Em 1896, Henri Becquerel incentivou-a a estudar as radiações, por ele descobertas, emitidas pelos sais de urânio. Juntamente com o seu marido, Maria começou, então, a estudar os materiais que produziam esta radiação, procurando novos elementos que, segundo a hipótese que os dois defendiam, deveriam existir em determinados minérios como a pechblenda (que tinha a curiosa característica de emitir mais radiação que o urânio que dela era extraído). Efetivamente, em 1898 deduziram essa explicação: haveria, com certeza, na pechblenda, algum componente liberando mais energia que o urânio; em 26 de Dezembro desse ano, Maria Skłodowska Curie anunciava a descoberta dessa nova substância à Academia de Ciências de Paris.
Após vários anos de trabalho constante, através da concentração de várias classes de pechblenda, isolaram dois novos elementos químicos. O primeiro foi nomeado polônio, em referência a seu pais nativo, e o outro rádio, devido à sua intensa radiação, do qual conseguiram obter em 1902 0,1 g. Posteriormente partindo de oito toneladas de pechblenda, obtiveram mais 1 g de sal de rádio. Nunca patentearam o processo de obtenção desenvolvido. Os termos radioativo e radioatividade foram inventados pelo casal para caracterizar a energia liberada espontaneamente por este novo elemento químico.
Com Pierre Curie e Antoine Henri Becquerel, recebeu o Nobel de Física de 1903, "em reconhecimento pelos extraordinários serviços obtidos em suas investigações conjuntas sobre os fenômenos da radiação, descoberta por Henri Becquerel". Foi a primeira mulher a receber tal prêmio.
Ela conseguiu que seu marido, Pierre Curie, se tornesse chefe do Laboratório de Física na Sorbonne, foi doutorada em Ciências em 1903, e após a morte de Pierre Curie em 1906, em um acidente, ela ocupou seu lugar como professora de Física Geral na Faculdade de Ciências. Foi a primeira vez que uma mulher ocupou este cargo. Ela também foi nomeada Diretriz do Laboratório Curie no Instituto do Radium, da Universidade de Paris, fundado em 1914.[2]
Oito anos depois recebeu o Nobel de Química de 1911, «em reconhecimento pelos seus serviços para o avanço da química, pelo descobrimento dos elementos rádio e polônio, o isolamento do rádio e o estudo da natureza dos compostos deste elemento». Com uma atitude desinteressada, não patenteou o processo de isolamento do rádio, permitindo a investigação das propriedades deste elemento por toda a comunidade científica.
Conferência de Solvay (1933)O Nobel da Química foi-lhe atribuído no mesmo ano em que a Academia de Ciências de Paris a rejeitou para sócia, após uma votação ganha por Eduard Branly, tendo perdido a admissão apenas por um voto.
Foi a primeira pessoa a receber dois Prêmios Nobel em campos diferentes. A única outra pessoa, até hoje, foi Linus Pauling. No entanto, Marie Curie foi a única pessoa a receber dois prémios Nobel em áreas científicas.
Depois da morte do seu marido teve um romance amoroso com o físico Paul Langevin, que era casado, resultando num escândalo jornalístico, que se misturou a referências xenófobas, devido à sua ascendência polaca.
Durante a Primeira Guerra Mundial, Curie propôs o uso da radiografia móvel para o tratamento de soldados feridos. Em 1921 visitou os Estados Unidos, onde foi recebida triunfalmente. O motivo da viagem era arrecadar fundos para a pesquisa. Nos seus últimos anos foi assediada por muitos físicos e produtores de cosméticos, que usavam material radioativo sem precauções. Visitou também o Brasil, atraída pela fama das águas radioativas de Lindoia.
Marie Curie morreu perto de Salanches, França, em 1934 de leucemia, devido, seguramente, à exposição maciça a radiações durante o seu trabalho. Sua filha mais velha, Irène Joliot-Curie, recebeu o Nobel de Química de 1935, ano seguinte da morte de Marie.
O seu livro "Radioactivité" (escrito ao longo de vários anos), publicado a título póstumo, é considerado um dos documentos fundadores dos estudos relacionados com a Radioactividade clássica.
Em 1995 seus restos mortais foram transladados para o Panteão de Paris, tornando-se a primeira mulher a ser sepultada neste local.
Durante o período da hiperinflação nos anos 90, sua efígie foi impressa nas notas de banco de 20000 zloty da sua Polônia natal.
A sua filha, Éve Curie, escreveu a mais famosa das biografias da cientista, que foi amplamente traduzida em vários idiomas. Em Portugal, é editada pela editora "Livros do Brasil". Esta obra deu origem ao argumento de um filme de 1943: "Madame Curie", realizado por Mervyn LeRoy e com Greer Garson no papel de Marie.
Foram também feitos dois telefilmes sobre a sua vida: "Marie Curie: More Than Meets the Eye" (1997) e "Marie Curie - Une certaine jeune fille" (1965), além de uma mini-série francesa, "Marie Curie, une femme honorable" (1991).
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