George Charles de Hevesy
“Kimyasal Süreçlerin İncelenmesinde İzotopların İzleyici Olarak Kullanımı Üzerine Çalışmaları”.
Kimyasal Proseslerin Çalışmasında Radyoaktif İzleyiciler Olarak İzotoplar
George de Hevesy, zengin bir sanayici ailesinden gelen 1 Ağustos 1885’te Macaristan’ın Budapeşte kentinde dünyaya geldi. Fizikte ve kimyada çalışmalarını Budapeşte Üniversitesi’nde sürdürdü ve eğitimini Berlin Teknik Üniversitesi’nde 1908’de Freiburg Üniversitesi’nden fizikokimya tezi ile sürdürdü. Zürih’teki Eidgenössische Technische Hochschule’de asistanlık yaptı ve daha sonra Karlsruhe’deki Technische Hochschule’ye taşındı ve amonyak senteziyle ilgili yeni dönem çalışmalarını yürüten Fritz Haber’de çalıştı. 1911’de Hevesy, kendisine radyoaktiflik ölçümleri yapmak için Manchester’daki Ernest Rutherford’a katıldı.
Hevesy’nin gelişinde, Rutherford atomun nükleer modelini önerdi ve yakında Niels Bohr, Danimarka’dan post-doktora öğrencisi olarak geldi. Aynı yaştaydılar ve Hevesy’nin geleceği için önemli bir öneme sahip olduklarını ispatlayan yakın bir yaşam boyu arkadaşlık kurdular. Hevesy, Henry Moseley’den etkilendi ve X-ışını spektroskopisi yöntemini çeşitli kimyasal elementlerin X-ışınları spektrumlarına uygulayarak öncü araştırmalarına yakında başlayacaktı.
1911’de Rutherford grubunda tartışılan başlıca sorular atomların yapısını ve radyoaktivite kaynaklarını ve bilim insanlarını radyoaktif elementlerin bozunma ürünlerini belirlemek ve farklı radyasyon emisyonu emisyonu ile bu ürünlerin “kimlik” lerindeki değişiklikler, yani periyodik tablodaki konumları.
Bir gün Hevesy, enstitünün bodrumundaki Rutherford’la bir araya geldi ve orada yüzlerce kilogram radyoaktif kurşun saklandı, Avusturya hükümetinin hediyesi. Değerli Radium-D’nin büyük faaliyetlerini içeriyordu. Rutherford Hevesy’ye: “Benim oğlum, eğer tuzuna değerseniz, Radyum-D’yi bu ipucundan ayırmaya çalışın.” Hevesy, bu görevde çok çalıştı, bildiği her kimyasal ayrımı aylarca denedi. Tamamen başarısız oldu ve kimyasal yollarla ayrılmanın imkânsız olduğu sonucuna vardı. Radyum-D’nin radyoaktif izotop Lead-210 olduğunu biliriz, aynı atom numarasına sahip ve dolayısıyla aynı kimyaya sahip bir kurşun başka bir kurşunla aynı ancak farklı bir atom ağırlığına sahip.
Hevesy, bir yıl boyunca kapsamlı bir hezeyan çalışması sonrasında sorunun tersine çevrilmesini düşündü. Kendisi de Nobel Konferansı’nda “Bu üzücü durumdan en iyi şekilde yararlanmak için Radyum D’yi kurşun göstergesi olarak kullanmaya karar verdim. Kurşun tarafından Radium D’nin ayrılmaz bir parçası olmaktan kazançlı çıkıyor. ”
Hevesy’nin hayal gücü bu nedenle olumsuzluğu avantaja dönüştürdü ve radyo göstergesi kimyası kavramı doğdu.
1912 yılının sonlarında Hevesy Macaristan’a döndü ve başta Habilitasyon olmak üzere kendini bir öğretmen olarak kurma ve üniversitede ders verme hakkı elde etti. Budapeşte’ye giderken Stefan Meyer başkanlığındaki Viyana Radyoloji Enstitüsünde Friedrich Paneth’in bağımsız olarak Radium-D’yi kurşunla ayırmak için başarısız çabalar gösterdiği durdu. Hevesy, Paneth’e Radyum-D tarafından radyasyona müsait olmayan kurşunu “işaretlemek” ve ardından bitişik yayıcı izotopu tespit edip izleyerek kararlı atomlarının davranışını araştırmak için önerdi. Soddy, teorisini, hangi izotopların, nükleer yükleri ile belirlenen periyodik tabloda aynı pozisyona ait olan elementlere göre tam olarak formüle ederken, aslında izotop kavramının bir uygulaması geliştirmişti, fakat farklı kütleleri ve yarısı nedeniyle fiziksel olarak ayırt edilebiliyordu hayat.
1913 ilkbaharında Hevesy, Budapeşte ve Viyana arasında ileri geri gitti ve Radeth-D’nin elektrokimyasal özelliklerinin kurşunun elektrokimyasal özellikleriyle aynı olduğunu gösteren ve Paneth ile yapılan ilk radyoaktif-tracer deneylerini gerçekleştirdi; izotopların varlığı. Paneth ile yapılan iş birliği, radyoaktif indikatör tracer’larının kimya analizinde benzersiz bir rol oynadığı ve radyoaktivite ölçümlerinin başka bir şekilde gözlenemeyen kimyasal süreçlerin incelenmesi için bir araç haline getirilebileceği birçok kağıtla sonuçlandı. 1913 baharında bir süre Manchester’a döndü. İlkbahar ile yaz başlarında Bohr, Rutherford’a, atomların oluşumu hakkındaki gazetesinin birinci ve ikinci bölümünü sundu. Kuantum varsayımlarını Rutherford’un nükleer modeli ile birleştirirken, Bohr’un teorisi, atomik hidrojen spektrumunda yayılan dalga boylarını öngördü. O sırada Rutherford laboratuvarındaki en umut verici iş arkadaşlarından biri olan Moseley, Oxford’a taşındı. Katot ışınları tarafından bombardıman edildiğinde, farklı elementlerin anti katotlarının yaydığı X ışınlarının karakteristik kirişlerini araştırmıştı. Bu ışınları bir kristal vasıtasıyla kırarak inceledikten sonra, üretilen röntgen dalga boyları ile hedef olarak kullanılan elementlerin atom numaraları arasında basit bir ilişki bulundu. Elementlerini, atom ağırlıklarına değil, atom numaralarına göre düzenlemede, Moseley yasası periyodik tablodaki bazı anormallikleri açıklar ve kimyasal elementlerin sınıflandırılması için fizik temelinde bir gerekçe sağladı. Dahası, şimdiye kadar keşfedilmemiş unsurları arama imkânı verdi ve Niels Bohr’un hidrojen atomu kuramı lehine sağlam bir deneysel kanıt sağladı ve bu teori 1913 yılının bilinen üçlüsü tarafından yayınlandı.
Hevesy, Moseley’nin metodunu öğrenmek istediği kadar önemli olduğu görüşünde. Nadir toprak grubunun son üyelerinin röntgen spektrumu üzerinde çalışmasına davet eden Moseley ile çalışmak için İngiltere’ye geri dönmeyi planlamıştı. Fakat Avrupa’daki ve Balkan ülkelerindeki siyasi durum çok istikrarsızdı. Savaş, 1 Ağustos Hevesy Macaristan’da tatildeyken patlak verdi, böylece Avusturya’ya giderek Avusturya-Macar Ordusu’na katılır. 1915’te Çanakkale savaşında 27 yaşındayken öldürülen Moseley’i bir daha asla göremedi.
Savaşın bitiminde, Macaristan’daki savaş sonrası siyasal durumdan dolayı, Hevesy’nin ülkesinde uzun yıllar geleceği olmadığı açıkça görüldü. 1919 yazında, Manchester’da bir araya gelmişken onu davet eden Bohr’u ziyaret etti. Hevesy’nin, Bohr’un yapım aşamasındaki yeni enstitüsü açıldığı 1920 baharında Kopenhag’a dönmesi konusunda anlaştılar. Bilimsel bir bakış açısıyla, Boer’ın daha kalıcı bir pozisyon ya da maaş ile ilgili sunacak pek bir şeyi yoksa bile, bu, Hevesy için benzersiz bir şans oldu. O zamana kadar Bohr bir profesör haline geldi ve eseri genel kabul gördü. Fizikteki kuantum devriminin lideri olarak geniş çapta saygı gördü ve onun derin insanlığı için sevildi. Enstitüsü etkisiyle hızla teorik atom fiziği için ünlü bir dünya merkezi ve bilimsel topluluk için uluslararası bir referans noktası haline gelecekti.
Hafniyum’un Keşfi
Hevesy, Mart 1920’de Kopenhag’a geldi. O zaman, Bohr, periyodik tablodaki her elementin elektron konfigürasyonunu belirlemeye, muhtemel her kaynağı çizen büyük bir girişim belirlemeye başlamıştı: optik ve X-ışını spektrumu, atom teorisi, kimyasal özellikleri ve periyodik sistemin düzenlenmesi. Bohr, atom çekirdeği çevresindeki elektronların kabuklar halinde düzenlendiğini ve en dıştaki kabukta bulunan elektronların herhangi bir elementin kimyasal özelliklerini belirlediğini ileri sürdü.
Bohr bu fikirleri ileri sürdüğünde, Mendeleev’in periyodik masasındaki tüm yerler doldurulmadı. Eksik elementlerden biri atom numarası 72’ye sahipti. Element 71, lutetiyum, nadir toprak elementlerine aitti. Kimyagerler, element 72’nin de o gruba ait olduğunu uzun zamandır varsaydı ama Bohr’a göre nadir toprak grubu 71 elementiyle sonlandırıldı ve yetmiş iki elektronla birlikte yeni bir yörünge açılmalıdır. Sonuç olarak, element 72 nadir toprak grubunun bir üyesi olamaz. Zirkonyuma benzeyen, neredeyse aynı kimya ile bir geçiş metali olmalı. Bu sonuç, Bohr’un 1922’de yayınlanan elementlerin kimyasal özelliklerini atomlarının yapısıyla birleştiren ünlü gazetesinin dipnotunda belirtilmiştir.
Bu noktada çeşitli fikir ve koşullar birleşti. Moseley’in zamansız ölümünden sonra, X-ışını spektroskopisi tekniği daha da gelişti ve Hevesy bunu öğrenmek istedi. Hevesy, özellikle farklı elementlerin bolluğu ve dünyanın yaşı sorunlarında jeokimya ile ilgilenmeye başlamıştı. Nadir toprak elementleri ve periyodik sistem içerisindeki yerleşimleri, bu bağlamda son derece güncel konulardı. Eylül 1922’de Bohr, yeni bir X-ışını spektrograf modeli inşa etmiş Hollandalı fizikçi Dirk Coster’i davet etti. Böylece, Bohr’un Coster’ın gelişiyle olan ilgisine olan periyodik yasadaki ilgisinin, nadir toprak elementleri arasında ya da bir zirkonyum homologu olarak bilinmeyen elementin yerleştirilmesiyle ilgili tartışmalarının tesadüfi olması, Hevesy’nin jeokimyaya yeni duyduğu ilgi bu faktörlerin hepsi yeni bir girişim çağrısında bulundu Bu Bohr’un görüşleri için ya da ona karşı deneysel kanıt sağlayabilir.
Element 72’yi bulması gereken uygun malzemelerin zirkonyumdan zengin mineraller olduğu ve mineralde bulunan element 72’nin miktarının çok küçük olması gerektiği açıktı. Hevesy, örneklemin X-ışını spektrumunun Bohr’un varsayımlarına dayanılarak hesaplanabilen karakteristik çizgileri çok net bir şekilde gösterdiği aranan elemandan çok fazlasını içeren bir müstahzar elde etmeyi başardı. Bu, bilinmeyen element 72’nin nadir toprak elementlerine ait olmadığını kanıtlamak için büyük deneysel güçlükleri atmış olan Hevesy ve Coster için bir zaferdi, ancak gerçekten zirkonyumdan çok benzerdi ve o zamana kadar da gizlenmişti. Denemeleri sürerken, Bohr Nobel Ödülüne layık görüldü. Bulgularını konuşmasının sonuna doğru açıkladı ve haberler tüm Avrupa’da hızla yayıldı. Bohr’un periyodik sistem teorisinin bir teyidi olarak birçok bilim adamı, özellikle de kimyagerler tarafından düşünüldüğünde, keşif hemen önemli oldu.
Element, Kopenhag için Latin ismi olan Hafnium’dan sonra, keşfin yapıldığı ve Hevesy’nin özellikle düşkün olduğu Niels Bohr’un şuradaki kentinin onuruna Hafnium olarak adlandırıldı.
Biyokimyada Radyoanalitik Yöntemler ve Nükleer Tıpın Doğuşu
1923 yılında Hevesy, radyoaktif kurşun izleyicileriyle çalışmalarına geri döndü ve ilk kez biyolojiye girdi ve doğal radyoaktif Lead-212’nin köklerde absorpsiyon ve translokasyonu takip etmek için radyoaktif izleyici olarak ilk çalışma yayınladı. Sapları ve yaprakları Vicia faba, ayrıca kuru fasulye olarak da bilinir. Fiziksel radyoassay yöntemlerinin aşırı duyarlılığı nedeniyle, bu deneyleri, toksik özelliklerinden kaçınmak için bu kadar az miktarda kurşun yoğunluğu ile gerçekleştirebildi. 1924’te Danimarkalı dermatolog Svend Lomholt ve kimyager Jens A. Christiansen ile birlikte Hevesy, radyoaktif izleyicilerin hayvan fizyolojisine ilk uygulandıklarını bildirdi. Bizmut içeren antisyfilitik ilaçların intramüsküler enjeksiyonundan sonra tavşan bünyelerindeki bizmut dolaşımını etiketlemek ve izlemek için 5.0 gün Bismuth-210 kullandılar. Tıbbi araştırmalarda tracer yönteminin ilk kullanımını işaret eden bu araştırmada, bizansminin felci tedavisinde kullanıldığı gerçeğinden yola çıkılarak, ancak bu yöntem eylem biçimiyle ilgili çok az şey biliniyordu.
1926’da, Hevesy, Freiburg Üniversitesi’nde fizikokimya profesörlüğü teklif edildi ve burada 1927-1934 yılları arasında kaldı ve biyolojik çalışmalarına devam etti ve finansal olarak Rockefeller Vakfı tarafından desteklendi. E. Alexander ile, yüksek atom numaralı elementler yüksek enerjili X-ışınlarıyla bombardımana uğradığında, söz konusu elementin tespiti ve tespitinde kullanılabilen, farklı enerjinin karakteristik bir sekonder emisyonu başladığını gözlemledi. Bu şekilde, X-ışını floresans analizi yöntemi keşfedilmiştir. Daha sonra yöntem, özellikle metaller, cam, seramik ve yapı malzemeleri araştırmasında ve jeokimya, adli bilimler ve arkeoloji araştırmaları için temel ve kimyasal analizler için yaygın bir şekilde kullanıldı.
Hevesy’nin ilgisi, elementlerin ve dünyanın yaşına odaklandığında, meteorit ve kayaçlardaki kurşun içeriğinin bilinen değerlerinin yanlış olduğunu ve doğruluğunu iyileştirmek istediğini düşünüyordu. Bu nedenle, 1929’da izotop seyreltme yöntemi olan R. Hobbie’yi geliştirdi. Kaya örnekleri bilinen miktarda kurşun izotop radium-D’nin önemsiz miktarda eklendiğini ancak bilinen etkinliğe sahip kurşun elektrolitik olarak platin anotlarda peroksit olarak çöktürdüler. Radyoaktif izotop miktarını ve mevcut izotop miktarını ölçerek ve oranlarını belirleyerek orijinal numunedeki element miktar ve kütlesi tespit edilebilir. Hevesy’nin jeofizik araştırmalarında bulduğu izotop seyreltme yöntemi kimyasal elementlerin kozmik bolluğunun araştırılmasına uygulanabilir, ancak geleneksel yöntemlerle kesin niceliksel analizin zor olduğu durumlarda analitik kimyada daha genel olarak kullanılabilir. Harold Urey, iki sabit hidrojen izotopundan biri olan döteryum keşfedildiğinde, yöntemin en ilginç uygulamasını 1932’de tasarladı. Hevesy, Bohr Enstitüsünde 1923 yılını geçiren Urey’i iyi tanıyordu. Urey çok cömertçe Hevesy’ye yüzde 0,6 oranında ağır su içeren birkaç litre su tedarik etti. Hevesy, ilk önce, balığın su moleküllerini çevreleyen suyun su molekülleri ile değiştirmeyi ve daha sonra izotop seyreltme ilkesini getirerek, insan vücudunun su içeriğini ve su moleküllerinin ortalama yaşam süresini incelemek için kullandı. Vücut. Ancak bu ilginç araştırmalar, Hevesy’nin yaşamını ve mesleğini etkileyen yeni dramatik olaylarla kesildi.
Yapay Radyoaktif İzotoplar ve Nötron Aktivasyon Analizi
Naziler 1933 yılının başında iktidara geldi. Irk yasaları Hevesy’yi etkiledi ve sonunda Temmuz 1934’te bir kez daha evsiz kaldıktan ve kökünden koparılarak Kopenhag’a döndü ve burada Bohr Enstitüsünün sıcak konukseverliğini ve yeniden ayar yapmayı başardı. Varlığını ailesi ile birlikte yeniden şekillendirmeye.
Hareket, araştırması için çok şanslı olduğunu kanıtladı. Hevesy, Freiburg’da fizikokimya profesörü olduğu süre boyunca, nükleer fizik çok büyük ilerleme kaydetti.
1934 başlarında, Paris’teki Frédéric Joliot ve Irène Curie, aslında, ilk yapay radyoaktif elementleri alfa parçacık ışınlaması ile üretmişti. Birkaç ay sonra, Enrico Fermi ve işbirlikçileri, Roma’da birçok element radyonüklidi keşfi ile bir Radon-Berilyum nötron kaynağı kullandı. Bunların arasında 14.3 günlük Fosfor-32, ömrü, tüm hayvan fizyolojisine merkezi bir unsurun rolünü inceleyecek kadar uzundu ve alımını, dolaşımını, değişimini ve boşaltımını izlemek için bir araçtı.
Louis Pasteur, “Şans sadece hazır zihneyi destekliyor” yazdı. Hevesy’nin doğal radyonüklidlerin biyotıp alanındaki uygulamaları ile (ve ayrıca bir istikrarlı izotop uygulamasıyla ilgili) öncül deneyimleri, radyo indikatör metodunu çeşitli doğal metabolik çalışmalara genişletmek için bu hayati elementin bu kullanışlı radyoaktif formunun potansiyel uygulanabilirliğini tanımak için onu tamamen ve iyi hazırladı. Süreçler. Phosphorus-32 keşfedildikten bir yıl sonra Ole Chievitz (Kopenhag’taki Finsen Hastanesi’nde ameliyat şefi) ile yaşam bilimlerindeki yapay radyoaktif göstergelerin ilk uygulaması oldu. Yazarlar o sırada yaygın olarak tutulan görüşlere uymayan oldukça kapsamlı bir açıklama yaptı: “Sonuçlar, kemiklerin oluşumunun kısmen ya da tamamen kaybolmuş fosfor atomlarını sürekli olarak alarak dinamik bir süreç olduğu görüşünü kuvvetle desteklemektedir tekrar ve diğer fosfor atomlarıyla yer değiştiriyor … “. Gösterge metodunun Hevesy’nin daha önceki uygulaması ağırlıklı olarak analitik kimya ile ilgiliyken, bu öncü deney biyologlara bir işaretti. Vücut kimyası konusundaki anlayışımızın temelini oluşturan bu tracer’ın kullanımından birkaç keşif yapıldı.
Bu arada, Hevesy, analitik amaçlar için nadiren Fermi’nin elementleri nötron ışınlamasıyla dönüştürme metodunu çizdi. İş arkadaşı ve yardımcısı Hilde Levi, Almanya’dan bir Yahudi mülteci ve doktorasını yapıyordu. Fizikte nötron aktivasyon analizi metodunu geliştirdi ve daha sonra materyalleri test etmek için en önemli prosedür oldu. Birçok ülkedeki kimyagerler, klasik analitik kimya yöntemlerini kullanarak nadir toprak elementleri içindeki farklı elementlerin ayrılması ve saflaştırılmasıyla ilgili karmaşık problemle hala uğraşıyorlardı. Hevesy, kimlik belirleme aracı olarak, bu elementlerin her birinin karakteristik bozunma süresinden ve nötron bombardımanından sonra aktivasyon göreli yoğunluklarından faydalanabileceğini öne sürdü. Bu yolla, nadir toprak elementlerinin herhangi bir bilinmeyen karışımı içinde bir safsızlık olarak mevcut bir dakika miktarı bile belirlenebilir. Bu öncü deneyler 1936’da yayınlandı.
O zamanlar, yüksek gerilim hızlandırıcısında bombardıman yapılsa veya özellikle Berkeley’de Ernest Lawrence tarafından birkaç yıl önce yapılmış bir siklotronda radyoizotop üretiminin çok kat artabileceği belli oluyordu. Bohem, fizikçi ve Hevesy’nin planlarının destekçilerinden olan Bohr, Hevesy ve August Krogh tarafından “fiziko-biyolojik çalışmalar” başlıklı bir projenin ayrıntılı bir açıklaması ve fonlar için bir başvuru hazırlandı ve Rockefeller Vakfı’na sunuldu. Bir siklotron inşa edildi ve Avrupa’daki bu makinelerin ilklerinden biri olan 1930’ların sonunda faaliyete geçti.
Bununla birlikte, 9 Nisan 1940’da Almanya Danimarka’yı işgal etti. Bohr ve ailesinin yarısı Yahudi ve atom bilimci olduğundan dolayı, özellikle de Nazi rejiminin ateşli ve etkili bir muhalifi olduğu için tehlike içindeydiler. Arkadaşları, ülkesini terk etmeyi keskin reddetmelerinden vazgeçmeye şiddetle çağırdı. 30 Eylül 1943’te İsveç’e getirildi ve birkaç gün sonra İngiltere’ye uçtu. Macar pasaportuna sahip olan Hevesy, basitçe Kopenhag’da bir trene bindi ve Ekim ayı ortasında Stockholm’de çıktı ve burada Organik Kimya Enstitüsünde biyoloji, fizyoloji ve tıp alanında radyoaktif izleyicilerle çalışmalarını sürdürdü.
1944 yılında Hevesy, 1943 Nobel Kimya Ödülü’nü “kimyasal proseslerin araştırılmasında izotopların izleyici olarak kullanımı üzerine yaptığı çalışmalar” ile ödüllendirdi ve 1958’de barışçıl radyoaktif izotop kullanımı için Barış İçin Atom Ödülünü aldı.
