanc argentí. Degut a la seva radioactivitat, presenta sempre una temperatura superior a la de l’entorn i això condiciona les seves propietats. Cristal•litza en una estructura cúbica centrada en el cos, amb una densitat de 5500 kg/m-3, la qual cosa fa que sigui el metall alcalino-terri més pesant.

En condicions estàndards de pressió, el radi fon a 1233 K i bull a 2010 K.

En contacte amb l’aire, el radi perd el color argentí i s’ennegreix, degut a la formació d’una capa de nitrur (Ra3N3). En termes generals, és un metall altament reactiu. En solució aquosa forma el catió Ra2+. Entre els compostos de radi podem esmentar:
– hidròxid de radi (Ra(OH)2), que és el més hidrosoluble dels hidròxids alcalino-terris.
– halurs: RaCl2 (sòlid incolor i luminescent), RaBr2 (sòlid incolor i luminescent).
– nitrat: Ra(NO3)2 (sòlid blanc).
– sulfat: RaSO4 (sòlid; és el sulfat més insoluble que es coneix).
– cromat: RaCrO4.
– carbonat (RaCO3).
– iodat: Ra(IO3)2.

La majoria de compostos de bari són incolors o blancs, però adquireixen amb el temps una pàtina groga, degut a la radiòlisi.

L’abundància atòmica del radi és condicionada pels processos de nucleosíntesi que tenen lloc en les supernoves, per les rutes de desintegració dels isòtops radioactius de llarga semivida i per la mateixa semivida dels isòtops de radi. És gràcies a la semivida de l’isòtop 226Ra que té una abundància considerable pel lloc que ocupa en la taula periòdica, encara que és superat àmpliament pel tori i l’urani.

En la Terra, tot el radi present és radiogènic. L’isòtop més abundant, de llarg, és el 226Ra, degut a una semivida perllongada (1600 anys), que el fa el principal producte intermediari de la desintegració de l’urani-238. Els altres isòtops presents a la natura són producte de la desintegració de tori-232 (224Ra i 228Ra) i d’urani-235 (223Ra). El radi apareix, doncs, geològicament associat a l’urani. En la pechblenda, el radi assoleix una abundància de 1 ppm, i valors similars trobem en altres minerals d’urani; en minerals de tori és present en una concentració encara inferior. En el global de l’escorça terrestre, el radi assoleix una concentració de 0,9 ppb.

En els oceans la concentració típica de radi és de 89 pg•m-3.

En l’atmosfera, el radi és present en forma de traça. El 226Ra és l’isòtop parental del 222Rn, gas noble radioactiu.

El radi no és bioelement per a cap organisme, per bé que és present en la biosfera en forma de traça. En el cos humà, en termes de massa, pot assolir una concentració de 0,1 ppt, la qual cosa suposa un contingut total de 30 fg per a un individu de 70 kg.

El radi-226 és un material altament radioactiu. L’exposició, interna o externa, és cancerígena. En cas d’ingesta, se n’absorbeix un 20% de la dosi. Bona part de la dosi radioactiva efectiva es deu a la forta biodisponibilitat del radó-222 (isòtop fill de 226Ra) i al poloni que en resulta com a producte intermediari. La presència de radi en fertilitzants minerals (sobretot, fosfats) constitueix una font d’entrada de radioactivitat, cosa que explica els nivells de poloni que es troben en productes derivats del tabac.

L’exposició laboral crònica a radi es vincula particularment al càncer d’ossos, cosa que s’explica pel fet que els cations Ra2+, per la seva similitud química als Ca2+ s’acumulen en els ossos.

Aplicacions del radi

La producció mundial anual de radi és de l’ordre 2-3 kg, no gaire superior a la que ja s’havia assolit a mitjans dels anys 1950. El radi apareix com un subproducte de la mineria d’urani. Els mètodes d’extracció tenen una base similar als que ja empraven els Curie, però les millores introduïdes fan que es puguin aplicar fins i tot a minerals d’urani amb baix contingut de radi.

Una petita part de la producció anual de radi, uns 100 grams, es destina a la fabricació de compostos de radi pur.

El radi és emprat com a font de raigs X en radiografia industrial, particularment en la detecció de defectes en estructures metàl•liques.

Barreges de radi i beril•li són emprades com a fonts de neutrons, encara que han estat desplaçades en bona mesura per fonts de poloni-beril•li.

El clorur de radi-223, comercialitzat com a Xofigo, ha estat recentment aprovat per la FDA en el tractament de metàstasis òssies. El 223Ra actua com a emissor de partícules alfa.

Comptat i debatut, els usos de radi són avui inferiors que no pas hom havia predit en la primera meitat del segle XX.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: