Fajans Kazimierz

fot. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN

Fajans Kazimierz, ur. 27 V 1887, Warszawa, zm. 18 V 1975, Ann Arbor (stan Michigan),

fizykochemik amerykański, pochodzenia polskiego, specjalista w dziedzinie radiochemii, promieniotwórczości i budowy cząsteczek.

Urodził się 27 V 1887 w Warszawie. W rodzinie Fajansów, z której wywodzili się zarówno znani intelektualiści, jak i przedstawiciele świata handlu i przemysłu, np. Maksymilian Fajans — rysownik, litograf, Maurycy Fajans założyciel Towarzystwa Żeglugi parowej na Wiśle, dbano o wykształcenie dzieci. Mały Kazimierz uczył się w domu pod kierunkiem prywatnych nauczycieli, a następnie w państwowym gimnazjum realnym (wykłady były prowadzone po rosyjsku), które miało „profil” matematyczno-przyrodniczy. W 1904 ukończył szkołę średnią. Studia podjął na uniwersytecie w Lipsku, wkrótce przeniósł się na uniwersytet heidelberski. Studiował tam chemię. Pod kierunkiem G. Brediga zajmował się problemem rozdzielania izomerów optycznych. W 1909, po obronie pracy doktorskiej (dotyczącej właśnie tych zagadnień), wyjechał do Zurychu. Słuchał tu wykładów A. Einsteina, interesował się pracami A. Wernera, który w latach 1891–93 opracował pierwszą ogólną teorię budowy związków koordynacyjnych. Wrócił do tematyki promieniotwórczości, którą interesował się już podczas studiów w Heidelbergu. Fajans poprosił E. Rutherforda o możliwość odbycia stażu, uzyskał zgodę i 1910, wraz z żoną (właśnie w tym roku poślubił Salomeę Kapłan), wyjechał nań. W pracowni Rutherforda na uniwersytecie w Manchesterze ściśle współpracował m.in. z H. Geigerem, H. Moseleyem. Po stażu u Rutherforda Fajans, w 1913 przeniósł się na politechnikę w Karlsruhe, gdzie kontynuował prace nad promieniotwórczością. W 1915 odebrano mu, jako obywatelowi rosyjskiemu (był Polakiem pochodzącym z zaboru rosyjskiego), prawo wykładania na politechnice w Karlsruhe. Przeniósł się do Monachium. W latach 1917–35 był profesorem uniwersytetu w Monachium, od 1936 — profesorem University of Michigan w Ann Arbor. Kazimierz Fajans był członkiem m.in. Polish Institute of Arts and Sciences in America, Akademii Nauk ZSRR (od 1924). Fajans publikował swe ważniejsze prace po polsku, np. w czasopiśmie „Chemik Polski”, utrzymywał kontakty z polskim środowiskiem naukowym; wygłaszał odczyty w Polsce, m.in. w IV 1916 na zebraniu Koła Chemików w Warszawie.

Był miłośnikiem opery; opowiadał, że niektórych odkryć dokonał właśnie podczas przedstawień operowych. Zmarł 18 V 1975 w Ann Arbor (stan Michigan).

Prace nad promieniotwórczością

Badając nuklidy promieniotwórcze, 1911 Fajans zauważył rozwidlenie szeregu promieniotwórczego — odkrył pierwszy przypadek rozgałęzienia promieniotwórczego w uranowej rodzinie promieniotwórczej, a w dalszych badaniach ustalił stosunek wydajności produktów rozwidlenia. Rozwidlenie szeregu uranowo-radowego było tematem jego pracy habilitacyjnej. Badając elektrochemiczne właściwości pierwiastków promieniotwórczych, zauważył, że produkt przemiany alfa jest elektrochemicznie bardziej dodatni niż pierwiastek macierzysty, a produkt przemiany beta — bardziej ujemny. Wnioski sformułował Fajans 1913 (ogłosił w „Physikalische Zeitschrift” z 15 II 1913), niezależnie od F. Soddy’ego, w postaci prawa określającego przemianę pierwiastków w wyniku rozpadu promieniotwórczego. Zostało ono podane w czasie, gdy nie była jeszcze znana budowa jądra atomowego, jedynie na podstawie danych doświadczalnych analizy chemicznej. Prawo to nazywa się regułą przesunięć Soddy’ego–Fajansa.

Reguła przesunięć

Reguła ta określa liczbę masową i położenie w układzie okresowym pierwiastka powstającego w wyniku rozpadu promieniotwórczego alfa lub beta; głosi że: wskutek rozpadu alfa powstaje pierwiastek o liczbie atomowej mniejszej o 4, znajdujący się w układzie okresowym pierwiastków o dwa miejsca przed pierwiastkiem wyjściowym, wskutek zaś rozpadu beta — pierwiastek o takiej samej liczbie masowej, znajdujący się w układzie okresowym pierwiastków o jedno miejsce za pierwiastkiem wyjściowym, np. .

Prawo to pozwoliło Fajansowi na określenie położenia poszczególnych nuklidów w układzie okresowym. Stwierdził także, że jeden pierwiastek może tworzyć, jak pisał, „plejadę” różnych izotopów (odkrył więc istnienie zjawiska izotopii). W 1918, wraz ze swym współpracownikiem, O. Göhringem, odkrył jeden z izotopów protaktynu, nieznanego jeszcze wówczas pierwiastka o liczbie atomowej 91. Fajans i Göhring ustalili, że w szeregu uranowo-radowym pierwszym produktem rozpadu uranu jest tzw. uran X₁, o liczbie atomowej 90 i liczbie masowej 234, który ulega przemianie beta, dając tzw. uran X₂, o liczbie atomowej 91 i liczbie masowej 234. Miejsce 91 w układzie okresowym było wolne, uczeni zidentyfikowali więc krótkożyciowy izotop jako nowy pierwiastek i z powodu jego nietrwałości nazwali brewium (od łacińskiego brevis krótki). Później, gdy odkryto trwalszy izotop pierwiastka, został on nazwany, z racji położenia w układzie okresowym przed aktynem, protoaktynem, następnie nazwę skrócono do „protaktyn”. Fajans zaproponował używanie liczby masowej przy symbolu pierwiastka, w celu rozróżnienia izotopów. Zapis ten przyjęła 1923 Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (modyfikując formę graficzną). Fajans sformułował także reguły mówiące: 1) trwałość izotopów alfa-promieniotwórczych danego pierwiastka rośnie wraz z ich liczbą masową, i 2) trwałość izotopów beta-promieniotwórczych danego pierwiastka maleje ze wzrostem liczby masowej. Prawa te, w przeciwieństwie do reguły przesunięć, nie zawsze są słuszne.

Inne prace

W Monachium, oprócz badań nad promieniotwórczością, Kazimierz Fajans zajmował się badaniem struktury cząsteczek i kryształów. W 1919 wyprowadził wzór na energię sieci krystalicznej i ustalił zależności między energią sieci i rozmaitymi wielkościami termodynamicznymi, wprowadził pojęcie energii hydratacji wolnych jonów gazowych. Ponadto 1943 opracował tzw. kwantykułową teorię wiązania chemicznego, w której zasadniczą rolę w tworzeniu wiązań chemicznych przypisuje się wyróżnionej grupie elektronów (tzw. kwantykule), związanej z jednym lub wieloma jądrami atomowymi (rdzeniami jądrowymi), Kwantykułowa teoria wiązania chemicznego (1961).

Diagram ilustrujący prawo przesunięć oraz występowanie izotopów