Ida Tacke-Noddack và nguyên tố mang tên dòng sông Rhine của Đức

Ida Tacke-Noddack (25.02.1896-24.09.1978)

Vào năm 1869, khi Mendeleev (a) lập bảng tuần hoàn các nguyên tố, ông đã để lại một số các ô trống trong đó có hai ô trống bên dưới nguyên tố mangan trong cùng một cột, là hai nguyên tố cuối cùng của nhóm thứ 7. Ông dự đoán là chúng có tính chất hóa học tương tự như mangan, nên đặt tên cho nó là ekamangan(Em) và dvimangan (Dm). Ông cũng dự đoán khối lượng nguyên tử của Em là 100 và của Dm là và 190. Hai giá trị này khá gần với giá trị thực tại là 98 và 186.2. Suốt hơn 50 năm sau đó, hai ô trống này vẫn chưa được lấp đầy. Vào năm 1912-1914, Henry Moseley (b) dựa trên số liệu quang phổ tia X đã xác nhận là nguyên tố Em là nguyên tố có số nguyên tử là 43 và dự báo về sự tồn tại của nguyên tố số 75 tại vị trí của Dm. Nguyên tố 43là trung gian cùng hàng giữa molipden (số 42, Mo) và ruteni (số 44, Ru), và cùng cột giữa mangan (số 25, Mn) và reni (số 75, Re).

Vị trí hai nguyên tố ekamangan (eka-Mn) và dvimangan (dvi-M) trong bảng tuần hoàn.  Tính đến năm 1923, các kim loại chuyển tiếp đều đã được phát hiện, ngoại trừ hai nguyên tố kể trên. Nghiên cứu của vợ chồng Noddack cho thấy rằng nguyên tố 75 (reni) thực sự có đặc tính hóa học gần nhất với molipden (chỉ bằng mũi tên).

Tính đến năm 1923, các kim loại chuyển tiếp đều đã được phát hiện, ngoại trừ hai nguyên tố Em và Dm kể trên. Nhiều nhà nghiên cứu đã cố gắng để có thể trở thành người đầu tiên tìm thấy và đặt tên cho hai nguyên tố còn bị thiếu. Dựa trên niềm tin phổ biến thời đó là các nguyên tố còn thiếu này có đặc tính hóa học tương tự mangan, họ đã tìm kiếm chúng trong quặng mangan, nên đã thất bại.

Ida Tacke (từ năm 1926 đổi theo tên chồng thành Ida Noddack (c)) và Walter Noddack (d) đã có dự đoán đúng là các nguyên tố này có các đặc tính tương tự như các nguyên tố láng giềng nhưng cùng một hàng, tức là tương tự như molipden, chứ kg phải tương tự như mangan, là nguyên tố láng giềng nhưng cùng một cột. Do đó, họ tập trung tìm kiếm các nguyên tố còn thiếu này trong quặng chứa các khoáng chất của kim loại molipden, vonfram, ruteni và osimi.

Vào tháng 6 năm 1925, với sự giúp đỡ của Otto Berg (e), một chuyên gia tia X tại phòng thí nghiệm Siemens-Halske ở Berlin, Tacke và Noddack đã xác định được một nguyên tố mới bằng phương pháp quang phổ trong một mẫu khoáng chất columbit ((Fe,Mn,Mg)(Nb,Ta)₂O₆) từ Na Uy. Họ cũng tìm thấy nguyên tố này trong khoách chất chứa platin, gadolinite và molybdenite. Họ đặt tên nguyên tố này là Rhine để vinh danh sông Rhine ở Đức  - nguyên tố  reni (Rhenium (Re), tiếng Latin là Rhenus có nghĩa là Rhine. Lackhausen - nơi sinh của Ida Tacke nằm ngay bên bờ sông Rhine). Năm 1928, họ chiết xuất được 1 gram reni từ 660 kg quặng molybdenite (MoS₂) thu thập từ Na Uy. Nghiên cứu của vợ chồng Noddack khẳng địng rằng nguyên tố reni thực sự có đặc tính hóa học gần nhất với molipden.

Ida Tacke và Walter Noddack trong phòng thí nghiệm của viện Vật Lý Kỹ Thuật trường đại học Berlin (thành lập năm 1887), nơi họ chiết xuất và nghiên cứu nguyên tố rheni. Ảnh từ nguồn tư liệu của Wesel (Wesel Archives) tại Đức.

Reni là nguyên tố có nguồn gốc tự nhiên được phát hiện cận nguyên tố cuốicùng, đồng thời nó là nguyên tố có đồng vị ổn định được phát hiện cuối cùng. (Nguyên tố tự nhiên được phát hiện sau cùng là Franxi có số nguyên tử là 87 vào năm 1939(f).) Reni cũng là một trong những nguyên tố hiếm nhất trên thế giới, với hàm lượng ước tính là khoảng một phần tỷ.

Ida và Walter Noddack đã được được trao tặng Huân chương Liebig danh giá của Hiệp hội Hóa học Đức vào năm 1931, huân chương Scheele của Hiệp hội Hóa học Thụy Điển vào năm 1934 cho phát hiện nguyên tố reni. Họ cũng sở hữu vài bằng sáng chế liên quan đến nguyên tố này, hai bằng của Đức liên quan đến lớp phủ reni cho dây tóc bóng đèn (năm 1929) và cô đặc reni (năm 1934), một bằng của Anh về sử dụng reni như chất xúc tác trong quá trình oxy hóa (năm 1929), và ba bằng của Mỹ (năm 1931-1932),  về dây tóc cho đèn sợi đốt và ống chân không, cô đặc reni và sử dụng kim loại reni làm chất phát sáng điện cho đèn sợi đốt. Hai vợ chồng Noddack cùng được đề cử cho giải Nobel Hóa học ba lần, vào năm 1933, 1935 và 1937 (g). Walter Noddack được đề cử riêng thêm hai lần, vào năm 1932 và 1934. Nhưng họ không đạt được giải Nobel nào.

Cũng trong bài báo đăng tháng 6 năm 1925 (h) về phát hiện nguyên tố số 75 là reni, nhóm Noddack và Berg còn thông báo về phát hiện nguyên tố số 43, được đặt tên là Masurium, theo tên gọi vùng Masuria ở miền đông nước Phổ thời đó, hiện nay thuộc Ba Lan, là quê hương của gia đình Walter Noddack. Dựa trên phân tích các ảnh phổ nhiễu xạ tia X và công thức của Moseley đưa ra từ năm 1913, họ cho rằng họ đã phát hiện tín hiệu tia X mờ nhạt tại bước sóng sinh ra bởi nguyên tố số 43. Tuy nhiên các kết quả này đã không thể lặp lại và sự tồn tại của nguyên tố số 43 không thể được chứng minh. Và nó bị coi là một sai sót và bị gạt bỏ.

Nguyên tố số 43 không tồn tại trong tự nhiên. Nó được phát hiện theo phương pháp nhân tạovào năm 1937 do Carlo Perrier (i) và Emilio Segrè (j) tiến hành tại phòng thí nghiệm của Đại học Palermo ở Sicilia. Đó là nguyên tố Tecneti (Tc, tiếng La tinh là Technetium, tiếng Hy Lạp tekhnetos nghĩa là "nhân tạo"). Tecneti có chu kỳ bán hủy rất ngắn, nên nó không tồn tại trên trái đất, ngoại trừ dấu vết của nó được tìm thấy như là  sản phẩm phân hạch ngẫu nhiên trong quặng urani hay quặng molibden.

Các nhà khoa học cũng cố gắng lập lại thực nghiệm năm 1925 của vợ chồng Noddack. Tuy nhiên, phân tích kỹ lưỡng đã cho thấy rằng nồng độ urani thấp trong vật liệu của nhóm Noddack sẽ không thể tạo được số lượng tecneti đến mức có thể phát hiện được nguyên tố này bằng phương pháp phổ tia X.

Trong khi tìm kiếm các nguyên tố còn thiếu, vợ chồng Noddack cũng đã ước tính được sự xuất hiện tự nhiên của tất cả các nguyên tố trong khoáng chất trong vỏ trái đất. Họ là những nhà địa hóa giàu kinh nghiệm.

Trong những năm sau khi chiến tranh thế giớt thứ hai kết thúc, Ida Noddack đã tham gia các thí nghiệm và thử nghiệm lâm sàng tại bệnh viện Hamburg, như là một bệnh nhân và đồng thời cũng là một nhà hóa học, vì bà bị sỏi thận. Bà đã thu được kết quả dương tính khi liên tục rửa thận bằng dung dịch nước muối natri và liti của EDTA (axit etylen diamine tetra axetic).

Ida Tacke-Noddack còn nổi tiếng là người đầu tiên chỉ ra khả năng phân hạch hạt nhân urani (k), khi mà không một nhà khoa học nào nghĩ đến điều đó. Ý tưởng này của bà xuất hiện vào năm 1934, sớm hơn tận 5 năm trước khi hiện tượng phân hạch hạt nhân được khẳng định vào năm 1939. Trong bài báo của bà với tiêu đề „Về nguyên tố 93” đăng trong tạp chí Hóa học Ứng dụng vào tháng 9 năm 1934 (l), bà đã đặt dấu hỏi về kết quả của nhóm Fermi (m) ở Roma về phát hiện nguyên tố siêu urani có số nguyên tử là 93. Bà nêu: „Hạt nhân của nguyên tố nặng khi bị bắn phá bởi hạt nơtron sẽ bị phân tách thành nhiều đồng vị của các nguyên tố đã biết (trong bảng tuần hoàn) có số hiệu thấp hơn, chứ không phải là các nguyên tố gần sát cạnh với urani”.

 Trích dẫn bài báo của Ida Noddack với tiêu đề „Về nguyên tố 93” đăng trong tạp chí Hóa học Ứng dụng vào tháng 9 năm 1934, đề cập đến phân hạch hạt nhân nguyên tử (l).

Trích dẫn bài báo của Ida Noddack với tiêu đề „Về nguyên tố 93” đăng trong tạp chí Hóa học Ứng dụng vào tháng 9 năm 1934, đề cập đến phân hạch hạt nhân nguyên tử (l).

Tuy nhiên, dù là một nhà hóa học rất kinh nghiệm, bà lại chỉ đưa ra một giả thuyết, mà lại không tiến hành thí nghiệm để chứng minh sự hiện diện của các nguyên tố bà dự đoán. Bài báo của bà kg thu hút được sự quan tâm của giới khoa học, vì giả thuyết của bà dường như rất vô lý thời đó. Hơn nữa, sau sai sót về phát hiện nguyên tố masurium, danh tiếng của bà cũng bị ảnh hưởng.

Sau này trong hồi ký của mình, Segré cũng đề cập: ”Chúng tôi đã không nghĩ đến khả năng phân hạch hạt nhân, mặc dù Ida Noddack đã đề cập đến nó, bà đã gửi cho chúng tôi bản in bài báo của bà (xuất bản năm 1934).Cho đến tận bây giờ, tôi cũng không rõ nổi lý do khiến chúng tôi mù lòa trước vấn đề này, kể cả Hahn và Meitner, cả nhóm Joliot-Curie và những người khác nữa” (n).

Tháng 10 năm 1969, khi đó bà là nhà hóa học duy nhất còn sống đã khám phá ra một nguyên tố tự nhiên, bà được Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô mời tham gia lễ kỷ niệm 100 năm bảng tuần hoàn Mendeléev được tổ chức ở Leningrad.Khi đó bà bị bệnh nên không tham dự. Bài báo của bà có tựa đề “Bảng tuần hoàn các nguyên tố và việc tìm kiếm Ekamangan” đã được dịch sang tiếng Nga và được đọc trong lễ kỷ niệm.

Nhân dịp kỷ niệm 110 năm ngày sinh của Ida Noddack, một tấm bảng kỷ niệm bằng đồng được gắn tại ngôi nhà thơ ấu của bà ở Lackhausen (ở phố Brüner Landstraße), ngoại ô thành phố Wesel bên bờ sông Rhine, cách thành phố Cologne (Köln) khoảng 85km về phía bắc). Trên bảng có dòng chữ  “Một nhà hóa học nổi tiếng thế giới cùng với chồng là Walter Noddack đã phát hiện ra nguyên tố rất hiếm là reni và masuri (hiện là nguyên tố Tecniti) vào năm 1925. Cả hai nhà khoa học đã rất thành công trong các lĩnh vực hóa học khác nhau: Quang hóa, Địa hóa, tìm ra các nguyên tố vi lượng trong sinh vật trong tự nhiên, làm tan sỏi thận trong cơ thể người, và trong lĩnh vực quang phổ tia X.Năm 1934, bà đã tìm ra nguyên nhân của sự phân hạch của các hạt nhân uranium bằng cách bắn phá bằng hạt nơ tron”.

Bảng kỷ niệm bằng đồng gắn tại ngôi nhà thơ ấu của Ida Tacke-Noddack tại Lackhausen vào năm 2006 nhân dịp kỷ niệm sinh nhật lần thứ 110 của bà.

Cũng ở  Lackhausen, một đường phố được đặt tên bà: phố Ida Noddack. Tại đó có bức tượng bán thân bằng đồng của bà. Trên tượng đài cao hai mét này có khắc ký hiệu nguyên tố reni ⁷⁵Re_186.2. Cácthành phố Emden, Ingoldstadt, Hünxe, Bamberg của Đức đều có phố được đặt tên bà để vinh danh bà. Ở Emden, phố Ida Noddack ngay gần và song song với phố Emmy Noether và phố Marie Curie. 

Trường Đại học tại thành phố Leuven ở Bỉ lưu giữ một bộ sưu tập các tài liệu chưa được xuất bản của Ida Tacke Noddack, như sổ ghi chép trong phòng thí nghiệm, ghi chú công việc, thư từ, bản nháp và cả đồ vật thuộc về bà.

Tượng đài Ida Tacke-Noddack trên phố mang tên bà ở Lackhausen: phố Ida Noddack, có khắc số hiệu nguyên tố reni (⁷⁵Re_186.2).

Chú dẫn:

1. Dmitri Ivanovich Mendeleev  (08.02.1834 – 02.02.1907), là một nhà hoá họcvà nhà phát minhngười Nga. Vào năm 1869, khi ông tạo ra phiên bản đầu tiên của bảng tuần hoàncác nguyên tố hoá học, mới chỉ có 63 nguyên tố được biết. Sử dụng bảng tuần hoàn này, ông đã dự đoán các tính chất của các nguyên tố còn chưa được phát hiện.
2. Henry Gwyn Jeffreys Moseley (23.11.1887 – 10.08.1915) là nhà Vật lý người Anh, đã phát triển định luật Moseley trong quang phổ tia X về sự liên quan giữa bước sóng tia X và số nguyên tử.
3. Ida Tacke sinh năm 1886 tại Lackhausen. Bà là người phụ nữ đầu tiên theo học ngành hóa học tại trường đại học Kỹ thuật Berlin. Bà đạt bằng kỹ sư và bằng tiến sĩ về hóa học năm 1921, chuyên ngành hóa hữu cơ. Trong những năm tiếp theo, bà làm trong ngành hóa học công nghiệp tại phòng thí nghiệm của nhà máy tuabin AEG (công ty liên kết với công ty General Electric của Mỹ) và của nhà máy đèn Siemens-Halske. Từ năm 1922, Ida Tacke giữ liên lạc với Walter Noddack, một nhà nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Vật lý Hoàng gia. Năm 1924, bà quyết định từ bỏ công việc, để làm cộng tác viên không lương ở Viện Vật lý Kỹ thuật Hoàng gia, nơi Walter Noddack làm việc. Họ kết hôn vào năm 1926 và Ida Tacke lấy tên theo chồng, trở thành Ida Noddack. Trong thời gian chiến tranh, vợ chồng bà đã chuyển rất nhiều nơi. Vào năm 1941, khi chuyển đến Đại học Hoàng gia Strasbourg, bà nhận được vị trí được trả lương. Năm 1944, họ trở về Đức rồi sang Thổ Nhĩ Kỳ. Năm 1946, Walter Noddack nhận được vị trí tại trường cao đẳng kỹ thuật ở Bamberg. Cũng trong thời gian này, ông thành lập Viện Địa Hóa tư nhân ở Bamberg. Ida Noddack làm việc không lương tại đây. Bà tiếp tục nghiên cứu tại viện này sau khi ông Walter Noddack mất năm 1960. Năm 1968 bà về hưu và chuyển đến nhà hưu dưỡng gần Bonn. Bà mất vào năm 1978, thọ 82 tuổi.
4. Walter Noddack (17.08.1893-7.12.1960) là nhà Hóa học người Đức. Ông đjat bằng tiến sĩ năm 1920 tại đại học Berlin. Ông là nghiên cứu sinh của Walther Hermann Nernst-người đạt giải Nobel hóa học năm 1920. Ông làm việc tại phân nhánh hóa học của Viện Kỹ thuật Vật lý Hoàng gia nơi Nernst làm giám đốc. Ông tập trung vào việc tìm kiếm những nguyên tố hóa học còn thiếutrong bảng tuần hoàn. Ông trở thành giáo sư Hóa-Lý năm 1935 tại trường đại học ở Freiburg và làm việc ở đó đến năm 1941. Năm 1941 ông là giám đốc hai viện nghiên cứu tại đại học Strasburg. Năm 1944, ông và vợ buộc phải sơ tán đến một ngôi làng nhỏ cùng với các thiết bị nghiên cứu. Từ năm 1946, ông làm việc tại đại học ở Bamberg. Năm 1956 ông là Giám đốc viện Địa hóa tại Bamberg. Ông mất tại Berlin. Cùng với vợ là bà Ida Noddack và Otto Berg, ông phát hiện ra nguyên tố reni. Hai vợ chồng Noddack thường hay được so sánh với vợ chồng Piere và Marie Curie. Họ cùng được đề cử giải cho Nobel hai lần vào năm 1933, 1935, 1937. Nhưng họ không đạt được. Walter còn được đề cử riêng cho giải Nobel hai lần, vào năm 1932 và 1934.
5. Otto Berg (23.11.1873-1939) là nhà khoa học Đức, đồng phát hiện nguyên tố reni-nguyên tố cuối cùng có đồng vị ổn định.
6. Franxi là nguyên tố có số nguyên tử 87 được pahst hiện vào năm 1939 bởi Marguerite Catherine Perey (19.10.1909-13.05.1975), là nhà nữ vật lý học người Pháp và là sinh viên của Marie Curie. Năm 1962, bà là nữ khoa học đầu tiên được lựa chọn vào Viện Hàn Lâm Khoa Học Pháp (một vị trí mà Marie Curie đã bị từ chối, không được chọn).
7. Ida và Walter Noddack được Walther H. Nernst và Karl L. Wagner đề cử cho giải Nobel hóa học năm 1933, được Wolf J Müller đề cử năm 1935, và Anton Skrabal đề cử năm 1937.

Walther Hermann Nernst (25.06.1864-18.11.1941) là nhà Hóa học Đức. Năm 1921, ông được trao giải Nobel hóa học bảo lưu của năm 1920 „ghi nhận công trình của ông trong lĩnh vực nhiệt hóa học". Ông đã phát triển định luật thứ 3 của nhiệt động lực học.

Karl L Wagner,  Wolf J Müller, Anton Skraballà chủ tọa của trường đại học được mời đề đạt ứng cử viên cho giải Nobel.

1. W. Noddack, O.Berg, I.Tacke(1925). Zwei neue Elemente der Mangangruppe, Chemischer Teil. Berlin: In Kommission bei W. de Gruyter. (Two new elements of the manganese chemical group.)
2. Carlo Perrier(07.07.1886-22.05.1948), nhà Vật lý và Khoáng vật học người Ý, đồng phát hiện nguyên tố tecneti.
3. Emilio Segrè (01.02.1905-22.4.1989), nhà Vật Lý Mỹ gốc Ý, đã phát hiện nguyên tố Tecneti (số 43, Tc),  Atatin (số 85, At), và phản proton. Ông được trao tặng giải Nobel Vật Lý năm 1959, cùng với Owen Chamberlain cho „phát hiện phản prôton (antiproton)”.
4. lich sử phát hiện phân hạch hạt nhân nguyên tử,  xem trang:

http://lequydon.org/vi/news/Khoa-hoc/Ky-niem-80-nam-mot-trong-nhung-phat-hien-vi-dai-nhat-cua-the-ky-20-phan-hach-hat-nhan-nguyen-tu-4440/

1. Nguyên tác: Ida Noddack, “Über das Element 93”, Zeitschrift fur Angewandte Chemie 47 (1934) 653-655. Bản dịch tiếng Anh (On Element 93) của H.G. Graetzer.)
2. Enrico Fermi (1901-1954) - nhà vật lý người Ý đạt giải Nobel vật lý năm 1938 „cho chứng minh sự tồn tại của các nguyên tố phóng xạ mới được tạo ra bởi bức xạ nơtron, và cho phát hiện các phản ứng hạt nhân với các nơtron chậm”.
3. Emilio Segré, A Mind Always in Motion: The Autobiography of Emilio Segré, Berkeley, University of California Press (1993).

Ảnh: từ Internet.

Tài liệu tham khảo:

Trang giải thưởng Nobel. https://www.nobelprize.org

Nhu-Tarnawska Hoa Kim-Ngan, Imre Pázsit, “The Discovery of Nuclear Fission. Women Scientists In Highlight”, Chalmers Reproservice, Göteborg Sweden, English version (2007, 2008).ISBN 978-91-633-1047-8.

Bernadette Hofer, “She thought it”, bài báo đăng ngày 29.1.2918 trên trang:

https://shethoughtit.ilcml.com/biography/ida-tacke-noddack/

J.L. Marshall,V.R. Marshall, Rediscovery of the ElementsRhenium and Technetium, The Hexagonof Alpha Chi Sigma104(4) (Winter 2013), 94-89.

Gildo Magalhães Santos, A tale of oblivion: Ida Noddack and the ‘universal abundance’ of matter, Notes and Records, Royal Society London 68(4) (Dec 20, 2014) 373–389.

Published online (2014):  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4213432/