Ich habe in meinem Apparat verschiedene Mineralien untersucht.[^4]

Mehrere davon zeigten sich aktiv, z. B. die Pechblende, der Chalkolit,

Autunit, Monazit, Thorit, Orangit, Fergusonit, Cleveit usw. Die folgende

Tabelle enthält die Intensität i des mit metallischem Uran und mit

verschiedenen Mineralien erhaltenen Stromes in Ampere:

i⋅ 10^11

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Uran 7,3

Pechblende aus Johanngeorgenstadt 8,3

Pechblende aus Joachimsthal 7,0

Pechblende aus Pzibram 6,5

Pechblende aus Cornwallis 1,6

Cleveit 1,4

Chalcolit 5,2

Autunit 2,7

Verschiedene Thorite 0,1 0,3 0,7 1,5 1,4

Orangit 2,0

Monazit 0,5

Xenotim 0,03

Äschynit 0,7

Fergusonit (zwei Proben) 0,4 0,1

Samarskit 1,1

Niobit (zwei Proben) 0,1 0,3

Tantalit 0,02

Carnotit 6,2

Carnotit ist ein neuerdings von Friedel und Cumenge entdecktes, aus

Uranvanadat bestehendes Mineral. Der mit Orangit (einem

Thoroxyd-haltigen Mineral) erhaltene Strom variirt stark mit der

angewandten Schichtdicke; vermehrte man diese Dicke von 0,25 bis 6 mm,

so wuchs der Strom von 1,8 auf 2,7.

Alle Mineralien, die sich radioaktiv zeigen, enthalten Uran oder Thor,

ihre Aktivität ist also nicht weiter erstaunlich, doch ist die

Intensität der Erscheinung bei gewissen Materialien unerwartet groß. So

findet man Pechblenden (uranoxydhaltiges Mineral), die viermal aktiver

sind als metallisches Uran. Chalkolit (krystallisirtes

Urankupferphosphat) ist zweimal aktiver als Uran. Autunit

(Urancalciumphosphat) ist ebenso aktiv wie Uran. Diese Tatsachen waren

in Widerspruch mit den früheren Betrachtungen, nach denen kein Mineral

stärker aktiv hätte sein dürfen als Uran oder Thor.

Um diesen Punkt aufzuklären, habe ich nach dem Debrayschen([30], p. 445)

Verfahren künstlichen Chalkolit hergestellt unter Benutzung reiner

Ausgangssubstanzen. Dieses Verfahren besteht in der Mischung einer

Lösung von Urannitrat mit einer Lösung von Kupferphosphat in

Phosphorsäure und Erhitzung auf 50 bis 60 Grad. Nach einiger Zeit bilden

sich die Chalkolitkrystalle in der Flüssigkeit.

Der so erhaltene Chalkolit besitzt eine durchaus normale, seiner

Zusammensetzung entsprechende Aktivität; sie ist 2,5 mal kleiner als die

des Urans.

Es wurde hiernach sehr wahrscheinlich, daß die Pechblende, der

Chalkolit, der Autunit ihre starke Aktivität einer kleinen Quantität

beigemengter stark aktiver Substanz verdanken, die verschieden ist vom

Uran, vom Thor und den überhaupt bekannten einfachen Körpern. Wenn sich

dies wirklich so verhielte, glaubte ich, hoffen zu dürfen, diese

Substanz mittels gewöhnlicher chemisch analytischer Verfahren aus dem

Mineral extrahiren zu können.

Zweites Kapitel. Die neuen radioaktiven Substanzen.

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a) Untersuchungsmethoden.

-------------------------

Die Resultate der Untersuchungen radioaktiver Mineralien, die im vorigen

Kapitel erörtert wurden, veranlaßten Herrn Curie und mich zu dem

Versuche, aus der Pechblende eine neue radioaktive Substanz zu

extrahiren. Als Untersuchungsmethode konnten wir uns nur der

Radioaktivität selbst bedienen, da wir kein andres Merkmal der

hypothetischen Substanz kannten. In folgender Weise kann man die

Radioaktivität für eine derartige Untersuchung benutzen: Man mißt die

Aktivität eines Produkts und führt dann mit ihm eine chemische Trennung

aus; man mißt die Aktivität aller hierbei erhaltenen Produkte und stellt

fest, ob die radioaktive Substanz völlig in einem davon geblieben ist,

oder ob sie sich in irgend einem Verhältnisse zwischen ihnen geteilt

hat. Auf diese Weise hat man ein Erkennungsmittel, das in mancher

Hinsicht mit der Spektralanalyse verglichen werden kann. Um

vergleichbare Zahlen zu erhalten, muß man die Aktivität der Substanzen

im festen und gut getrockneten Zustande untersuchen.

b) Polonium, Radium, Aktinium.

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Die Analyse der Pechblende führte uns unter Anwendung der eben

erörterten Methode zu der Feststellung der Existenz zweier chemisch

verschiedener, stark aktiver Substanzen in diesem Mineral, des

Poloniums, das wir allein, und des Radiums, das wir zusammen mit Herrn

Bémont entdeckt haben.[15,31]

Das Polonium ist eine dem Wismut in chemisch analytischer Beziehung

verwandte Substanz und begleitet dieses bei den Trennungen. Man erhält

ein immer Polonium-reicheres Wismut durch eins der folgenden

Fraktionirungsverfahren:

1. Sublimation der Sulfide im Vakuum; das aktive Sulfid ist flüchtiger

als das des Wismuts.

2. Ausfällung der salpetersauren Lösung mit Wasser; das

niedergeschlagene Subnitrat ist viel aktiver als das gelöst

zurückbleibende Salz.

3. Ausfällung einer sehr stark sauren Chloridlösung mit

Schwefelwasserstoff. Die niedergeschlagenen Sulfide sind bedeutend

aktiver als das gelöst zurückbleibende Salz.

Das Radium ist eine Substanz, die das aus der Pechblende extrahirte

Baryum begleitet; es folgt dem Baryum in seinen Reaktionen und läßt sich

von ihm durch den Löslichkeitsunterschied der Chloride in Wasser,

alkoholhaltigem Wasser oder mit Salzsäure versetztem Wasser trennen. Wir

bewirkten die Trennung der Chloride von Baryum und Radium, indem wir ihr

Gemenge einer fraktionirten Krystallisation unterwarfen, wobei das

Radiumchlorid weniger löslich war als das Baryumchlorid.

Eine dritte stark radioaktive Substanz ist von Herrn Debierne[32,33] in

der Pechblende festgestellt und von ihm als Aktinium bezeichnet worden.

Das Aktinium begleitet gewisse in der Pechblende enthaltene Körper der

Eisengruppe. Es scheint hauptsächlich dem Thorium verwandt, von dem es

noch nicht getrennt werden konnte. Die Extraktion des Aktiniums aus der

Pechblende ist eine sehr heikle Arbeit; die Trennungen sind im

allgemeinen unvollständig.

Alle drei neuen radioaktiven Substanzen finden sich in der Pechblende

nur in ganz verschwindend kleiner Menge. Um sie in konzentrirtem

Zustande zu erhalten, mußten wir die Behandlung von mehreren Tonnen

Uranmineralrückständen unternehmen. Im Groben geschieht die Behandlung

in einer Fabrik; hierauf folgt ein umständliches Reinigungs- und

Koncentrirungsverfahren. So kommen wir dazu, aus den Tausenden von

Kilogrammen von Ausgangssubstanz einige Decigramme von Endprodukten zu

gewinnen, deren Aktivität im Verhältniß zu der des Minerals, aus dem sie

stammen, ganz außerordentlich groß ist. Es ist klar, daß diese gesamte

Arbeit langwierig, heikel und kostspielig ist.[^5]

In Anschluß an unsere Arbeit wurden noch andere radioaktive Substanzen

angekündigt. Herr Giesel[34,35] einerseits, die Herren Hofmann und

Strauß[36] andrerseits teilten mit, daß wahrscheinlich noch eine dem

Blei in seinen chemischen Eigenschaften verwandte radioaktive Substanz

existire. Man weiß jedoch noch wenig über diese Substanz. Von allen

diesen neuen radioaktiven Substanzen ist bis jetzt das Radium das

einzige, das im Zustande eines reinen Salzes dargestellt wurde.

c) Spektrum des Radiums.

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Es war von hervorragender Wichtigkeit, mit allen nur möglichen Mitteln

die bei dieser Arbeit gemachte Hypothese der Existenz neuer radioaktiver

Elemente zu kontrolliren. Im Falle des Radiums ergab die Spektralanalyse

eine vollständige Bestätigung dieser Hypothese.

Herr Demarçay war gern bereit, die Prüfung der neuen radioaktiven

Substanz mittels der exakten Methode, welche er bei dem Studium

photographirter Funkenspektra anwendet, auszuführen. Die Unterstützung

durch einen so kompetenten Gelehrten war für uns eine große Wohltat. Wir

bewahren ihm eine tiefe Dankbarkeit dafür, daß er sich mit dieser Arbeit

befaßte. Die Resultate der Spektralanalyse haben uns Gewißheit

verschafft zu einer Zeit, da wir noch Zweifel über die Interpretation

unsrer Resultate hatten.[^6]

Die ersten Proben von mäßig aktivem Radium-haltigen Baryumchlorid, die

Demarçay untersuchte, zeigten ihm gleichzeitig mit den Baryumlinien eine

neue Linie von merklicher Intensität und der Wellenlänge

λ = 381,47 μμ im ultravioletten Spektrum. Mit den darauf

hergestellten stärker aktiven Produkten sah Demarçay die Linie 381,47

sich verstärken; gleichzeitig erschienen andre neue Linien und in dem

Spektrum hatten die neuen Linien und die Baryumlinien vergleichbare

Intensität. Eine weitere Koncentration lieferte ein Produkt, in dem das

neue Spektrum vorherrscht, und einzig die allein noch sichtbaren

stärksten drei Baryumlinien zeigen die Anwesenheit dieses Metalls als

bloße Verunreinigung an. Dieses Produkt kann also als fast reines

Radiumchlorid betrachtet werden. Endlich konnte ich durch eine neue

Reinigung ein außerordentlich reines Radiumchlorid herstellen, in dessen

Spektrum die Hauptlinien des Baryums kaum mehr sichtbar sind.

Folgendes sind nach Demarçay[37-39] die Hauptlinien des Radiums für den

Teil des Spektrums zwischen λ=500,0 und λ=350,0 Tausendstel

Mikron (μμ). Die Intensität jeder Linie ist durch eine Zahl

angegeben, wobei die stärkste Linie gleich 16 gesetzt ist.

Intensität

-------- ------------

483,63 10

472,69 5

469,98 3

469,21 7

468,30 14

464,19 4

453,85 9

443,61 8

434,06 13

381,47 16

364,96 12

Alle Linien sind deutlich und scharf; die drei Linien 381,47, 468,30 und

434,06 sind stark, sie erreichen gleiche Intensität mit den stärksten

bekannten Linien. Ferner bemerkt man in dem Spektrum zwei starke

verwaschene Banden; die erste symmetrische erstreckt sich von 463,10 bis

462,19 mit einem Maximum bei 462,75; die zweite stärkere ist nach dem

Ultraviolett hin abgeschattet, sie beginnt plötzlich bei 446,37,

erreicht ein Maximum bei 445,52, das sich bis 445,34 erstreckt und dann

folgt eine verwaschene Bande, die, allmählich schwächer werdend, bis 439

reicht.

In dem weniger brechbaren, nicht photographirten Teil des

Funkenspektrums liegt die einzige bemerkbare Linie bei (ungefähr) 566,5;

sie ist jedoch viel schwächer als 482,63.

Der Allgemeinanblick des Spektrums entspricht dem der Erdalkalimetalle,

deren Spektra bekanntlich aus starken Linien und verwaschenen Banden

bestehen.

Nach Demarçay kann man das Radium zu den Körpern allerempfindlichster

Spektralreaktion rechnen. Ich konnte aus meiner Koncentrirungsarbeit

schließen, daß in der ersten Probe, die die Linie 381,47 deutlich

zeigte, das Verhältniß des darin enthaltenen Radiums sehr klein sein

mußte (vielleicht 0,02 Proz). Gleichwohl bedarf es einer 50mal größeren

Aktivität als die des metallischen Urans, um die Hauptlinien des Radiums

in den photographirten Spektren deutlich zu bemerken. Mit einem

empindlichen Elektrometer kann man die Radioaktivität eines Produktes

erkennen, die nur {}^{1}/_{100} der des metallischen Urans beträgt. Man

sieht also, daß zur Erkennung der Anwesenheit des Radiums die

Radioaktivität ein mehrere 1000mal empfindlicheres Zeichen ist als die

Spektralreaktion.

Das stark aktive Wismut-Polonium und das stark aktive Thorium-Aktinium,

die von Demarçay geprüft wurden, ergaben bis jetzt nur die Linien des

Wismuts und Thors.

In einer neuen Veröffentlichung kündigt Herr Giesel,[40] der sich mit

der Darstellung des Radiums befaßt hat, an, daß das Radiumbromid die

Flamme rot färbt. Das Flammenspektrum des Radiums enthält zwei schöne

rote Banden, eine Linie im Blaugrün und zwei schwache Linien im Violett.

d) Abscheidung der neuen radioaktiven Substanzen.

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Der erste Teil des Verfahrens besteht darin, daß man aus den

Uranmineralien das Radium-haltige Baryum, das Poloniumhaltige Wismut und

die das Aktinium enthaltenden seltenen Erden absondert. Wenn man diese

drei Ausgangsprodukte erhalten hat, so sucht man aus jedem von ihnen die

neue radioaktive Substanz zu isoliren. Dieser zweite Teil der Arbeit

geschieht mittels einer Fraktionirungsmethode. Es ist bekanntlich sehr

schwierig, ein Mittel zur vollkommenen Trennung zweier sehr verwandter

Elemente zu finden. Die Fraktionirungsmethoden sind hier also

unerläßlich. Außerdem darf man, wenn ein Element einem andren nur

spurenweise beigemengt ist, eine vollkommene Trennungsmethode auf das

Gemisch überhaupt nicht anwenden, selbst wenn man eine kennen würde. Man

würde tatsächlich riskiren, die durch diese Operation abzuscheidende

Spur von Substanz gänzlich zu verlieren.

Ich habe mich speciell damit befaßt, das Radium und das Polonium zu

isoliren. Nach einer Arbeit von mehreren Jahren bin ich jedoch nur mit

dem ersten der beiden Körper zum Ziele gelangt.

Da die Pechblende ein kostbares Mineral ist, haben wir darauf

verzichtet, große Quantitäten davon zu behandeln. In Europa geschieht

die Verarbeitung dieses Minerals im Bergwerk von Joachimsthal in Böhmen.

Das zerkleinerte Mineral wird zuerst mit Soda geröstet und das Produkt

dieses Verfahrens zuerst in warmem Wasser, dann in verdünnter

Schwefelsäure ausgelaugt. Die Lösung enthält das Uran, dem die

Pechblende ihren Wert verdankt. Der unlösliche Rückstand wird

fortgeworfen. Dieser Rückstand enthält die radioaktiven Substanzen,

seine Aktivität ist 4,5 mal größer als die des metallischen Urans. Die

österreichische Regierung, der das Bergwerk gehört, hat uns

freundlicherweise eine Tonne dieses Rückstandes zu unsrer Untersuchung

zur Verfügung gestellt und das Bergwerk angewiesen, uns noch mehrere

Tonnen der Substanz zu liefern.

Es war durchaus nicht leicht, den Rückstand in der Fabrik mittels eines

laboratoriumsmäßigen Verfahrens zu behandeln. Herr Debierne übernahm es,

diese Frage zu studiren und die fabrikmäßige Behandlung zu organisiren.

Der wichtigste Punkt der von ihm angegebenen Methode besteht darin, daß

man durch Kochen der Substanz in koncentrirter Sodalösung die Sulfate in

Karbonate verwandelt. Dieser Vorgang umgeht die sonst notwendige

Schmelzung mit Soda.

Der Rückstand enthält hauptsächlich die Sulfate von Blei und Calcium,

ferner Silicium, Aluminium und Eisenoxyd. Außerdem finden sich in mehr

oder weniger großer Menge beinahe alle Metalle (Kupfer, Wismut, Zink,

Kobalt, Mangan, Nickel, Vanadium, Antimon, Thallium, die seltenen Erden,

Niobium, Tantal, Arsen, Baryum usw.) darin vor. Das Radium befindet sich

in dieser Mischung von Sulfaten als das am wenigsten lösliche. Um es

aufzulösen, muß die Schwefelsäure so weit als möglich beseitigt werden.

Dazu beginnt man die Behandlung des Rückstandes mit einer koncentrirten

kochenden Natronlauge. Die mit dem Blei, Aluminium und Calcium

verbundene Schwefelsäure geht großenteils als Natriumsulfat in Lösung,

das durch Auswaschung mit Wasser beseitigt wird. Durch das Alkali

entfernt man gleichzeitig das Blei, Silicium und Aluminium. Der

unlösliche Teil wird dann mit Wasser gewaschen und der Einwirkung

gewöhnlicher Salzsäure ausgesetzt. Diese Operation bewirkt den völligen

Aufschluß der Substanz und löst sie zum größten Teil. Aus dieser Lösung

kann man das Polonium und Aktinium ausscheiden: Ersteres wird durch

Schwefelwasserstoff niedergeschlagen, letzteres findet sich in den

Hydraten, die durch Ammoniak aus der Lösung niedergeschlagen werden,

nachdem diese von den Sulfaten getrennt und oxydirt ist. Das Radium

bleibt in dem unlöslichen Teil. Dieser Teil wird mit Wasser gewaschen,

sodann mit einer koncentrirten, kochenden Sodalösung behandelt. Wenn nur

wenige nicht angegriffene Sulfate zurückgeblieben sind, so bewirkt diese

Operation eine vollkommene Verwandlung der Baryumsulfate in Karbonate.

Man wäscht darauf die Substanz sehr gründlich mit Wasser aus und

unterwirft sie der Einwirkung von Salzsäure, die durchaus frei von

Schwefelsäure sein muß. Die Lösung, die das Radium, wie auch das

Polonium und Aktinium enthält, wird filtrirt und mit Schwefelsäure

niedergeschlagen. Man erhält so rohe Sulfate von Radium-haltigem Baryum,

die auch Calcium, Blei und Eisen enthalten und ein wenig Aktinium mit

sich gerissen haben. Die Lösung enthält noch ein wenig Aktinium und

Polonium, die in derselben Weise getrennt werden können, wie von der

ersten salzsauren Lösung.

Aus einer Tonne Rückstand erhält man so 10 bis 20 kg rohe Sulfate, deren

Aktivität 30- bis 60 mal größer ist als die des metallischen Urans. Man

schreitet nunmehr zu ihrer Reinigung. Dazu kocht man sie in Soda und

verwandelt sie in Chloride. Die Lösung wird mit Schwefelwasserstoff

behandelt, woraus eine kleine Quantität aktiver Sulfide resultirt, die

Polonium enthalten. Man filtrirt die Lösung, oxydirt sie durch die

Wirkung von Chlor und schlägt sie mit reinem Ammoniak nieder. Die

niedergeschlagenen Oxyde und Hydrate sind stark aktiv und zwar rührt die

Aktivität vom Aktinium her. Die filtrirte Lösung wird mit Soda

niedergeschlagen. Die niedergeschlagenen Karbonate der Erdalkalien

werden gewaschen und in Chloride verwandelt. Diese Chloride werden zur

Trockenheit eingedampft und mit koncentrirter reiner Salzsäure

gewaschen. Das Chlorcalcium löst sich beinahe vollständig, während das

Radium-haltige Chlorbaryum unlöslich bleibt. Man erhält so pro Tonne

Ausgangssubstanz ungefähr 8 kg Radium-haltigen Baryums, dessen Aktivität

ungefähr 60 mal größer ist als die des metallischen Urans. Dieses

Chlorid ist reif zur Fraktionirung.

e) Polonium.

------------

Wie bereits oben gesagt, schlägt man durch Einleitung von

Schwefelwasserstoff in die verschiedenen im Laufe des Verfahrens

erhaltenen salzsauren Lösungen aktive Sulfide nieder, deren Aktivität

vom Polonium herrührt. Diese Sulfide enthalten hauptsächlich Wismut, ein

wenig Kupfer und Blei. Letzteres Metall ist darin nur in geringem Maße

enthalten, da es zum großen Teil durch die Natronlauge entfernt worden

ist, und da sein Chlorid wenig löslich ist. Antimon und Arsen befinden

sich nur in minimaler Menge in den Oxyden, da ihre Oxyde durch das

Natron gelöst sind. Um hieraus stark aktive Sulfide zu erhalten,

benutzte man folgendes Verfahren. Die stark sauren Chloridlösungen

wurden durch Schwefelwasserstoff niedergeschlagen. Die hierbei

anfallenden Sulfide sind stark aktiv, man benutzt sie zur Herstellung

des Poloniums. In der Lösung bleiben die Substanzen, die bei Gegenwart

eines Überschusses von Salzsäure nur unvollkommen niedergeschlagen

werden (Wismut, Blei, Antimon). Um die Fällung zu vollenden, verdünnt

man die Lösung mit Wasser, behandelt sie von neuem mit

Schwefelwasserstoff und erhält ein zweites Quantum von Sulfiden, das

viel weniger aktiv als das erste ist und im allgemeinen fortgeworfen

wird. Zur weiteren Reinigung der Sulfide wäscht man sie mit

Schwefelammonium, wodurch die übrig bleibenden Spuren von Antimon und

Arsen beseitigt werden. Dann wäscht man sie mit Wasser, dem

Ammoniumnitrat zugesetzt ist, und behandelt sie mit verdünnter

Salpetersäure. Die Lösung ist niemals vollständig, man behält immer

einen mehr oder weniger großen unlöslichen Rückstand, den man nach

Gutdünken nochmals behandeln kann. Die Lösung wird auf ein kleines

Volumen eingedampft und entweder durch Ammoniak oder durch viel Wasser

niedergeschlagen. In beiden Fällen verbleiben Blei und Kupfer, im

zweiten Fall auch ein wenig fast unaktives Wismut in Lösung.

Der aus Oxyden oder Subnitraten bestehende Niederschlag wird in

folgender Weise fraktionirt: Man löst den Niederschlag in Salpetersäure

und fügt der Lösung Wasser zu bis zur Bildung einer genügenden Menge von

Niederschlag. Bei dieser Operation muß man berücksichtigen, daß der

Niederschlag sich zuweilen erst nach einiger Zeit bildet. Man trennt ihn

von der überstehenden Flüssigkeit und löst ihn von neuem in

Salpetersäure; beide so erhaltenen Flüssigkeitsmengen unterwirft man von

neuem einer Füllung durch Wasser und so fort. Man vereinigt die

verschiedenen Portionen nach Maßgabe ihrer Aktivität, indem man die

Koncentration so weit wie möglich zu treiben sucht. Man erhält so eine

kleine Quantität von Substanz, deren Aktivität enorm ist, die aber

nichtsdestoweniger im Spektroskop bis jetzt nur die Linien des Wismut

gegeben hat.

Leider hat man wenig Aussicht, auf diesem Wege zu einer Isolirung des

Poloniums zu gelangen. Die beschriebene Fraktionirungsmethode bietet

große Schwierigkeiten, und dasselbe gilt von andren

Fraktionirungsmethoden auf nassem Wege. Welches auch immer der

angewandte Proceß sei, es bilden sich sehr leicht Verbindungen, die in

verdünnten, wie in koncentrirten Säuren absolut unlöslich sind. Diese

Verbindungen können nur aufgelöst werden, wenn man sie vorher in den

metallischen Zustand überführt, z. B. durch Schmelzung mit Cyankalium.

Da die Zahl der auszuführenden Operationen sowieso schon beträchtlich

ist, so bietet dieser Umstand eine enorme Schwierigkeit für den

Fortschritt der Fraktionirung; dieser Übelstand ist um so

schwerwiegender, als das Polonium eine Substanz ist, die, einmal aus der

Pechblende entfernt, allmählich an Aktivität einbüßt. Dieses Nachlassen

der Aktivität ist übrigens langsam; so hat z. B. eine Probe von

Polonium-haltigem Wismutnitrat in 11 Monaten nur die Hälfte seiner

Aktivität eingebüßt.

Beim Radium bietet sich keine analoge Schwierigkeit. Die Radioaktivität

bleibt ein treuer Führer für die Koncentrirung; diese Koncentrirung

selbst bietet keinerlei Schwierigkeit, und die Fortschritte der Arbeit

konnten von Anfang an durch die Spektralanalyse kontrollirt werden.

Als die weiter unten zu besprechenden Erscheinungen der inducirten

Aktivität bekannt wurden, konnte man natürlich annehmen, daß das

Polonium, das nur die Spektrallinien des Wismuts zeigt und dessen

Aktivität mit der Zeit abnimmt, kein neues Element, sondern durch die

Nachbarschaft des Radiums in der Pechblende inducirtes Wismut sei. Ich

bin nicht davon überzeugt, daß diese Anschauung richtig sei. Im Laufe

meiner langen Arbeit über das Polonium habe ich chemische Wirkungen

konstatirt, die ich weder mit gewöhnlichem, noch mit durch Radium

aktivirtem Wismut jemals beobachtet habe. Diese chemischen Effekte

bestehen in erster Linie in der äußerst leichten Bildung unlöslicher

Verbindungen, von denen oben die Rede war (speciell Subnitrate),

zweitens in der Farbe und dem Aussehen der Niederschläge, die man durch

Wasserzusatz zur Lösung von Poloniumhaltigem Wismutnitrat erhält. Diese

Niederschläge sind manchmal weiß, aber meistens von einem mehr oder

weniger lebhaftem Gelb, das bis zum tiefen Rot geht.

Die Abwesenheit von anderen Spektrallinien als denen des Wismuts beweist

durchaus nicht mit Sicherheit, daß die Substanz nur Wismut enthält, denn

es giebt Körper, deren Spektralreaktion sehr wenig empfindlich ist.

Es wäre nötig, eine kleine Quantität Polonium-haltigen Wismuts in

möglichst großer Koncentration herzustellen und dieses chemisch zu

untersuchen, vor allem bezüglich des Atomgewichts des Metalls. Diese

Untersuchung konnte noch nicht ausgeführt werden, wegen der eben

erwähnten Schwierigkeit bei der chemischen Arbeit.

Wenn es erwiesen wäre, daß das Polonium ein neues Element ist, so wäre

es darum nicht weniger wahr, daß dieses Element nicht beliebig lange im

stark aktiven Zustande existiren kann, wenigstens sobald es von dem

Mineral getrennt ist. Man kann also die Frage auf zwei verschiedene

Weisen betrachten:

1. Entweder ist die ganze Aktivität des Poloniums bloß von den

benachbarten radioaktiven Substanzen inducirt. Das Polonium hätte

dann also die Fähigkeit, seine Atome in langdauernder Form zu

induciren, eine Fähigkeit, die nicht allen Substanzen zuzukommen

scheint;[^7]

2. oder die Aktivität ist eine dem Polonium selbst angehörige, die sich

unter gewissen Bedingungen von selbst zerstört, unter gewissen

anderen Bedingungen, die in dem Mineral realisirt sind, beständig

sein kann. Die Erscheinung der Atomaktivirung durch Kontakt ist so

wenig bekannt, daß es an jeder Grundlage mangelt, um sich eine

bestimmte Meinung in dieser Frage zu bilden.

Ganz kürzlich ist eine Arbeit von Herrn Marckwald[42] über das Polonium

erschienen. Marckwald taucht einen reinen Wismutstab in eine Lösung von

Wismutchlorid, das durch Behandlung von Pechblendenrückständen erhalten

ist. Nach einiger Zeit bedeckt sich der Stab mit einem stark aktiven

Niederschlag und die Lösung enthält nur noch inaktives Wismut. Marckwald

erhält ebenfalls einen sehr aktiven Niederschlag, wenn er Zinnchlorid

einer Lösung von radioaktivem Wismutchlorid hinzufügt. Er schließt

daraus, daß das aktive Element dem Tellur analog ist, und giebt ihm den

Namen Radiotellur. Die aktive Substanz Marckwalds scheint mit dem

Polonium identisch durch ihre Herkunft und durch die stark absorbirbaren

Strahlen, die sie aussendet. Die Wahl eines neuen Namens für diese

Substanz ist jedenfalls bei dem gegenwärtigen Stande der Frage noch

unnötig.

f) Herstellung des reinen Radiumchlorids.

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Der von mir angewandte Weg zur Aussonderung reinen Radiumchlorids aus

dem Radium-haltigen Baryumchlorid besteht darin, daß man das Gemenge der

Chloride einer fraktionirten Krystallisation unterwirft, zuerst in

reinem Wasser, dann in Wasser, dem Salzsäure zugesetzt ist. Man benutzt

also den Unterschied in der Löslichkeit der beiden Chloride, wobei das

Radiumchlorid weniger löslich ist als das Baryumchlorid.

Beim Beginn der Fraktionirung gebraucht man reines destillirtes Wasser;

man löst das Chlorid auf und kocht die Lösung bis zur Sättigung ein.

Dann läßt man durch Abkühlung in einer offenen Schale auskrystallisiren.

Es bilden sich auf dem Grunde schöne festhaftende Krystalle, von denen

die überstehende Mutterlauge leicht abgegossen werden kann. Wenn man

eine Probe dieser Lösung zur Trockenheit eindampft, so findet man, daß

das hierbei erhaltene Chlorid ungefähr fünfmal weniger aktiv ist als das

auskrystallisirte. Man hat also das Chlorid in zwei Teile A und B

geteilt, von denen A viel aktiver ist als B. Man erneuert mit jedem der

Chloride A und B die Operation und erhält mit jedem von ihnen zwei neue

Fraktionen. Wenn die Krystallisation beendet ist, vereinigt man den

weniger aktiven Teil des Chlorids A mit dem stärker aktiven des

Chlorids B, da diese merklich dieselbe Aktivität haben. Man hat jetzt

also drei Teile, die man von neuem derselben Behandlung unterwirft; man

läßt jedoch die Zahl der Portionen nicht dauernd wachsen, da sich in dem

Maße, wie die Anzahl wächst, die Aktivität der am stärksten löslichen

Portion vermindert. Wenn diese Portion eine nur noch ganz unbedeutende

Aktivität besitzt, so entfernt man sie aus dem Verfahren. Hat man die

gewünschte Anzahl von Portionen erhalten, so fraktionirt man auch die am

wenigsten lösliche (an Radium reichste) Portion nicht weiter und

entfernt sie aus dem Verfahren.

Man operirt mit einer konstanten Anzahl von Portionen. Nach jeder Reihe

von Operationen wird die Mutterlauge der einen Portion auf die Krystalle

der nachfolgenden gegossen; aber wenn man nach einer Reihe die

löslichste Portion entfernt hat, so macht man im Gegensatz dazu bei der

nächsten Reihe eine neue Portion mit der löslichsten Fraktion und

entfernt dagegen die Krystalle, die die am stärksten aktive Portion

bilden. Durch die stete Abwechslung dieser beiden Operationen erhält man

einen sehr regelmäßigen Fraktionirungsmechanismus, in dem die Zahl der

Portionen und die Aktivität jeder von ihnen konstant bleiben; jede

Portion ist hierbei ungefähr fünfmal aktiver als die folgende. An der

einen Seite (am Ende) entfernt man hier ein fast unaktives Produkt,

während man an der andren Seite (an der Spitze) ein an Radium

angereichertes Chlorid erntet. Die in den Portionen enthaltene

Substanzmenge wird natürlich immer geringer und die verschiedenen

Portionen enthalten um so weniger Substanz, um so aktiver sie sind.

Anfangs wurde mit sechs Portionen operirt und die Aktivität des am Ende

entfernten Chlorids betrug nur noch 0.1 der des Urans.

Wenn man so einen großen Teil der inaktiven Substanz eliminirt hat und

die Portionen klein geworden sind, wird es zwecklos, eine so schwache

Aktivität noch zu eliminiren; man schaltet also eine Portion am Ende der

Fraktionsreihe aus und fügt an der Spitze eine Portion hinzu, die aus

dem vorher gewonnenen aktiven Chlorid gebildet ist. Man wird jetzt also

ein an Radium reicheres Chlorid ernten als vorher. Man fährt mit der

Anwendung dieses Systems fort, bis die Krystalle an der Spitze der Reihe

aus reinem Radiumchlorid bestehen. Wenn die Ausführung der Fraktionirung

eine sehr vollkommene war, so bleiben nur sehr kleine Mengen aller

Zwischenprodukte übrig.

Wenn die Fraktionirung weit fortgeschritten und die in den einzelnen

Portionen enthaltene Substanzmenge sehr klein geworden ist, so wird die

Trennung durch Krystallisation weniger wirksam, da die Abkühlung zu

schnell erfolgt und das Volumen der abzugießenden Lösung zu klein wird.

Dann empfiehlt es sich, dem Wasser eine bestimmte Menge von Salzsäure

hinzusetzen, die um so größer werden muß, je weiter die Fraktionirung

fortschreitet.

Der Vorteil dieses Zusatzes besteht in einer Vermehrung der

Lösungsmenge, da die Chloride in verdünnter Salzsäure weniger löslich

sind als in reinem Wasser. Außerdem wird aber auch die Fraktionirung

hierdurch wirksamer; die Differenz zwischen den beiden Fraktionen eines

bestimmten Produkts wird jetzt sehr beträchtlich; bei Anwendung von

Wasser mit viel Salzsäure erhält man deshalb ausgezeichnete Trennungen

und kann mit bloß drei oder vier Portionen auskommen. Es empiehlt sich,

dieses Verfahren sogleich anzuwenden, sowie nur die Substanzmenge klein

genug geworden ist, um es ohne Schwierigkeiten zu können.

Die Krystalle, die sich aus stark saurer Lösung niederschlagen, haben

die Form sehr langer Nadeln, die für das Baryumchlorid genau so aussehen

wie für das Radiumchlorid. Beide sind doppelbrechend. Die Krystalle des

Radium-haltigen Baryums schlagen sich farblos nieder, aber wenn die

Menge des Radiums genügend groß wird, nehmen sie nach einiger Zeit eine

gelbe Farbe an, die bis zum Orange geht, manchmal auch eine schöne rosa

Färbung. Diese Färbung verschwindet beim Auflösen. Die Krystalle des

reinen Radiums färben sich nicht oder wenigstens nicht so schnell; die

Färbung scheint also an die gleichzeitige Anwesenheit von Baryum und

Radium gebunden zu sein. Das Maximum der Färbung wird mit einer

bestimmten Koncentration des Radiums erreicht, und man kann diese

Eigenschaft benutzen, um den Fortschritt der Fraktionirung zu

kontrolliren. Solange die aktivste Portion sich noch färbt, enthält sie

eine merkliche Menge von Baryum, wenn sie selbst sich nicht mehr färbt,

wohl aber die folgenden Portionen, so besteht sie im wesentlichen aus

reinem Radiumchlorid.

Ich habe manchmal die Bildung eines Krystallgemenges beobachtet, von dem

ein Teil farblos blieb, wahrend der andre sich färbte. Es scheint

möglich, die farblosen Krystalle durch Aussuchen abzutrennen, doch habe

ich es nicht versucht.

Gegen Schluß des Fraktionirungsverfahrens ist das Aktivitätsverhältniß

der aufeinander folgenden Portionen nicht mehr dasselbe wie im Anfange

und auch nicht mehr so regelmäßig; eine ernsthafte Störung im Gange des

Verfahrens tritt jedoch nicht ein.

Auch die fraktionirte Fällung einer wässrigen Lösung von Radium-haltigem

Baryumchlorid durch Alkohol führt zur Isolirung des Radiumchlorids, das

sich zuerst niederschlägt. Diese anfangs von mir angewandte Methode

wurde später zu Gunsten der eben beschriebenen aufgegeben, die mehr

Regelmäßigkeit besitzt.

Gleichwohl habe ich manchmal die Fällung durch Alkohol benutzt, um

Radiumchlorid zu reinigen, das eine kleine Spur von Baryumchlorid

enthält. Letzteres bleibt in der leicht wässrigen alkoholischen Lösung

zurück, und kann so entfernt werden.

Herr Giesel der sich seit der Publikation unserer ersten Untersuchungen

mit der Herstellung radioaktiver Körper befaßte, empfiehlt die Trennung

des Radiums vom Baryum durch fraktionierte Krystallisation eines

Gemenges der Bromide. Ich konnte feststellen, daß dieses Verfahren

tatsächlich sehr vorteilhaft ist, besonders im Beginn der

Fraktionierung.

Welches Fraktionirungsverfahren man auch anwenden mag, jedenfalls sollte

man es durch Messung der Aktivität kontrolliren. Dabei ist zu bemerken,

daß eine Radiumverbindung, wenn sie aus dem gelösten Zustande in den

festen übergeführt wird, sei es durch Fällung, sei es durch

Krystallisation, im Beginn eine um so geringere Aktivität besitzt, je

länger sie sich im Zustand der Lösung befand. Die Aktivität wächst

sodann während mehrerer Monate bis zu einer stets gleichen Grenze. Der

Endwert der Aktivität ist fünf- bis sechsmal größer als der Anfangswert.

Diese Veränderungen, auf die ich weiter unten zurückkommen werde, müssen

bei der Messung der Aktivität berücksichtigt werden. Wenn auch die

Endaktivität besser definirt ist, so ist es doch praktischer, im Laufe

eines chemischen Verfahrens die Anfangsaktivität des festen Produkts zu

messen.

Die Aktivität der stark aktiven Substanzen ist von einer ganz andren

Größenordnung als die des Minerals, aus dem sie stammen (sie ist 10^4

mal größer). Wenn man diese Radioaktivität mit der im Beginn dieser

Arbeit erläuterten Methode mißt (Fig. 1), so kann man die dem Quarz zu

erteilende Belastung nicht über eine gewisse Grenze vermehren. Diese

Belastung betrug bei unsren Versuchen im Maximum 4000 g, entsprechend

einer entwickelten Elektrizitätsmenge von 25 elektrostatischen

Einheiten. Wir können also nur im Verhältniß von 1 zu 4000 variirende

Aktivitäten mit ein und derselben Oberfläche der aktiven Substanz

messen. Um den Meßbarkeitsbereich auszudehnen, lassen wir die Oberfläche

in einem bestimmten Verhältniß sich ändern. Die aktive Substanz bedeckt

dann auf der Platte B eine kreisförmige Zone von bekanntem Radius. Da

die Aktivität unter diesen Bedingungen nicht genau der Oberfläche

proportional ist, so bestimmt man empirisch Koefficienten, die eine

Vergleichung der Aktivitäten bei ungleicher Oberfläche ermöglichen. Wenn

auch dieses Hülfsmittel versagt, muß man zu absorbirenden Schirmen und

andren entsprechenden Maßnahmen seine Zuflucht nehmen, auf die ich hier

nicht näher eingehen will. Alle diese mehr oder weniger unvollkommenen

Maßnahmen genügen jedoch, um eine Kontrolle bei den Untersuchungen zu

haben.

Wir haben auch den Strom im Kondensator gemessen, indem wir ihn in einen

Kreis mit einer Batterie kleiner Akkumulatoren und einem empfindlichen

Galvanometer schalteten. Die häufig notwendige Kontrolle der

Galvanometerempfindlichkeit ließ uns von der Anwendung dieser Methode

bei den laufenden Messungen absehen.

g) Bestimmung des Atomgewichts des Radiums.

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Im Laufe meiner Arbeit habe ich mehrmals das Atomgewicht des in den

Proben Radium-haltigen Baryumchlorids enthaltenen Metalls untersucht.

Jedesmal, wenn ich nach Abschluß einer neuen Verarbeitung einen neuen

Vorrat Radium-haltigen Baryumchlorids zu behandeln hatte, trieb ich die

Koncentrirung so weit wie möglich, derart, daß ich 0,1 bis 0,5 g einer

Substanz erhielt, in der fast die ganze Aktivität des Gemenges enthalten

war. Aus dieser kleinen Substanzmenge füllte ich durch Alkohol oder

Salzsäure einige Milligramm, die zur spektralanalytischen Untersuchung

bestimmt wurden. Dank seiner ausgezeichneten Methode bedurfte Herr

Demarçay nur dieser minimalen Substanzmenge, um eine Photographie des

Funkenspektrums aufzunehmen. Mit dem übrig bleibenden Produkt führte ich

eine Atomgewichtsbestimmung aus.

Ich benutzte die klassische Methode, die darin besteht, daß man das in

einer bestimmten Menge wasserfreien Chlorids enthaltene Chlor als

Chlorsilber bestimmt. Als Kontrollversuch bestimmte ich das Atomgewicht

des Baryums auf dieselbe Weise, unter denselben Bedingungen und mit

derselben Substanzmenge, zuerst 0,5 g dann bloß 0,1 g. Die gefundenen

Zahlen lagen stets zwischen 137 und 138. Die Methode liefert also selbst

mit einer so kleinen Substanzmenge genügend gute Resultate.

Die beiden ersten Bestimmungen wurden mit Chloriden gemacht, von denen

das eine 230mal, das andre 600mal aktiver war als Uran. Diese beiden

Versuche ergaben innerhalb der Fehlergrenze dieselbe Zahl, wie der

Versuch mit reinem Baryumchlorid.

Man konnte also die Auffindung einer Differenz nur bei Anwendung eines

viel stärker aktiven Produkts erhoffen. Der folgende Versuch, der mit

einem Chlorid, das 3500mal aktiver war als Uran, ausgeführt wurde, ließ

zum erstenmal eine zwar kleine, aber sichere Differenz bemerken; ich

fand für das mittlere Atomgewicht des in dem Chlorid enthaltenen Metalls

140, was darauf hinwies, daß das Atomgewicht des Radiums viel höher sein

mußte als das des Baryums. Als ich dann immer aktivere Produkte

anwandte, die das Radiumspektrum in immer größeren Intensität zeigten,

konstatirte ich auch, daß die erhaltenen Zahlen immer größer wurden, wie

aus der folgenden Tabelle hervorgeht (A bedeutet die Aktivität des

Chlorids, die des Urans gleich 1 gesetzt; M das gefundene Atomgewicht):

------------------------------------------------------------------

A M

---------- -------- ----------------------------------------------

3500 140 Radiumspektrum sehr schwach

4700 141

7500 145,8 Radiumspektrum stark, aber Baryumspektrum noch

weit vorherrschend.

Größen- 173,8 Beide Spektren von ungefähr gleicher Stärke.

ordnung 225 Baryum nur noch spurenweise vorhanden.

10^6

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Die Zahlen der Spalte A sind nur als rohe Angaben zu betrachten. Die

Auswertung der Aktivität stark aktiver Körper ist in der Tat aus weiter

unten zu erörternden Gründen sehr schwierig.

Im Laufe des oben beschriebenen Verfahrens erhielt ich im März 1902

0,12 g eines Radiumchlorids, dessen spektralanalytische Untersuchung

Herr Demarçay freundlichst ausführte. Dieses Radiumchlorid war nach

Herrn Demarçays Meinung so gut wie rein; gleichwohl zeigte sein Spektrum

die Hauptlinien des Baryums noch mit merklicher Stärke. Ich habe mit

diesem Chlorid vier Einzelbestimmungen hintereinander ausgeführt, deren

Resultate folgende sind:

------------------------------------------------

Wasserfreies Chlorsilber (g) M

Radiumchlorid (g)

---- ----------------- --------------- ---------

I 0,115 0 0,113 0 220,7

Untersuchungen über die radioaktiven Substanzen von Marie Curie, übersetzt und mit Litteratur-Ergänzungen versehen von W. Kaufmann · 第 8 / 32 题