Neptun

Wróćmy do włoskiej prasy i doniesień jakoby Enrico Fermi sprezentował probówkę z solą pierwszego transuranowego pierwiastka Królowej Helenie. Oczywiście była to kaczka dziennikarska. Natomiast faktem jest, że Fermi otrzymał pierwiastek o liczbie atomowej 93 jednak nie potwierdził swego odkrycia w tamtym czasie. Bombardowany neutronami cel jaki miał w posiadaniu Fermi składał się z dwóch izotopów uranu-235 i uranu-238. Odkryte zjawisko rozszczepienia jąder uranu pod działaniem termicznych neutronów znacznie skomplikowało rozważania nad chemiczną naturą powstających w tym procesie pierwiastków. Uran-238 absorbując neutron przekształca się w izotop uranu-239, który emitując cząstkę beta (elektron) tworzy izotop pierwszego transuranowego pierwiastka o liczbie atomowej 93. Taki tok rozumowania przyświecał Fermiemu i jego grupie wykonującej eksperymenty. Jednak powstające produkty rozpadu jąder uranu powodowały trudności w jednoznacznej interpretacji wyników badań. Odkrycie Hahna i Strassmanna wywołało znaczne zintensyfikowanie badań nad syntezą pierwiastków transuranowych. Istotnym, choć oczywistym, spostrzeżeniem było, że fragmenty jąder uranu o mniejszej masie są zdolne do przebywania dłuższych dystansów niż jądra pierwiastka o liczbie atomowej 93. Ta właściwość zadecydowała o sukcesie amerykańskich uczonych z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Wiosną 1939 roku Edwin Mattison McMillan rozpoczął eksperymenty przy użyciu nowego cyklotronu zainstalowanego w Lawrence Radiation Laboratory w Berkeley. W napromienionych próbkach uranu odkryto silnie radioaktywną substancję o okresie półrozpadu 2,3 dnia. McMillan wykazał, że substancja ta jest izotopem pierwiastka o liczbie atomowej 93. Pozostało dokonać analizy chemicznej nowego pierwiastka, ostatecznie potwierdzającej jego właściwości. Latem 1939 roku do laboratorium w Berkeley McMillan zaprosił swojego kolegę Philipa Hauge Abelsona, który odegrał decydującą rolę przy odkryciu neptunu. Obydwoje uczeni dokonali charakterystyki chemicznej izotopu pierwiastka 93, o okresie półtrwania 2,3 dnia. Pierwiastek ten wydzielono z uranu i toru poddanych działaniu strumienia neutronów, i okazało się, że jego właściwości są zbliżone do obydwu tych pierwiastków, natomiast nie wykazywał podobieństwa do renu, co ostatecznie zdeprecjonowało wcześniejszą hipotezę jakoby pierwiastek ten miał być eka-renem. Odkrycie nowego pierwiastka zostało opublikowane w prestiżowym Physical Review z datą 27 maja 1940 roku. Nazwę, neptun nadano mu na cześć planety znajdującej się w układzie okresowym poza Uranem.

Synteza neptunu pokazała, że istnieje możliwość otrzymywania pierwiastków o wyższych masach atomowych, ale jednocześnie uzmysłowiła naukowcom trudności jakie występują na tej drodze syntezy sztucznych pierwiastków. Istotnym problemem jest otrzymanie odpowiednio trwałych izotopów takich pierwiastków. Izotopy o zbyt krótkich czasach połowicznego rozpadu nie pozwalają na określenie ich właściwości tak fizycznych jak i chemicznych. Otrzymany pierwszy izotop neptunu charakteryzuje się okresem półtrwania liczonym w dniach. W roku 1942 otrzymano izotop neptunu o masie atomowej 237, którego okres półtrwania wynosi 2,14 miliona lat. Niestety otrzymanie tego izotopu wiąże się z dużymi trudnościami technicznymi, i dlatego dokładną charakterystykę pierwiastka przeprowadzono wykorzystując neptun-238, którego okres półrozpadu wynosi 154 tysiące lat. Izotop o masie 237 został otrzymany w 1942 przez Glenna Theodore Seaborga i Arthura Charlesa Wahla. Naukowcy amerykańscy na długie lata stali się liderami w badaniach nad pierwiastkami transuranowymi, ale neptun został, niezależnie od badaczy amerykańskich, odkryty przez Niemca Kurta Starke. Odkrycie zostało dokonane w roku 1940, ale ze względu na działania wojenne publikacja ukazała się w roku 1942.

Najtrwalszy izotop neptunu, Np-237, został odkryty w rudzie uranowej pochodzącej z Kongo w roku 1952, w której występuje w śladowych ilościach jako produkt rozpadu uranu.