SEARA DA CIÊNCIA
CURIOSIDADES DA FÍSICA
José Maria Bassalo



Os Primeiros Isótopos.

Quando o físico neozelandês-inglês Lord Ernest Rutherford (1871-1937; PNQ, 1908) começou a trabalhar, em 1898, na Universidade McGill, no Canadá, além do químico inglês Frederick Soddy (1877-1956; PNQ, 1921), teve também como colaborador o químico alemão Otto Hahn (1879-1969; PNQ, 1944), que havia trabalhado com o químico inglês Sir William Ramsay (1852-1916; PNQ, 1904), que se tornou célebre por haver descoberto (ou confirmado) os gases nobres ou inertes (vide verbete nesta série). Em seus trabalhos com Ramsay, e depois com Rutherford, Hahn trabalhou com elementos radioativos, principalmente o rádio (88Ra) e o tório (90Th), ocasião em que isolou alguns átomos “quimicamente idênticos” a esses elementos, conhecidos como radioelementos. Porém, como o conceito de isótopo ainda não havia sido introduzido na Química (o que só aconteceu, em 1913, conforme veremos mais adiante), Ramsay, Hahn e Rutherford pensavam que tais átomos “quimicamente idênticos” se constituíam de novos elementos químicos. Tanto é assim, que Hahn chegou a denominar de radiotório, um dos isótopos do tório (Th228) que havia isolado, em 1905 (Proceedings of the Royal Society of London A76, p. 115; Chemical News 92, p. 251), e que lhe valeu um comentário, não muito lisonjeiro, do químico e físico norte-americano Bertram Borden Boltwood (1870-1927), da Universidade de Yale, nos Estados Unidos da América, especialista em decaimento radioativo do urânio (92U) e do Th, em uma carta que escrevera ao seu amigo Rutherford: O radiotório descoberto pelo Otto Hahn é um composto de tório e de estupidez.
É oportuno registrar que Hahn, ainda no Canadá e, também em 1905, descobriu mais dois “radioelementos”: o tório C´ (ThC´) (hoje, o isótopo do polônio: Po212) e o radioactínio (hoje, o isótopo do tório: Th227). Em 1906, ele voltou para a Alemanha e, nesse mesmo ano, descobriu mais dois daqueles elementos, constituídos de uma mistura de um “radioelemento” que ele chamou de mesotório (Ms) com o tório: mesotório I – MsTh1 (hoje, o isótopo do rádio: Ra228) e mesotório II – MsTh2 (hoje, o isótopo do actínio: Ac228). Além da descoberta desses elementos “quimicamente idênticos” (que mais tarde se mostraram apenas serem isótopos), Hahn é considerado o descobridor, juntamente com a física austríaca Lise Meitner (1878-1968), de um novo elemento químico: o protactínio (91Pa), em 1917. Vejamos um pouco da história da descoberta desse elemento.
Em 1871, o químico russo Dmitri Ivanovich Mendeleiev (1834-1907) previu a existência de um novo elemento químico, entre o 90Th e o 92U, em sua Tabela Periódica, proposta em 1869. Em 1900, físico e químico inglês Sir William Crookes (1832-1919) isolou um material decorrente do decaimento radioativo do U sem, contudo, reconhecê-lo como um novo elemento químico. Destaque-se que, em 1886 (British Association Report, Birmingham, p. 569), Crookes já aventara a possibilidade de um elemento químico apresentar diferentes pesos atômicos. [Sir Edmund Taylor Whittaker, A History of the Theories of Aether and Electricity: The Modern Theories (1900-1926) (Thomas Nelson and Sons Ltd., 1953).] Uma primeira evidência do protactínio foi encontrada, em 1912, pelos físico-químicos alemães Kasimir Fajans (1887-1975) (de origem polonesa) e Otto H. Göhring, inicialmente chamado por eles de UX2, uma vez que ele decorria da emissão beta ( ) do UX1 (hoje, o isótopo do tório: Th234). Como a vida média desse “radioelemento” era curta (em torno de 1,17 minuto), eles lhe deram o nome de brévio (do latim brevis, que significa breve, curto) (hoje, o isótopo do protactínio: Pa234). Por fim, em 1917, em pesquisas realizadas por Hahn e Meitner, na Alemanha, e, independentemente, por Soddy e John A. Cranston, na Inglaterra, foi finalmente isolado o então protoactínio (Pa231), e que recebeu o nome de protactínio somente em 1949. É oportuno registrar que, em 1913, o estudo das posições dos “radioelementos” dentro da Tabela Periódica dos Elementos, que levou a descoberta da Lei do Deslocamento Radioativo, foi conduzido, independentemente, pelo físico inglês Alexander Smith Russell (1888-1972) (Chemical News 107, p. 49); por Soddy (Chemical News 107, p. 97); e por Fajans (Physikalische Zeitschrift 14; pgs. 131; 136; Verhandlungen der Deutschen Physikalische Gesellschaft 15, p. 240). Segundo aquela Lei, a emissão de uma partícula envia o elemento emissor a uma posição deslocada de duas colunas para a esquerda de sua posição inicial na Tabela Periódica. Por sua vez, a emissão de uma partícula corresponde apenas ao deslocamento de uma coluna à direita da posição inicial do emissor. [en.wikipedia.org/wiki/Protactinium; Ruth Lewin Sime, Lise Meitner: A Life in Physics (University of California Press, 1997).]
Um novo aspecto do isotopismo foi apresentado, em 1907 (American Journal of Science 24, p. 370), pelo próprio Boltwood ao observar que existem átomos que são “quimicamente idênticos”, mas que diferem por suas propriedades radioativas. Foi nessa ocasião que ele denominou de iônio (hoje, o isótopo do tório: Th230) ao átomo que encontrara e que era “quimicamente idêntico” ao tório, mas que não podia ser quimicamente separado deste elemento. Em 1912 (Proceedings of the Royal Society of London A87, p. 478), Russell e R. Rossi, mostraram que os espectros óticos do iônio e do tório, eram indistinguíveis. Note-se que o excesso de trabalho de Boltwood provocou-lhe uma depressão nervosa que culminou com o seu suicídio.
Por sua vez, uma primeira tentativa de conceituar o isotopismo foi apresentada, em 1912, pelo físico dinamarquês Niels Henrik David Bohr (1885-1962; PNF, 1922), ao afirmar que existiam elementos “eletronicamente idênticos”. [Armin Hermann, Na Nueva Física: De Camino Hacia la Era Atómica (Inter Nationes Bonn-Bad Godesberg, 1979); Abraham Pais, Niels Bohr´s Times, in Physics, Philosophy, and Polity (Clarendon Press, 1991).] Contudo, o termo isótopo foi cunhado por Soddy, em 1913 (Nature 92, p. 399), para representar o elemento químico que ocupa “o mesmo lugar” na Tabela Periódica dos Elementos.