Neptünyum ve plütonyum… Bir önceki bölümde de söylediğimiz gibi bu bölümde de isimleri uzayla ve de özellikle gök cisimleriyle doğrudan bağlantılı olan diğer bir 2 elementi konu alıyoruz. Peki, bu bölümde ele alacağımız iki element ne zaman keşfedildi? Bu elementlerin hangi gök cisimleriyle ilişkisi vardı? Elementlerimizin keşfi sırasında ne gibi olaylar yaşandı? Elementlerin Hikâyesi 13. Bölüm başlıyor…
(intro)
Dimitri Mendeleyev 1870’lerin başlarında periyodik tablosunu yayınladığında, henüz keşfedilmemiş ancak kural gereği var olması gereken elementlerin yerini düz bir çizgi çekerek belirtmişti. Bu çizgilerden biri de uranyumun hemen sağında yer alıyordu. 1932’de nötron keşfedilene kadar aslında çoğu bilim adamı uranyumdan daha ağır bir elementin varlığına ciddi manada inanmıyordu. 1933’te Irène ve Frédéric Joliot-Curie yapay radyoaktiviteyi keşfedince elementlerin araştırılmasında yeni bir yöntemin önü açıldı ve Enrico Fermi liderliğindeki küçük bir grup İtalyan bilim adamına, nötron bombardımanını içeren bir dizi deney başlatma konusunda ilham verdi. Birkaç ay süren çalışmanın ardından Fermi’nin deney grubu, daha hafif elementlerin yakalanan nötronun enerjisini bir proton veya alfa parçacığı yayarak dağıtacağını daha ağır elementlerinse genellikle bir gama ışını yayarak aynı şeyi başaracağını geçici olarak belirledi. Bu ikinci durum daha sonra bir nötronun beta bozunumuyla protona dönüşmesiyle sonuçlanacak, böylece elde edilen izotop periyodik tabloda bir basamak yukarı taşınacaktı. Fermi’nin ekibi uranyumu bombaladığında da bu davranışı gözlemlediler; bu da ortaya çıkan izotopun atom numarasının 93 olduğunu güçlü bir şekilde akla getirdi. Fermi başlangıçta böyle bir iddiayı duyurma konusunda isteksizdi, ancak ekibi uranyumda bilinmeyen birkaç yarı ömür gözlemledikten sonra bilinen herhangi bir izotopla eşleşmeyen bombardıman ürünleri için Haziran 1934’te Atom Numarası 92’den Yüksek Elementlerin Olası Üretimi başlıklı bir makale yayınladı. Fermi bu makalede 93. element için İtalya’nın Eski Yunancadaki adı olan Ausonia’dan türeterek ausonyum adını önerdi. Fermi’nin ekibi, deney sonuçlarındaki çok sayıda farklı ve bilinmeyen radyoaktif yarılanma ömrü, birçok nükleer reaksiyonun meydana geldiğini göstermesine rağmen, onu kimyasal olarak izole edemediğinden, 93. elementin üretildiğini kanıtlayamadı ve bilim camiasında pek çok kişi tarafından böyle bir keşfin gerçekleşmediğine dair iddialar ortaya atıldı. 1938’de Rumen fizikçi Horia Hulubei ve Fransız kimyager Yvette Cauchois tarafından yapılan diğer iddia, yeni elementi tantalit mineralinin spektroskopisi yoluyla keşfettiğini iddia ediyordu. Hulubei elemente laboratuvarının yakınından geçen Sen Nehri’nin Latincedeki adı olan Sequana adından türeterek sequanyum ismini önerdi ancak bilim adamları elementin doğada bulunma ihtimali olduğunu düşünmediği için bu keşif duyurusunu dikkate bile almadı. Halbuki 93. Element 1952’de bir uranyum cevherinde bulunmuş ve doğada da var olabileceği ortaya çıkmıştı. Kim bilir belki de Hulubei ve Cauchois gerçekten de 93. elementi gözlemleyebilmişlerdi. Ancak elementi keşfeden ve bilim camiasına bunu kabul ettirenlerse Edwin McMillan ve Philip H. Abelson ikilisiydi. 1940’ın başlarında McMillan, yeterli titizlikle yapılmadığı için başarısız geçen deneyinden sonra yeni bir deneyde, daha önce yapmadığı bir şeyi, bilinmeyen maddeyi bir indirgeyici madde varlığında HF’ye maruz bırakmayı denedi. Bu reaksiyon, numunenin HF ile çökelmesine neden oldu; bu, bilinmeyen maddenin nadir toprak metali olma olasılığını kesin olarak ortadan kaldıran bir eylemdi. Bundan kısa bir süre sonra McMillan, yetenekli bir kimyacı olan Philip H. Abelson’dan deney sonuçlarının ayrıştırılmasında yardımcı olmasını istedi. Abelson, 2,3 günlük yarı ömrü üreten şeyin bilinen herhangi bir elemente benzeyen bir kimyaya sahip olmadığını ve aslında nadir toprak metalinden çok uranyuma benzediğini çok çabuk gözlemledi. Bu keşif sonunda kaynağın izole edilmesini sağladı. Son bir adım olarak McMillan ve Abelson, U-239 kullanarak 23 dakikalık yarı ömre sahip olan çok daha büyük bir bombalanmış uranyum örneği hazırladılar ve kesin olarak, bilinmeyen 2,3 günlük yarı ömrün, 23 dakikalık aktivitedeki düşüşle uyumlu olarak güçlendiğini gösterdiler. Bu, bilinmeyen radyoaktif kaynağın uranyumun bozunmasından kaynaklandığını kanıtladı ve kaynağın kimyasal olarak bilinen tüm elementlerden farklı olduğuna dair önceki gözlemle birleştiğinde, yeni bir elementin keşfedildiği şüpheye yer bırakmayacak şekilde kanıtlandı. McMillan ve Abelson, sonuçlarını 27 Mayıs 1940’ta Physical Review’da Radyoaktif 93. Element başlıklı bir makalede yayınladılar. Makalede element için bir isim önermeyip sonrasında Uranüs’ün ötesindeki Neptün gezegeninden hareketle uranyumun ötesindeki neptünyum elementini tanımladılar. Böylece Mendeleyev’in tablosundaki çizgi yerini Np sembolüyle gösterilen neptünyuma bırakmış oldu.
İsmini bir gök cisminden almış diğer bir element ise plütonyum idi. Bu elementin keşfi yolundaki ilk adımları da yine Enrico Fermi atmıştı. Fermi ve Roma Üniversitesi’nden bir bilim adamı ekibi, 1934 yılında 94. elementi keşfettiklerini bildirdi. Fermi, elemente Eski Yunancada yine İtalya için kullanılan bir başka isim olan Hisperia’dan türeterek hesperium adını verdi ve 1938’deki Nobel konferansında bundan bahsetti. Ancak 1938’de nükleer fisyonun keşfedilmesiyle beraber bunun aslında bir baryum ve kripton karışımı olduğu ortaya çıktı. Plütonyumun gerçek keşfi, izolasyonu ve kimyasal tanımı ise Aralık 1940 ile Şubat 1941 arasında Glenn T. Seaborg, Edwin McMillan, Emilio Segrè, Joseph W. Kennedy, ve Arthur Wahl tarafından Kaliforniya Üniversitesi’ndeki Berkeley Radyasyon Laboratuvarı’nda 150 santimetrelik siklotronda döteryum atomlarının çekirdekleriyle uranyumun bombardımanıyla yapıldı. Neptunyum-238 doğrudan bombardımanla üretildi, ancak beta emisyonu ile bozundu ve yarılanma ömrü iki günden biraz fazlaydı, bu da 94. elementin oluşumunu gösteriyordu. İlk bombardıman 14 Aralık 1940’ta gerçekleşti ve yeni element ilk kez 23-24 Şubat 1941 gecesi oksidasyon yoluyla tanımlandı. Keşfi belgeleyen bir makale ekip tarafından hazırlandı ve Mart 1941’de Physical Review dergisine gönderildi, ancak güvenlik endişeleri nedeniyle yayın II. Dünya Savaşı’nın bitiminden bir yıl sonrasına kadar ertelendi. Seaborg ve diğerleri tarafından bu element için düşünülen alternatif isimler, periyodik tablodaki mümkün olan son elementi bulduklarına dair hatalı düşüncelerine dayanarak “ültimyum” veya “ekstremyum” idi. McMillan kısa süre önce ilk uranyum ötesi elemente Neptün gezegeninin adını vermiş ve serideki bir sonraki element olan 94. elementin adının o zamanlar henüz statüsü cüce gezegene çevrilmemiş olup Neptün’den bir sonraki gezegen olarak kabul edilen Plüton’dan alınmasını önermişti. Cambridge ekibinden Nicholas Kemmer bağımsız olarak Berkeley ekibiyle aynı mantığa dayanarak aynı ismi önerdi. Seaborg ilk başta bu ismi “plütyum” olarak değerlendirdi ancak daha sonra bu ismin kulağa “plütonyum” kadar hoş gelmediğini düşündü. Plütonyuma bir sembol atayacakken periyodik tabloya fark edilmeden geçen, özellikle İngilizcede iğrenç bir kokuyu belirtmek için kullanılan “pee you” ünlemine atıfta bulunarak “Pu” harflerini şaka olarak seçti ve böylece plütonyum da periyodik tablodaki yerini almış oldu.
İşte bu, isimlerini gökcisimlerinden alan diğer iki elementimiz neptünyum ve plütonyumun hikayesidir. Böylece 13. bölümün de sonuna gelmiş olduk. Bir sonraki bölümde görüşmek üzere.
Kaynakça:
Richard Rhodes, The Making of the Atomic Bomb (25th Anniversary ed.), Simon & Schuster, New York, 2012
Enrico Fermi, “Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92”, Nature, 1934
Klaus Hoffman, Otto Hahn: Achievement and Responsibility, Springer, 2001
Ida Noddack, “Über das Element 93”, Zeitschrift für Angewandte Chemie, 1934
H. Hulubei & Y. Cauchois, “Nouvelles recherches sur l’élément 93 naturel”, Comptes Rendus, 1939
Emilio Segrè, “An Unsuccessful Search for Transuranium Elements”, Physical Review, 1939
Edwin McMillan& Philip Abelson, “Radioactive Element 93”, Physical Review, 1940
“Periodic Table Of Elements: LANL- Neptunium”, Los Alamos National Laboratory, 2013
G. T. Seaborg, “Ch. 118. Origin of the actinide concept”, bölümün yer aldığı kitap: K. A. Gschneidner Jr. & L, Eyring & G. R. Choppin & G. H. Landet, Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, Vol. 18 – Lanthanides/Actinides: Chemistry, Elsevier, 1994
Zenko Yoshida & Stephen G. Johnson & Takaumi Kimura & John R. Krsul, “Neptunium”, bölümün yer aldığı kitap: Lester R Morss & Norman M. Edelstein & Jean Fuger, The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Vol. 3, Springer, 2006
Norman E. Holden, “A Short History of Nuclear Data and Its Evaluation”, National Nuclear Data Center Brookhaven National Laboratory, 2001
Enrico Fermi, “Artificial radioactivity produced by neutron bombardment: Nobel Lecture”, Royal Swedish Academy of Sciences, 1938
Jeremy Bernstein, Plutonium: a History of the World’s most Dangerous Element, Joseph Henry Press, 2007
Glenn T. Seaborg, “The plutonium story”, Lawrence Berkeley Laboratory, University of California, 1981
E. Segrè, A Mind Always in Motion, University of California Press, 1993
John Emsley, “Plutonium”, Nature’s Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements, Oxford University Press, 2001
G. T. Seaborg & E. Seaborg, Adventures in the Atomic Age: From Watts to Washington, Farrar, Straus and Giroux, 2001
Ronald Clark, The Birth of the Bomb: The Untold Story of Britain’s Part in the Weapon That Changed the World, Phoenix House, 1961
David L. Heiserman, “Element 94: Plutonium”, Exploring Chemical Elements and their Compounds, TAB Books, 1992
David L. Clark & David E. Hobart, “Reflections on the Legacy of a Legend: Glenn T. Seaborg, 1912–1999”, Los Alamos Science, 2000
“Frontline interview with Seaborg”, Frontline, Public Broadcasting Service, 1997
0 Yorum