Protaktyn

Dymitr Mendelejew w roku 1871 na podstawie układu okresowego przewidywał istnienie pierwiastka pomiędzy torem i uranem. Ten pierwiastek nazwany eka-tantalem został odkryty dopiero w roku 1918. Biorąc pod uwagę jego właściwości takie jak okres połowicznego rozpadu najtrwalszego izotopu wynoszący aż 32 276 dni, co wskazuje, że powinien on akumulować się w rudach uranu, a ponadto emituje cząstki alfa, dziwnym wydaje się, że nie został on odkryty wcześniej.

W roku 1900 William Crookes odkrył promieniotwórczy pierwiastek, który uzyskał nazwę uran-X. Trzy lata później Soddy wysunął sugestię, że pomiędzy uranem-X Crookesa i uranem-II odkrytym przez Geigera w roku 1911, powinien znajdować się jeszcze jeden pierwiastek, którego właściwości powinny odpowiadać tym jakie przewidywano dla eka-tantalu. Ten hipotetyczny pierwiastek powinien znaleźć swoje miejsce w piętnastej grupie układu okresowego (w tamtych czasach była to grupa V), która nie zawierała żadnego pierwiastka promieniotwórczego. Jeżeli przyjrzeć się rozumowaniu Soddy’go widzimy, że uran-238 czyli uran-I zaczynający ten szereg promieniotwórczy jest izotopem tego pierwiastka o bardzo długim czasie życia, podobnie jak uran-II. Wszystkie pozostałe elementy tego szeregu mają znacznie krótsze okresy połowicznego rozpadu.

Odkrycie brakującego elementu szeregu nastąpiło w połowie marca 1913 roku, kiedy to Kazimierz Fajans wraz ze swoim asystentem Oswaldem Helmuthem Göhringiem zaobserwowali nowy, emitujący promieniowanie beta, pierwiastek radioaktywny charakteryzujący się okresem półrozpadu około 1,17 minuty. Właściwości chemiczne odkrytego pierwiastka były zbliżone do właściwości tantalu. W grudniu tego roku stwierdzili, że urans-X₂ jest pierwiastkiem, który powinien zająć miejsce w szeregu promieniotwórczym pomiędzy torem a uranem-II i zaproponowali nazwę brevium, od łacińskiego słowa brevis oznaczającego chwilę, krótki okres. Zgodnie z tym za datę odkrycia pierwiastka o liczbie atomowej 91 należałoby uznać rok 1913. Jednak na drodze do ogłoszenia światu odkrycia stanęła Pierwsza Wojna Światowa, której wybuch spowodował zatrzymanie badań naukowych nad pierwiastkami promieniotwórczymi, i jednocześnie ograniczył kontakty pomiędzy naukowcami.

Przez długie lata aktynowy szereg promieniotwórczy stanowił zagadkę dla naukowców. Nie potrafiono określić od jakiego pierwiastka się zaczyna, a wysuwane sugestie były sprzeczne. Z jednej strony wskazywano aktyn, którego okres połowicznego rozpadu był tego samego rzędu co okresy uranu i toru. Z drugiej wysuwano sugestię, że szereg aktynowy nie stanowi odrębnej rodziny pierwiastków promieniotwórczych, a jest fragmentem szeregu uranowego. Decydującą rolę w rozstrzygnięciu tego problemu odegrało odkrycie promieniotwórczego pierwiastka opisanego jako uran-Y, będącego izotopem toru (tor-231). Inny izotop toru, uran-X₁, emitując cząstkę beta przekształca się w brevium, czyli uran-X₂. W 1917 roku szwajcarski fizyk Auguste Antoine Piccard  zasugerował, że podobna sytuacja ma miejsce w przypadku szeregu aktynowego, który rozpoczyna się od nieodkrytego jeszcze pierwiastka będącego izotopem uranu. Piccard nazwał go aktynouranem, który emitując cząstkę alfa zmienia się w uran-Y, który podlegając kolejnym przemianom jądrowym tworzy w ostateczności aktyn.

Kolejny krok na drodze do odkrycia eka-tantalu został poczyniony w Anglii przez Soddy’go i jego współpracownika Johna Arnolda Cranstona. W grudniu 1917 roku ogłosili oni odkrycie eka-tantalu jako produktu przemiany beta uranu-Y, jednak podane dane na temat tego pierwiastka były bardzo ogólne. Bardziej szczegółowo właściwości pierwiastka zostały opisane w publikacji dwóch niemieckich uczonych Otto Hahna i Lise Meitner. Ich doniesienie ukazało się drukiem po publikacji Soddy’go i Cranstona, ale publikacja została przygotowana wcześniej niż praca Anglików. Ale nie w tym leży przewaga badań Hahna i Meitner. Tych dwoje uczonych nie tylko dokonało wydzielenia nowego pierwiastka promieniotwórczego, ale przeprowadzili również badanie jego właściwości obejmujące miedzy innymi określenie okresu połowicznego rozpadu.

Odkrycie eka-tantalu jest często przyznawane Soddy’emu, Cranstonowi, Hahnowi i Meitner, ale nie należy zapominać o pracach Fajansa i warto wspomnieć o Göhringu. Fajans, który nigdy nie starał się o uznanie swojego pierwszeństwa po doniesieniach badaczy angielskich i niemieckich zaproponował zmianę nazwy tego pierwiastka na protoaktyn od greckich słów πρῶτος (protos) czyli pierwszy, poprzedni i aktyn. Nazwa ta została następnie w roku 1949 zmieniona na protaktyn przez Unie Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC). W roku 1927 otrzymano kilka miligramów tlenku tego metalu.