Celebre as mulheres por trás da tabela periódica

Reportagem da Nature destaca pesquisadoras do sexo feminino que descobriram elementos e suas propriedades

A história de como dezenas de elementos foram reunidos e confinados em uma tabela periódica ultrapassa uma pessoa e um ponto no tempo. Os cientistas classificaram e previram elementos antes e depois da estrutura de 1869 de Dmitri Mendeleev. E muitos mais trabalharam para encontrar e explicar essas novas substâncias. Gases nobres, radioatividade, isótopos, partículas subatômicas e mecânica quântica eram todos desconhecidos em meados do século XIX.

Aqui destacamos algumas das mulheres que revolucionaram nossa compreensão sobre os elementos. Marie Curie é a mais célebre, por sua dupla conquista do prêmio Nobel com suas pesquisas sobre radioatividade e pela descoberta do polônio e do rádio. Histórias sobre os papéis de outras mulheres são escassas. Assim também é a apreciação das habilidades necessárias, incluindo tenacidade e diligência, na realização de experimentos, analisando dados e reavaliando teorias.

Provar a descoberta de um novo elemento é difícil. O primeiro passo é encontrar uma atividade incomum – comportamento químico ou propriedades físicas que não podem ser atribuídas a elementos conhecidos, como emissões radioativas ou linhas espectroscópicas inexplicadas. Então, o elemento, ou seu composto, deve ser isolado em quantidades suficientes para que seja pesado, testado e usado para convencer os outros.

Pesquisar e classificar

Marie Curie não procurava elementos quando começou seu doutorado em “raios de urânio”, em 1897. Ela queria explorar a radioatividade, que havia sido descoberta por Henri Becquerel, em 1896. E se deparou com a pechblenda, um minério com radioatividade que era forte demais para ser explicado apenas pelo urânio. Ela suspeitou da presença de outros elementos e trouxe o marido, Pierre, para ajudar.

Em 1898, eles identificaram linhas espectroscópicas de dois novos elementos – rádio e polônio. No entanto, levaram mais de três anos para moer, dissolver, ferver, filtrar e cristalizar toneladas do mineral para extrair apenas 0,1 grama de composto de rádio. (Eles lutaram para fazer o mesmo pelo polônio por causa de sua curta meia-vida.) Prêmios Nobel seguiram as descobertas – o primeiro compartilhado pelo casal e Becquerel em 1903, por descobrir a radioatividade; o segundo por Marie sozinha, em 1911, pelas descobertas de polônio e rádio e pelo isolamento e estudo do rádio.

Posicionar um elemento na tabela periódica requer o estabelecimento de seu peso atômico e propriedades químicas. Por exemplo, o rádio se comporta muito como o bário e tem um peso atômico maior, então ele se encaixa logo abaixo do bário na tabela periódica. Determinar pesos atômicos é difícil porque exige substâncias puras.

Elementos de peso e caráter semelhantes são difíceis de distinguir. Logo depois de Mendeleev preparar sua tabela, a química russa Julia Lermontova aceitou o desafio – provavelmente a pedido de Mendeleev – de refinar os processos de separação dos metais do grupo da platina (rutênio, ródio, paládio, ósmio, irídio e platina). Este foi um pré-requisito para o próximo passo de colocá-los em ordem. O único relato de seu trabalho (até onde sabemos) está nos arquivos de Mendeleev, junto com a correspondência deles. Lermontova estudou química em Heidelberg, na Alemanha, sob orientação de Robert Bunsen (que descobriu o césio e rubídio em 1860 com Gustav Kirchhoff, usando seu espectroscópio recém-inventado), e foi a primeira mulher a obter um doutorado em química na Alemanha, em 1874.

A garantia de valores para pesos atômicos também foi crucial para trabalhar séries de decaimento radioativo e para distinguir novos elementos e versões desconhecidas dos existentes – isótopos. Isso resolveu o problema de aparentemente muitos novos elementos estarem surgindo, mas apenas algumas lacunas foram deixadas na tabela periódica. Embora o químico britânico Frederick Soddy tenha introduzido o conceito de isótopos em 1913, foi a médica Margaret Todd que sugeriu o termo (que significa “mesmo lugar” em grego) em um jantar.

Provas experimentais de isótopos foram logo fornecidas por Stefanie Horovitz, uma química polonesa-judia. Trabalhando no Radium Institute, em Viena, ela mostrou que mesmo um elemento comum, como o chumbo, pode ter diferentes pesos atômicos, dependendo se deriva do decaimento radioativo do urânio ou do tório.

Outro problema era a natureza de uma curiosa “emanação” do rádio. Seria uma partícula ou um gás? A estudante de física canadense Harriet Brooks resolveu o problema com seu supervisor Ernest Rutherford, da McGill University, em Montreal, Canadá. Em 1901, Brooks e Rutherford mostraram que a emanação difundia-se como um gás pesado, fornecendo a primeira evidência de que um novo elemento poderia ser produzido durante o decaimento radioativo. Em 1907, William Ramsay sugeriu que o gás, mais tarde chamado de radônio, pertencia ao “grupo de elementos de hélio” – agora chamado de gases nobres.

Em 1902, Rutherford e Soddy anunciaram sua teoria da desintegração radioativa: os átomos decaem espontaneamente em novos átomos enquanto emitem raios. Rutherford foi agraciado com o Prêmio Nobel de Química em 1908 por suas investigações; a contribuição do radônio de Brooks foi um primeiro passo crucial. Ela raramente é creditada. Embora o primeiro artigo fosse de autoria de Brooks e Rutherford, o seguinte na Nature continha apenas o nome de Rutherford – com uma linha de crédito que Brooks lhe ajudou. Como mulher, Brooks achava difícil conseguir posições permanentes (especialmente depois de casada) e buscar uma linha de pesquisa constante.

Aprofundando no assunto

Insights sobre a física do núcleo atômico continuaram a surgir. Em 1917-18, a física Lise Meitner e o químico Otto Hahn descobriram o elemento 91, o protactínio, em Berlim. Meitner era austríaca e tinha ido para a Alemanha depois de seu doutorado para melhorar suas oportunidades de carreira. Em 1907, ela foi admitida como colaboradora não remunerada de Hahn no departamento de química da Universidade de Berlim. Ela teve que trabalhar no porão – as mulheres não deveriam ser vistas. Em 1913, depois de Hahn ter se mudado para o Instituto Kaiser-Wilhelm de Química em Berlin-Dahlem, ela se tornou uma “associada” do instituto.

Hahn e Meitner descobriram o protactínio enquanto procuravam a “substância mãe” do actínio na série de decaimento radioativo. Eles faziam parte de uma corrida mais ampla para encontrar o elemento, e as disputas de prioridade inevitavelmente se seguiam. A descoberta da dupla acabou sendo reconhecida como a primeira porque Meitner e Hahn haviam coletado mais substância e a caracterizaram mais completamente do que seus concorrentes.

Outro elemento, o número 75 – rênio – foi descoberto em 1925 pelos químicos alemães Ida Noddack e seu marido Walter Noddack, em Berlim, juntamente com Otto Berg, na empresa de engenharia elétrica Siemens–Halske (posteriormente parte da firma Siemens). Ida Noddack, cujo sobrenome de solteira era Tacke, era engenheira química e deixou a indústria para caçar elementos perdidos. Em 1925, ela começou como pesquisadora não remunerada do Physikalisch-Technische Reichsanstalt (Instituto Imperial Físico e Técnico) em Berlim, onde Walter dirigiu o laboratório de química. Os Noddacks lutaram para produzir quantidades ponderáveis ​​de rênio, que receberam o nome do Reno; é um dos elementos mais raros da Terra e não é radioativo.

Os Noddacks também alegaram ter encontrado o elemento 43, que chamaram de masúrio (como a região da Masúria, agora na Polônia). Mas nunca conseguiram reproduzir suas linhas espectrais ou isolar o material. De fato, usar técnicas de “química úmida” para esse elemento era impossível. Em 1937, o elemento 43 tornou-se o primeiro a ser produzido artificialmente, chamado tecnécio.

Diferente de Marie Curie, que foi reconhecida por direito e assumiu a cadeira de Pierre na Universidade de Paris após sua morte, Ida Noddack trabalhou como convidada no laboratório do marido durante a maior parte de sua vida. Essa foi uma das razões pelas quais ela não foi levada a sério quando, em 1934, sugeriu que o núcleo poderia se dividir, um processo que agora chamamos de fissão.

As descobertas do nêutron em 1932 e da radioatividade induzida em 1934 abriram uma nova linha de pesquisa – fabricando elementos no laboratório por meio do bombardeamento de átomos com partículas. Em 1934, o físico Enrico Fermi e seus colegas da Universidade de Roma anunciaram que haviam produzido os elementos 93 e 94, disparando nêutrons no urânio. Ida Noddack apontou em um artigo na Angewandte Chemie que Fermi falhou ao mostrar que nenhum outro elemento químico, incluindo os mais leves, havia sido produzido. “É concebível”, argumentou ela, “que o núcleo se separe em vários fragmentos grandes.” Os físicos a ignoraram.

Então, em 1938, Meitner e Hahn perceberam que um dos elementos que Fermi havia produzido era o bário, e que o núcleo de urânio havia de fato se partido. Naquela época, no período que antecedeu a Segunda Guerra Mundial, Meitner, sendo judia, havia fugido para a Suécia. Embora fossem seus cálculos que convenceram Hahn de que o núcleo havia se partido, ele não incluiu o nome de Meitner na publicação de 1939 sobre o resultado, nem estabeleceu o registro correto quando aceitou o Nobel de Química de 1944 em 1945.

A maioria dessas pioneiras trabalhou com colaboradores do sexo masculino e é difícil separar suas contribuições. Marguerite Perey é uma exceção: a física francesa é considerada a única descobridora do elemento 87, frâncio, em 1939. Perey ingressou no Instituto Marie Curie em Paris aos 19 anos, como técnica de laboratório, sob a direção de Irène Joliot-Curie e André. Debierne. Ambos independentemente pediram a ela para fornecer um valor preciso para a meia-vida do isótopo actínio-227, um procedimento técnico delicado durante o qual ela identificou o novo elemento. Como os dois não podiam concordar com quem Perey estava trabalhando na época, nenhum deles conseguiu reivindicar um papel na descoberta. Perey passou a liderar o departamento de química nuclear na Universidade de Estrasburgo e, em 1962, tornou-se a primeira mulher a ser eleita para a Academia Francesa de Ciências – como membro correspondente. (Embora não houvesse nenhuma regra contra a admissão de mulheres, o primeiro membro pleno do sexo feminino não foi eleito até 1979).

O frâncio foi o último elemento a ser descoberto na natureza. Hoje, uma descoberta como essa exige grandes equipes com aceleradores de partículas e grandes orçamentos. O significado de um elemento químico mudou, do conceito de Mendeleiev de uma substância estável e intransponível para espécies isotópicas que existem por apenas milissegundos.

Usando essas técnicas, a química americana Darleane Hoffman deu um salto monumental no início dos anos 70. Ela mostrou que o isótopo férmio-257 podia se dividir espontaneamente – não só depois de ser bombardeado com nêutrons. Primeira mulher a liderar uma divisão científica no Laboratório Nacional Los Alamos, no Novo México, Hoffman também descobriu o plutônio-244 na natureza. Ela treinou gerações de mulheres cientistas. Uma delas é Dawn Shaughnessy, agora principal pesquisadora do projeto de elementos pesados (e vários outros) no Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia, que ajudou a descobrir seis novos elementos (números 113-118).

Usando elementos

Muito mais mulheres expandiram nosso conhecimento de elementos. Depois que o químico francês Henri Moissan isolou o flúor em 1886, uma equipe de mulheres (notavelmente Carmen Brugger Romaní e Trinidad Salinas Ferrer) trabalhou com José Casares Gil na Universidade de Madri na década de 1920 e início dos anos 30 para estudar seus efeitos sobre a saúde e presença em águas minerais. Quando tiveram que abandonar a pesquisa após a guerra civil espanhola de 1936-39, seus trabalhos caíram na bibliografia de Casares.

A química Reatha Clark King foi a primeira cientista feminina afro-americana a trabalhar no National Bureau of Standards, em Washington DC. Na década de 1960, ela estudou a combustão de misturas gasosas de flúor, oxigênio e hidrogênio: a alta reatividade do flúor deu-lhe um potencial uso em propulsores de foguete. Algumas misturas eram tão explosivas que exigiam aparelhos e técnicas especiais, que ela criou e a NASA adotou.

Na década de 1910, a médica e pesquisadora norte-americana Alice Hamilton comprovou a toxicidade do chumbo e seus malefícios para o público e para os metalúrgicos. Ela forçou seguradoras e fabricantes a tomar medidas de segurança e compensar os afetados. E também organizou ações sociais para reconhecer doenças relacionadas ao trabalho para pessoas que trabalham com outros metais pesados, como o mercúrio. Em 1919, Hamilton se tornou a primeira mulher indicada para o corpo docente da Universidade de Harvard, em Cambridge, Massachusetts. Ela se manifestou contra a introdução de chumbo na gasolina já em 1925.

A técnica nipo-americana Toshiko “Tosh” Mayeda dominou a medição de radioisótopos de oxigênio nos anos 50. Apontada para lavar instrumentos de vidro no laboratório de Harold C. Urey, na Universidade de Chicago, Illinois, ela logo foi encarregada dos espectrômetros de massa. Ela ajudou a medir a proporção de isótopos de oxigênio em conchas fossilizadas para deduzir as temperaturas dos oceanos pré-históricos e expandiu esse método para os meteoritos.

Como todos os americanos descendentes de japoneses, Mayeda foi enviada para campos de concentração nos EUA depois que Pearl Harbor foi atacada, em 7 de dezembro de 1941, e enfrentou discriminação. Com apenas um diploma de bacharel em química, ela poderia ter sido uma das muitas mulheres técnicas que permaneceram invisíveis enquanto faziam contribuições cruciais. Felizmente, Mayeda foi apoiada por seus superiores, e seu nome apareceu em publicações em pé de igualdade com os titulares de doutores e cátedras.

Imagem mais ampla

Tal como acontece com as próprias descobertas, trazer esses contos de mulheres cientistas à luz levou muito trabalho em equipe, incluindo os colaboradores Gisela Boeck, John Hudson, Claire Murray, Jessica Wade, Maria Mark Ockerbloom, Raymond-Canham Marelene, Geoffrey Rayner-Canham, Xavier Roqué Matt Shindell e Ignacio Suay-Matallana.

Rastrear mulheres na história da química revela uma imagem mais completa de todas as pessoas que trabalham com descobertas científicas, de assistentes e técnicos não remunerados a líderes de grandes laboratórios. Neste ano comemorativo da tabela periódica, é crucial reconhecer como ela foi construída – e continua sendo moldada – por esses esforços individuais e amplas colaborações.

Nature, tradução Jornal da Ciência