Maria Curie testou diversos compostos e minerais contendo urânio. Todos eles tornavam o ar condutor. O efeito observado dependia da proporção de urânio nos compostos, mas não dependia dos outros elementos presentes. Isso indicava que a emissão de radiação não estava associada à estrutura molecular ou cristalina das substâncias em questão, dependendo apenas da quantidade de átomos de urânio no material.
Maria Curie examinou um grande número de substâncias comuns, depois começou a testar sistematicamente todos os compostos químicos e minerais que existiam no laboratório da Escola Industrial de Química e Física, onde trabalhava. Inicialmente, nenhum deles parecia produzir efeitos semelhantes ao urânio. Após muitos resultados negativos, no entanto, Maria Curie encontrou a primeira novidade: os compostos de tório também produziam efeitos iguais aos do urânio.
Perceber que as radiações estudadas por Becquerel não eram uma propriedade exclusiva do urânio foi um passo importante, mas na verdade essa descoberta de Madame Curie já tinha sido antecipada: dois meses antes, o físico alemão Gerhard Schmidt (1865-1949) já tinha descoberto que o tório também emitia radiações do mesmo tipo.
Além do urânio, do tório e seus compostos, ela notou que o cério, o nióbio e o tântalo também pareciam fracamente ativos. Já se sabia que o fósforo branco também era capaz de ionizar o ar, mas Maria Curie notou que outras formas do fósforo (fósforo vermelho, ou fosfatos) não produziam o mesmo efeito e que, portanto, provavelmente se tratava de um fenômeno de natureza diferente.
Examinando diversos minerais naturais, Marie Curie notou que, como era de se esperar, todos os que continham urânio e tório emitiam as radiações ionizantes. Porém, para sua surpresa, observou que alguns minerais produziam radiações mais intensas do que o urânio ou o tório puros. A calcolita natural, por exemplo, era duas vezes mais ativa do que o urânio metálico. Isso contrastava com os resultados anteriores que indicavam que a intensidade de radiação era proporcional à quantidade de tório ou de urânio dos compostos. Para verificar se esse resultado era devido à natureza química dos materiais, Curie sintetizou um dos minerais, a calcolita (fosfato cristalisado de cobre e de urânio) a partir de substâncias químicas puras, e notou que essa calcolita artificial era tão ativa quanto outros sais de urânio, e menos ativa do que o urânio puro. Marie Curie conjeturou que esses minerais deviam conter algum outro elemento desconhecido, mais ativo do que o urânio.
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