تاریخ کشف پروتاکتینیوم

شاید عنصر اکا-تانتال، که توسط مندلیف پیش‌بینی شده بود، تنها عنصر رادیوآکتیوی است که قبل از اینکه به طور کلی شناخته شود کشف شد. منظور عنصر شماره‌ی 91 است که بین توریوم و اورانیوم قرار دارد. ایزوتوپ پایدارتر آن دارای نیمه عمر قابل توجهی (300 34 سال) است و، بنابراین، باید در سنگ معدن اورانیوم موجود باشد. این عنصر اشعه‌ی آلفا نیز منتشر می‌کند. اگر به تاریخ تأیید شده‌ی کشف عنصر مزبور (1918) توجه کنیم این پرسش منطقی پیش می‌آید که چرا تا این حد دیر کشف گردید. بعداً به این سؤال پاسخ خواهیم داد.
اکنون اجازه دهید به بحث در مورد عناصر گروه اورانیوم 238 (به جدول 1 و نمودار 1 مراجعه شود) بپردازیم. عنصر مشهور UX، که توسط کروکس کشف گردید، زمینه‌ای شد برای یافتن رادیو المنتها. این نام، سالها پس از کشف رادیو المنت موسوم به اورانیوم X2 به آن اطلاق گردید.
در فوریه‌ی 1913، سادی اظهار داشت که بایستی یک رادیو المنت ناشناخته در بین عنصر UX کروکس و عنصر U-II، که در سال 1911 از خانواده‌ی اورانیوم کشف شد، وجود داشته باشد. خواص عنصر جدید، طبق نظریه‌ی سادی، باید از نوع خواص اکا- تانتال باشد. ظاهراً این رادیواکتیو فرضی باید در گروه پنجم جدول تناوبی، که حاوی هیچ‌گونه رادیو المنتی نبود، جای داده می‌شد. عدم وجود رادیو المنت در گروه پنجم یکی از پدیده‌های عجیب طبیعی محسوب می‌گردید اما باید گفت که این در واقع عجیب نبود. اورانیوم 238 (یا U-I)، یعنی سردسته‌ی این خانواده، و U-II، یعنی عنصری از همین خانواده، ایزوتوپهای اورانیوم هستند. هر دو اینها، در مقایسه با رادیو المنتهای دیگر، دارای زمان نیمه عمر طولانی هستند. شناسایی اورانیوم II، در برابر اورانیوم I، چندان هم ساده نبود. همچنین جداسازی پیشتاز و نمایانگر اورانیوم II یعنی همان اکا-تانتال (UX2) فرضی نمی‌توانست چندان ساده صورت پذیرد.
این کار در اواسط مارس 1913 توسط فایانس و دستیار جوانش، گورینگ (1)، انجام گرفت که توانستند یک رادیو المنت جدید، با زمان نیمه عمر 1/17 دقیقه و با خواص شیمیایی مشابه با تانتان، را که اشعه‌ی بتا انتشار می‌داد شناسایی کنند. در اکتبر همان سال صریحاً اعلام کردند که UX2 یک عنصر رادیوآکتیو جدید، واقع بین توریوم و اورانیوم است. آن دو پیشنهاد کردند که عنصر مزبور «برویوم» (2) (از ریشه یونانی به معنی «کوتاه عمر») نامیده شود.
نشانه‌ی UX2 مکان خود را در خانواده‌ی اورانیوم به دست آورد اما نشانه‌ی Bv بسختی توانست در خانه‌ی شماره‌ی 91 سیستم تناوبی جای گیرد، اگرچه این عنصر با جدیت تمام در بسیاری از آزمایشگاهها مورد مطالعه قرار گرفته و کشف آن توسط دانشمندان بریتانیایی و آلمانی مورد تأیید واقع شده بود.
به هر حال، این عبارت که عنصر شماره‌ی 91 در سال 1913 کشف شد، سخنی غیرمنتظره نیست. با وجود این، چرا تاریخچه‌ی کشف آن با این تاریخ (یعنی سال 1913) شروع نمی‌شود؟

اگر جنگ جهانی اول اتفاق نیفتاده بود شاید برویوم سرنوشتی بهتر می‌داشت. اما جنگ مطالعات پرتوشیمی را متوقف کرد و مبادلات اطلاعات را بشدت کاهش داد. اکا-تانتال می‌بایست برای دومین بار کشف می‌شد.

مدت مدیدی شناخت خانواده‌ی آکتینیوم، در میان سه خانواده‌ی رادیوآکتیو، مشکلترین مسئله محسوب می‌شد. این پرسش که چه عنصری سردسته‌ی این خانواده است، جواب روشنی نداشت. اگر سردسته‌ی این خانواده آکتینیوم بود می‌بایست زمان نیمه عمر آن همانند زمان نیمه عمر توریوم و اورانیوم باشد. اگرچه زمان نیمه عمر ارزیابی نشده بود، ظاهراً این موضوع غیر متحمل به نظر می‌رسید. به هر حال، این زمان نیمه عمر در مقایسه با عمر زمین قابل صرف‌نظر کردن بود.
با پذیرفته شدن آکتینیوم به عنوان سردسته‌ی خانواده‌ی مزبور، سؤال در مورد متقدمان آن بی‌معنی بود و این واقعه موجب تأخیر در کشف اکا-تانتال می‌شد. پیشنهاد دیگر این بود که خانواده‌ی آکتینیوم مستقل نیست بلکه شاخه‌ای از خانواده‌ی اورانیوم است. این نظریه، پیشتر، در سالهای 1913-1914، که برویوم کشف شده بود، از طرف پرتو شیمیدانان مورد بحث قرار گرفته بود. اما مباحثات به نتایج قانع کننده‌ای منجر نشد و همچنان سردستگی آکتینیوم بر گروه خود ادامه یافت (اگرچه همه‌ی دست‌اندرکاران در اشتباه بودن چنین مسئله‌ای اتفاق نظر داشتند).
نقش مهم را در تکامل و توسعه‌ی شناخت عناصر رادیوآکتیو، رادیو المنت UY (از ایزوتوپهای توریوم)، ایفا کرد. این عنصر توسط پرتو شیمیدان روسی، آنتونوف (3)، که در آزمایشگاه راذرفرد کار می‌کرد، کشف گردید. رادیو المنت UX (که این نیز ایزوتوپی از توریوم است) در خانواده‌ی اورانیوم ذرات بتا منتشر می‌کند و تبدیل به برویوم (UX2) می‌شود.
شیمیدان فرانسوی، پیکار (4)، در سال 1917، اظهار داشت که می‌بایست موقعیت مشابهی در مورد سردسته‌ی خانواده‌ای که هنوز به عنوان خانواده‌ی آکتینیوم شناخته می‌شود حاکم باشد. نظر وی، که مدتها بعد تأیید شد، این بود که سردسته‌ی خانواده‌ی آکتینیوم عنصر سومی است که خود ایزوتوپ ناشناخته‌ای از اورانیوم است (علاوه بر (U-I و U-II)). پیکار، این عنصر را آکتینورانیوم نامید. عنصر مزبور با انتشار ذرات آلفا تبدیل به UY می‌شود که این رادیو المنت، به نوبه‌ی خود، به آکتینیوم مبدل می‌گردد. محصول واسطه‌ی فرایند می‌بایست رادیو المنتی متعلق به گروه پنجم جدول تناوبی باشد. این مرحله از تبدیلات را می‌توان به صورت زیر نمایش داد:

این پیشنهاد همزمان به پرسش در مورد موقعیت UY، که در خانواده‌ی رادیوآکتیو نامشخص بود، پاسخ داد. این نظریه‌ی سازنده و مفید، اگرچه بسیار گستاخانه بود، مورد تأیید قرار گرفت.
قدم بعدی در جستجوی اکا-تانتال توسط سادی و دستیارش، کرانستن (5)، در انگلستان برداشته شد. آنان با اقبال روبه‌رو شدند و در دسامبر 1917 گزارشی در مورد کشف اکا-تانتال، به عنوان محصول انتشار ذرات بتا توسط اورانیوم Y ارائه دادند. ولی اطلاعات آنان در مورد اکا – تانتال در مقایسه با گزارش شیمیدانان آلمانی، هان (6) و ماتینر (7)، ناچیز بود.
گزارش دانشمندان آلمانی فوق زودتر از نوشته‌ی دانشمندان انگلیسی منتشر شد، اگرچه دیرتر از گزارش انگلیسیها تسلیم دفتر نشریه شده بود. اما مسئله‌ی مهم انتشار اطلاعات نیست. هان و ماتینر نه تنها رادیو المنت جدید را کشف کردند بلکه تمام مطالعات ممکن در مورد خواص عنصر مزبور را نیز عملی ساختند. زمان نیمه عمر را ارزیابی و فاصله‌ی آزاد متوسط ذرات آلفا را اندازه‌گیری کردند. دانشمندان آلمانی و انگلیسی یاد شده به عنوان کاشفان مشترک عنصر 91 شناخته می‌شوند. اگر چه بدون شک سهم دانشمندان آلمانی بیشتر است. داستان این کشف را باید با یادآوری اظهارات هوشمندانه‌ی فایانس، که مدعی کشف اکا- تانتال نیز نبود، خاتمه داد (اگر چه وی مستحق این عنوان بود). وی فقط پیشنهاد تغییر نام برویوم به پروتاکتینیوم (از ریشه‌ی یونانی به معنی «آکتینیوم قبلی») را ارائه کرد، چرا که رادیو المنت اخیر ایزوتوپی با طول عمر زیادتر از آکتینیوم بود.
بنابراین، نشانه‌ی Pa در جدول تناوبی ظاهر شد. ایزوتوب آن با طولانیترین زمان نیز عمر دارای عدد جرمی معادل 231 است. مقدار ناچیزی پنتا اکسید این عنصر در سال 1927 تهیه گردید.

فرانسیوم

عنصر شماره‌ی 87 موقعیت ویژه‌ای در تاریخچه‌ی عناصر رادیو آکتیو دارد. اگرچه بسیار کم در طبیعت یافت می‌شود، نخستین بار از طبیعت به دست آمد. اما داستان این عنصر را، به طور مفصلتر، در بخشی از کتاب که مربوط به عناصر مصنوعی است، شرح خواهیم داد. و این کار بی‌دلیل نیست.

پی‌نوشت‌:

1. Göring.
2. Brevium.
3. Antonov.
4. Picard.
5. Cranston.
6. Hahn.
7. Meitner.

منبع مقاله :
تریفونوف، دیمیتری نیکولایویچ؛ تریفونوف، ولادیمیر؛ (1390)، تاریخچه‌ی کشف عناصر شیمیایی، برگردان: عبدالله زرافشان، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ چهارم