02 April 2015

Marie Curie, dan Kisah Penemuan Polonium dan Radium

Ads by Google

Pada tahun 1867, seorang bayi perempuan yang dilahirkan di Warsawa, sebuah daerah yang berada dalam wilayah kekuasaan Kerajaan Rusia, (sekarang menjadi daerah Polandia) diberi nama Maria Salomee Sklodowska. Takdir hidup perempuan ini menetapkannya menjadi seorang ilmuwan perempuan yang terkenal sepanjang masa dan satu-satunya ilmuwan yang pernah menerima hadiah nobel pada dua bidang ilmu yang berbeda, di samping dianugerahi penghargaan nobel dalam bidang fisika, dia juga menerima penghargaan yang sama dalam bidang kimia.

Kita mengenal perempuan ini dengan nama Marie Curie. Marie adalah cara lidah orang Prancis mengucapkan Maria, nama awalnya. Sedangkan Curie adalah nama suaminya, Pierre Curie.

Perjalanan Karier Marie Curie

Setelah tahun-tahun sekolahnya usai, Marie Curie selama beberapa waktu bekerja sebagai pengajar anak-anak di tengah-tengah keluarganya sebelum dia akhirnya mulai mempelajari fisika di Paris, kota di mana saudara perempuannya tinggal pada masa itu, pada tahun 1891.

Setelah berhasil lulus dalam pelajaran fisika dengan nilai terbaik di kelasnya pada tahun 1893, Marie Curie melanjutkan studinya pada bidang matematika. Meskipun demikian, dia juga masih melakukan penelitian dalam bidang fisika, yaitu penelitian tentang sifat magnetik yang dimiliki baja.

Ketika sedang mencari laboratorium yang dapat digunakannya untuk mengerjakan penelitian tentang sifat magnetik baja itulah, Marie Curie yang masih bernama Maria Salomee Sklodowska diperkenalkan dengan Pierre Curie, di awal tahun 1894. Pierre Curie saat itu bekerja di École municipale de Physique et de Chimie Industrielles. Ketika itu Pierre Curie baru saja menyelesaikan sebuah penelitian yang penting. Bersama dengan saudara laki-lakinya, Paul-Jacques Curie, mereka menemukan piezoelektrisitas,sesuatu yang di kemudian hari sangat penting artinya dalam bidang keteknikan. Pada tahun yang bersamaan dengan penemuan itu, Pierre Curie juga menemukan hubungan antara kebergantungan temperatur terhadap sifat kemagnetan dalam bahan, sebuah penemuan yang kelak melambungkan namanya.

Pada tahun 1895, Pierre Curie dan Marie Curie menikah. Putri pertama mereka, Irene, lahir pada bulan September 1897.

Tak lama setelah mengetahui penemuan Becquerel, Marie Curie memulai karier fisikanya dalam bidang radioaktivitas.

Studi tentang radioaktivitas dimulainya dengan menggunakan sebuah metode kuantitatif pada bidang penelitian yang baru tersebut. Untuk melakukan hal tersebut, dia memanfaatkan karakteristik radioaktivitas untuk membuat udara bersifat konduktif. Dua buah pelat logam berbentuk lingkaran, berdiameter 8 cm, disusun secara vertikal dengan jarak 3 cm satu sama lain. Sebuah lapisan tipis yang terbuat dari unsur yang telah dilumatkan, ditaburkan secara merata di bagian atas pelat paling bawah. Sistem dua pelat ini kemudian dimuati dengan cara menghubungkan kedua pelat tersebut ke kutub-kutub sebuah baterai dalam rentang waktu yang singkat. Setelah itu, konfigurasi kedua pelat ini, yang kita kenali sebagai kapasitor, dibiarkan mengalami pengosongan. Arus yang muncul pada proses pengosongan kapasitor inilah yang merupakan ukuran konduktivitas udara dengan demikian arus pengosongan ini juga merupakan ukuran radioaktivitas bahan tersebut. Untuk dapat mengukur secara akurat arus yang sangat kecil ini, Marie Curie menggunakan teknik yang cerdas yang didasarkan pada sifat piezoelektrik kristal, sesuatu yang telah ditemukan oleh suaminya. Pada proses pengosongan sebuah kapasitor, bukan hanya arus pengosongan, tetapi juga perubahan tegangan dalam selang waktu tertentu yang dapat dikaitkan dengan cara penentuan konduktivitas. Marie Curie mengukur tegangan dengan cara mengompensasinya dengan tegangan yang dihasilkan oleh kristal piezoelektrik. Kristal piezoelektrik ini akan menghasilkan tegangan jika sebuah beban digantungkan pada kristal tersebut. Marie Curie kemudian mengukur waktu dan berat beban tersebut dengan ketelitian yang tinggi. Dari hasil pengukuran ini dia menghitung perubahan tegangan, dan berdasarkan hasil perhitungan perubahan tegangan, akhirnya dapat ditentukan nilai arus. Dengan cara inilah dia dapat mengukur arus yang sangat kecil yang berada dalam orde beberapa pikoampere (10-12 A).
Ads by Google

Dengan peralatan yang sederhana namun kreatif ini, Marie Curie memperoleh ukuran keradioaktifan dari berbagai bahan, yang menurut apa yang ditulisnya sendiri, terdiri atas sejumlah besar logam, garam-garaman, oksida, dan mineral. Pada bulan April 1898, dalam publikasi pertamanya yang hanya berisi tiga halaman, dia menyajikan semua hasil-hasil tersebut. Berdasarkan hasil kerja itu, Marie Curie menarik beberapa kesimpulan yang penting sebagai berikut:


  1. Semua senyawa yang mengandung uranium bersifat radioaktif. Senyawa ini akan memiliki tingkat radioaktivitas yang semakin tinggi jika kandungan uraniumnya semakin banyak. Segera setelah itu, Marie Curie menggunakan temuan ini dalam mengemukakan tentang radioaktivitas fenomena atom: semakin banyak atom-atom unsur radioaktif dalam sebuah bahan, maka semakin bersifat radioaktif bahan tersebut.
  2. Senyawa thorium juga bersifat radioaktif. Hasil ini menunjukkan bahwa Marie Curie telah menemukan sebuah unsur radioaktif baru selain uranium. Penemuan yang sama sebenarnya telah dilakukan oleh Schmidt sebelumnya. Tetapi, Marie Curie tidak mengetahui sama sekali hasil yang telah dicapai oleh Schmidt tersebut.
  3. Ada dua mineral khusus yang mengandung uranium, yang kelihatannya berlawanan dengan kesimpulan poin 1, yang menunjukkan adanya aktivitas yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan aktivitas yang dapat dihasilkan oleh senyawa yang memiliki kandungan uranium. Kedua mineral ini adalah bijih uranium (sebuah oksida uranium) dan chalcolite (uranyl copper phosphate). Marie Curie menjelaskan temuannya ini dengan mengasumsikan bahwa mineral-mineral ini mengandung unsur-unsur yang jauh lebih radioaktif dibandingkan dengan uranium. Sebagai uji pertama terhadap penjelasan ini, dia mensintesis chalcolite dari zat murni dalam laboratorium dan menemukan bahwa chalcolite yang diperolehnya tidak lebih aktif dibandingkan dengan garam-garam uranium lainnya.

Marie Curie telah mengemukakan tentang sebuah sifat fisis dari atom, yaitu radioaktivitas, yang dapat dijadikan sebagai panduan untuk menemukan unsur-unsur kimiawi yang baru. Cara yang seperti ini telah pernah dilakukan oleh Kirchhoff dan Bunsen dengan analisis spektralnya, ketika mereka menggunakan emisi cahaya yang memiliki frekuensi tertentu sebagai penciri unsur-unsur baru. Analisis spektral ala Kirchhoff dan Bunsen mencapai kesuksesan terbesarnya saat unsur helium ditemukan melalui analisis spektral cahaya matahari. Atas dasar pengalaman inilah, Marie Curie bersama dengan suaminya, Pierre Curie memulai sebuah bidang baru yang disebut radiokimia.

Dengan bahan dasar bijih uranium, mereka menggunakan teknik-teknik kimiawi seperti pelarutan, pengendapan, penyaringan, dan kristalisasi untuk memperkaya unsur-unsur baru dalam sampel mereka, dan menggunakan karakteristik fisis radioaktivitas untuk mendeteksi keberadaan unsur-unsur baru tersebut. Pada bulan Juli 1898, mereka menemukan sebuah sampel dengan radioaktivitas yang besarnya 400 kali lebih kuat daripada radioaktivitas uranium murni. Mereka menamakan unsur baru tersebut polonium. Penamaan ini didasarkan pada nama daerah asal Marie Curie, Polandia.


Dalam kimia analitis, ada prosedur yang telah lama diketahui yaitu membagi sampel yang komposisinya tidak diketahui menjadi beberapa sub sampel, yang masing-masing hanya mengandung kelompok kecil-kecil dari unsur-unsurnya atau beberapa bagian dari senyawanya. Polonium ditemukan berada dalam salah satu kelompok ini. Pada beberapa kelompok yang lainnya, yang diketahui mengandung unsur-unsur barium, potasium, dan strontium, pasangan suami istri itu juga menemukan adanya gejala radioaktivitas.

Berkat kerja samanya dengan seorang ahli kimia bernama Bemont, mereka dapat memperoleh sampel yang memiliki aktivitas antara 60 – 900 kali kekuatan radioaktivitas uranium murni. Berdasarkan analisis spektrum optik sampel ini, Demarçay menemukan adanya garis spektral, sesuatu yang belum diketahui keberadaannya pada masa itu. Intensitas garis spektral ini semakin bertambah dengan semakin meningkatnya radioaktivitas sampel. Marie Currie dan suaminya menyimpulkan bahwa mereka telah menemukan sebuah unsur baru lainnya yang selanjutnya mereka namai radium. Sampel dengan radioaktivitas terkuat yang mereka miliki tidak hanya dapat menghitamkan pelat fotografi yang melebihi kemampuan uranium, tetapi, seperti pada sinar X Rontgen, sampel ini bahkan menyebabkan pemancaran cahaya tampak jika didekatkan pada barium platinasianida. Marie dan Pierre Curie mengemukakan sebuah pernyataan penting berkaitan dengan hal ini bahwa tidak ada sumber energi yang dapat menghasilkan cahaya tersebut sehingga kelihatannya hal ini bertentangan dengan prinsip Carnot yaitu prinsip kekekalan energi.

Pada saat-saat itulah sebenarnya masa yang heroik dalam kehidupan Curie bermula. Pada saat itu, pasangan suami istri Curie tidak memiliki cukup banyak bijih uranium untuk dapat terus mengayakan radioaktivitas sampelnya, apalagi untuk mengisolasi unsur baru polonium dan radium dalam bentuk murninya. Tetapi, keberadaan unsur-unsur tersebut sangat dibutuhkan untuk dapat mempelajari sifat-sifat kimiawi unsur-unsur baru tersebut dan menentukan jumlah massa atomiknya. Lagi pula hal ini sangat berarti dalam bidang kimia.

Sebenarnya, bijih uranium ditambang di Sankt Joachimstal, Bohemia, sebuah daerah di Austria. Bahkan aktivitas penambangan bijih uranium sudah menjadi tradisi yang panjang pada masa itu. Awalnya, penambangan perak yang banyak terdapat di Sankt Joachimstal. Bijih uranium hanya ditambang untuk mendapatkan uranium yang diperlukan pada industri kaca orang-orang Bohemia. Untungnya, mineral sisa hasil ekstraksi uranium itu masih bermanfaat bagi Curie dan para penambang rela mendonasikan beberapa ratus kilogram yang kemudian meningkat menjadi beberapa ton kepada keluarga Curie. Setelah bekerja selama bertahun-tahun dalam kondisi yang menyedihkan dalam sebuah gudang, Marie Curie dengan tangannya sendiri melakukan pengolahan kimiawi sejumlah besar material, sedangkan suaminya melakukan pemeriksaan proses pengayaan radioaktivitas tersebut dengan menggunakan pengukuran fisis. Dari usaha ini, Marie Curie dapat menghasilkan sedikit garam radium yang hampir murni dan mempelajari sifat-sifat kimiawi radium, yang ternyata adalah sebuah unsur tanah alkali yang berada di bawah barium dalam tabel periodik dan secara kimiawi sangat mirip dengan barium.

Pada proses selanjutnya dari upaya itu, Marie Curie memperoleh sejumlah bantuan dari sebuah perusahaan kimia berupa pengolahan awal bijih uranium. Kepada Debierne, ilmuwan muda yang bekerja pada perusahaan tersebut, Marie Curie menyarankan untuk mencoba mencari unsur-unsur radioaktif lainnya. Alhasil, pada tahun 1899, Debierne menemukan aktinium.

Pada musim panas di tahun 1903, Marie Curie akhirnya meraih gelar Ph.D-nya dengan sebuah disertasi yang merangkum semua hasil-hasil pekerjaannya yang penting mengenai unsur-unsur radioaktivitas. Di akhir tahun itu, bersama dengan Henri Becquerel, pasangan suami istri Marie dan Pierre Curie menerima penghargaan nobel fisika. Tahun 1904, Pierre Currie akhirnya menjadi profesor di Sorbonne, sebuah universitas di Paris.

Seusai sebuah acara jamuan makan malam yang diinisiasi oleh Profesor Langevin, yang dihadiri oleh Rutherford, dan Perrin, di taman kediaman profesor Langevin, Profesor Curie menunjukkan sebuah tabung yang ditempatkan dalam sebuah sulfida seng dan berisi sejumlah besar larutan radium.

Apa yang ditunjukkan oleh Pierre Curie ini sangat mengagumkan para fisikawan yang hadir pada saat itu. Hal ini seperti yang dikemukakan oleh Rutherford dalam sebuah tulisannya ketika mengenang kunjungannya ke Paris pada tahun 1903.

“Pancaran sinar yang keluar dari bahan-bahan itu sangat mengagumkan dan menjadi akhir pertemuan yang indah yang menjadi hari yang tidak dapat terlupakan. Pada saat itu kami tidak dapat melihat betapa tangan Profesor Curie sangat terluka dan dalam keadaan kesakitan karena terpapar oleh sinar-sinar radium. Itulah kesempatan pertama sekaligus yang terakhir kalinya saya dapat bertemu dengan Curie. Kematiannya yang terlalu cepat karena sebuah kecelakaan jalan pada tahun 1906 merupakan sebuah kehilangan besar pada dunia sains khususnya pada perkembangan yang cepat dari sains radioaktivitas.”



Setelah Kematian suaminya di tahun 1906 itu, Marie Curie kemudian menggantikannya menjadi ketua sekaligus menjadi profesor wanita pertama di Sorbonne. Pada tahun 1911 Marie Curie kembali menerima penghargaan nobel tetapi kini dalam bidang kimia. Dia melanjutkan pekerjaannya tentang radioaktivitas, khususnya dalam bidang radiokimia sampai akhirnya perempuan luar biasa ini meninggal dunia pada tahun 1934.

Begitu dihargainya pasangan suami istri ini sehingga pada tahun 1995, jasad mereka yang masih tersisa dipindahkan ke Pantheon di Paris, tempat dimana Prancis menyemayamkan warga negara mereka yang paling dihormatinya. Untuk pemindahan jasad itu, sebuah upacara khidmat diselenggarakan yang dihadiri oleh presiden Prancis dan Polandia serta Eve Curie, putri termuda dari dua orang putri pasangan suami istri itu. Eve Curie telah menulis sebuah biografi yang cerdas tentang ibundanya.

Referensi: The Harvest of a Century Discoveries of Modern Physics in 100 Episodes, Siegmund Brandt, 2009, Oxford University Press Inc.

2 komentar :