Năm 1939, nhà khoa học người Pháp Marguerite Perey đã tạo nên một cột mốc quan trọng trong lịch sử hóa học khi phát hiện ra franci, nguyên tố cuối cùng được tìm thấy trong tự nhiên. Đây là một trong những nguyên tố hiếm nhất và không ổn định nhất trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
Vào tháng 9/2019, trong lúc tiến hành thí nghiệm với đồng vị phóng xạ actini-227, nhà khoa học Katherine Shield tại Đại học California, Berkeley (Mỹ) đã bắt gặp những kết quả bất thường khi thực hiện phép đo phổ gamma.
Cụ thể, khi cô quan sát quang phổ của một trong những mẫu phân tách thì phát hiện một “đỉnh” (tín hiệu trên biểu đồ phổ) rất kỳ lạ. Đỉnh này không nên xuất hiện trong kết quả đo, khiến cô ngạc nhiên và tự hỏi điều gì đang xảy ra. Kết quả có vẻ giống như thori, nguyên tố thường xuất hiện khi actini phân rã, nhưng lại thiếu đỉnh chính (tín hiệu quan trọng nhất của thori). Điều này khiến cô bối rối và bắt đầu suy nghĩ về chuỗi phân rã phóng xạ của actini để tìm ra nguyên nhân của kết quả thí nghiệm bất thường.
Shield tiến hành tra cứu trong tuyển tập về các quang phổ đã biết và nhận thấy phát hiện của mình đã bị người khác tìm ra trước đó 80 năm. Cô đã vô tình tái tạo một trong những kỳ tích khoa học ấn tượng nhất ở thế kỷ 20: khám phá của Marguerite Perey về nguyên tố cuối cùng được tìm thấy trong tự nhiên, franci (Fr).
Perey sinh ra ở vùng ngoại ô Paris, Pháp vào năm 1909. Bà tốt nghiệp chuyên ngành hóa học tại Trường Kỹ thuật Giáo dục Phụ nữ ở Paris vào năm 1929 – tấm bằng này giúp bà có đủ điều kiện để làm việc như một kỹ thuật viên trong phòng thí nghiệm. Ngay sau đó, bà đã nộp đơn ứng tuyển vào vị trí trợ lý cá nhân tại Viện Radium có trụ sở nằm trong một tòa nhà tối tăm gần Vườn Luxembourg – nơi mà bà cảm thấy khá ảm đạm và u ám.
Người phỏng vấn bà mặc đồ đen toàn thân, tóc búi cao, khuôn mặt nhợt nhạt sau cặp kính dày. Ban đầu, Perey nghĩ đó là một thư ký, nhưng bà bất ngờ nhận ra đó chính là người phụ nữ nổi tiếng nhất nước Pháp: Marie Curie, người đã hai lần đoạt giải Nobel. Buổi phỏng vấn diễn ra không suôn sẻ, và Perey cảm thấy nhẹ nhõm vì nghĩ rằng mình sẽ không phải quay trở lại nơi u ám đó. Nhưng vài ngày sau, một lá thư thông báo rằng bà đã được nhận vào làm việc.
Với tư cách là trợ lý cá nhân, Perey có nhiều cơ hội tiếp xúc với Marie Curie hơn những người khác. Cuộc sống của bà xoay quanh việc tinh chế actini từ quặng urani để hỗ trợ Marie Curie trong các nghiên cứu. Đây là một công việc nguy hiểm.
“Không có bất kỳ tiêu chuẩn an toàn nào, và các vật liệu phóng xạ được xử lý một cách thủ công. Marie Curie thậm chí còn tin rằng bức xạ là vô hại hoặc thậm chí có lợi”, Rayner-Canhams cho biết. “Điều này khiến Viện Radium bị ô nhiễm bức xạ rất nghiêm trọng. Các nhân viên quan tâm đến sự an toàn của các nguồn vật liệu phóng xạ hơn là sự an toàn của chính họ”.
Năm 1934, Marie Curie qua đời vì bị thiếu máu và ung thư bạch cầu, có thể là do tiếp xúc với chất phóng xạ trong thời gian dài. Perey được thăng tiến lên vị trí cao hơn trong công việc, trở thành một nhà hóa học phóng xạ (radiochemist). Bà tiếp tục các nghiên cứu của mình với nguyên tố actini dưới sự chỉ đạo của Andre Debierne, người phát hiện ra nguyên tố này, và Irène Joliot-Curie, con gái của Marie Curie (cũng là một người đoạt giải Nobel).
Như đã đề cập trước đó, phần lớn đồng vị phóng xạ actini-227 sẽ phân rã thành thori-227 (với tỷ lệ hơn 98%). Nhưng vào năm 1938, Perey nhận thấy mẫu actini phát ra một loại năng lượng phân rã bất thường, khác với những gì bà mong đợi. Bà làm việc đến tận nửa đêm để cố gắng tìm hiểu xem điều gì đã xảy ra. Bà quyết định xin thêm thời gian ba tuần để nghiên cứu về sản phẩm phân rã mới.
Tháng 1/1939, sau khi tinh chế và thử nghiệm tỉ mỉ, Perey nhận thấy mẫu actini đã trải qua quá trình phân rã alpha, mất đi hai proton và hai neutron. Bà gọi sản phẩm tạo ra sau phản ứng là “actini-K”. Đây là lần đầu tiên người ta phát hiện ra nguyên tố có số hiệu nguyên tử 87 trong tự nhiên.
“Tôi thậm chí còn không biết Perey đã làm điều đó như thế nào. Đây chỉ là một nhánh phân rã nhỏ, có xác suất khoảng 1,5%. Nó giống như việc tìm một cây kim nhỏ trong đống cỏ khô khổng lồ”, Katherine Shield, nhà nghiên cứu tại Đại học California, Berkeley (Mỹ), cho biết. “Tôi luôn kinh ngạc trước những gì các nhà hóa học đương thời có làm được với rất ít công cụ và thiết bị, so với những gì chúng ta có ngày nay”.
Điều này còn ấn tượng hơn khi chu kỳ bán rã của đồng vị mà Perey khám phá ra chỉ là 22 phút. “Franci phân rã beta để trở thành nguyên tố radi”, Shield giải thích. “Để quan sát nó, Perey cần phải tiến hành thí nghiệm một cách cẩn thận và chính xác trong khoảng thời gian rất ngắn. Những gì bà đã làm thật ấn tượng và phi thường”.
Tuy nhiên, phát hiện của Perey gần như bị đánh cắp ngay sau đó. Ngày 9/1/1939, nhà vật lý Jean Perrin đã thay mặt Perey trình bày những phát hiện về nguyên tố franci trước Viện Hàn lâm Khoa học Pháp. Nhưng khi thông tin này xuất hiện trên báo, ông lại tuyên bố nguyên tố mới là “moldavium” do một học trò của ông tên là Horia Hulubei phát hiện ba năm trước đó, thay vì ghi nhận hoàn toàn công lao của Perey. Ông cũng gạt bỏ khám phá của Perey, coi đó chỉ là một nguyên tố không bền và không đáng chú ý.
Mặc dù tuyên bố của Perrin và Hulubei sau này đã bị cộng đồng khoa học bác bỏ và ghi nhận công lao thuộc về Perey, sự việc vẫn khiến bà cảm thấy rất đau khổ. “Dù khoảng thời gian sau khi tôi phát hiện ra nguyên tố franci có mang lại cho tôi một số vinh dự, tôi đã trải qua những khoảnh khắc rơi nước mắt và thất vọng do những khía cạnh đen tối của bản chất con người: những biểu hiện của sự thấp hèn và gian trá”, Perey chia sẻ trong Lễ kỷ niệm 30 năm ngày phát hiện nguyên tố franci diễn ra tại Strasbourg vào tháng 3/1969.
Năm 1946, Perey đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ tại Đại học Sorbonne dựa trên khám phá của mình. Ban đầu, bà đề xuất tên gọi chính thức cho nguyên tố mới (actini-K) là “cati” vì xét theo vị trí của nó trong nhóm kim loại kiềm, nó rất dễ mất electron để trở thành ion dương (cation). Tuy nhiên, Joliot-Curie lo ngại rằng tên gọi này có thể khiến người ta liên tưởng đến mèo (cat), nên đã yêu cầu Perey chọn một tên khác. Cuối cùng, Perey đã quyết định đặt tên là “franci” để vinh danh quê hương Pháp (France) của bà.
Perey tiếp tục làm việc tại Viện Radium cho đến năm 1949. Sau đó, bà trở thành trưởng khoa hóa học hạt nhân tại Đại học Strasbourg và là thành viên của Ủy ban Khối lượng Nguyên tử. Bà qua đời vì bệnh ung thư vào năm 1975. Căn bệnh này có thể phát sinh do thời gian dài bà tiếp xúc với các chất phóng xạ.
Vào giữa những năm 2000, các nhà khoa học Laetitia Delmau, Saed Mirzadeh và Bruce Moyer, tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (Mỹ) bắt đầu nghiên cứu về franci và công bố những bài báo đầu tiên về tính chất hóa học của nó sau gần 50 năm gián đoạn. Đây là một trong những nguyên tố hiếm nhất và không ổn định nhất trong bảng tuần hoàn.
Theo: Chemistry World