Periyodik elementler tablosunda 93 numaralı element olan Neptünyum, sentetik olarak üretilen ilk transuranyum elementi ve keşfedilen ilk aktinit serisi transuranyum elementidir. Keşfi, Enrico Fermi’nin uranyumu nötronlarla bombardıman etme girişimi de dahil olmak üzere, elementin birkaç yanlış bulgusundan sonra geldi. Bu deney fisyonun ya da atomların bölünmesinin keşfiyle sonuçlanmıştır.
Neptünyum periyodik tabloda, yine radyoaktif olan uranyum ve plütonyum arasında yer alır. Adlarını gezegenlerden alan bu elementlerin üçünün de çekirdeklerinde 92 ila 94 proton bulunur ve bu protonlar nükleer fisyon reaksiyonuna ya da “atom bölünmesine” girebilecek kadar büyüktür. Bu özelliklerinden dolayı uranyum ve plütonyum nükleer enerji santrallerinde ve silahlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Neptünyum ise periyodik tablodaki komşularından çok daha sonra keşfedilmiştir ve yaygın olarak kullanılmamaktadır. Uranyum ve plütonyumun nükleer reaksiyonları sonucu üretildiği ve milyonlarca yıl boyunca zararlı radyoaktif atık olarak kalabildiği için neptünyum, üzerinde çalışılması gereken önemli bir element olmaya devam etmektedir. Neptünyumun kimyasını anlamak, nükleer atıkların uzun vadede güvenli bir şekilde depolanmasını sağlamak için gereklidir.
Element Özellikleri
Atom numarası (çekirdekteki proton sayısı): 93
Atomik sembol (elementlerin periyodik tablosunda): Np
Atomik ağırlık (atomun ortalama kütlesi): 237
Yoğunluk: Kübik inç başına 11,48 ons (kübik cm başına 19,86 gram)
Oda sıcaklığında faz: katı
Erime noktası: 1,191 Fahrenheit derece (644 santigrat derece)
Kaynama noktası: 7,052 F (3,900 C)
Doğal izotop sayısı (aynı elementin farklı nötron sayısına sahip atomları): 4 – Neptünyum-237’den neptünyum-240’a kadar. Laboratuvarda oluşturulan bilinen 21 izotop daha vardır.
En yaygın izotop: Np-237
Neptünyumun Keşfi![Neptünyum Nedir?]()
İtalyan bilim adamı Enrico Fermi 1934 yılında 93 numaralı elementi keşfettiğini iddia eden ilk kişidir. Uranyumdan (element 92) daha ağır elementlerin, uranyumun nötronlarla bombardıman edilmesiyle yaratılabileceğini varsaydı. Teorik olarak bu, uranyum atomlarına bir nötr kütle birimi ekleyecek, daha sonra beta bozunmasına veya bir nötronu protona dönüştüren negatif yük kaybına uğrayacak ve toplam 93 protonlu bir elementle sonuçlanacaktı. Fermi’nin deneyi sonunda bir element üretmedi; nötronlar uranyum atomlarıyla birleşmek yerine, uranyum atomlarını birçok parça radyoizotopa böldü. Fermi yanlış iddiası nedeniyle eleştirildi ve o sırada aslında ilk atom bölünmesi ya da fisyon deneyini gerçekleştirdiğini bilmiyordu.
Sadece dört yıl sonra 1938’de Romanyalı fizikçi Horia Hulubei ve Fransız kimyager Yvette Cauchois 93 elementini keşfettiklerine dair benzer bir yanlış rapor hazırladılar. Elementi doğal olarak oluşan bir mineral örneğinde bulduklarını iddia ettiler. O dönemde bilim insanları, doğada uranyumdan daha fazla protona sahip elementlerin (transuranyum elementler) bulunmadığına inanarak bunu reddetti.
Element 93, 1940 yılında Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesi’nde mevcut bir element olarak kabul edildi. Profesör Edwin McMillan ve yüksek lisans öğrencisi Philip Abelson, Fermi’ye benzer bir teknik kullandılar, ancak önemli bir farkla: yavaş hareket eden nötronlar kullandılar. McMillan nötronları yavaşlatmak için siklotron adı verilen bir makine kullandı ve daha sonra bunları uranyum-238 hedefine yönlendirdi. Bu kez nötronlar uranyum atomlarını parçalamak yerine onlarla kaynaşarak element 93’ü oluşturdu. Abelson ortaya çıkan örneği analiz etti ve yeni bir izotopun (daha sonra Np-289 olarak adlandırıldı) mevcut olduğunu gösteren olağandışı beta radyasyonu kaydetti. McMillan ve Abelson bu elementi neptünyum olarak adlandırmaya karar verdiler çünkü Neptün güneş sisteminde Uranüs’ten sonraki gezegendir. Bu keşif, laboratuvarda sentezlenen ilk transuranyum elementi oldu ve McMillan’a 1951 yılında Nobel Ödülü kazandırdı.
Neptünyum Kaynakları
Bilim insanları eskiden neptünyumun sadece sentetik olarak üretilebileceğini düşünse de, neptünyumun 25 izotopundan dördünün eser miktarları doğada bulunmuştur. Kaya, toprak ve suda bulunan uranyum, az miktarda Np-237 ila Np-240 izotopları ile sonuçlanan doğal bir nükleer reaksiyona uğrar.
Bununla birlikte, neptünyumun çoğunluğu antropojeniktir; yani nükleer enerji santrallerindeki reaksiyonların bir yan ürünü olarak yaratılır. Bilim insanları kullanılmış nükleer yakıttan büyük miktarlarda neptünyum elde edebilmektedir. Np-237, 2,14 milyon yıllık uzun yarı ömrü nedeniyle, yaratılan en bol neptünyum izotopudur. Neptünyumun diğer izotoplarının çoğu kısa yarı ömre sahiptir ve günler içinde bozunur.
Neptünyumun Özellikleri
Neptünyum periyodik tablonun 5f sırasındaki aktinit serisinin bir üyesidir. Bu sıra (yukarıdaki lantanit sırası ile birlikte) normal boyutlardaki bir sayfaya sığmayacak kadar uzun olduğu için genellikle periyodik tablonun geri kalanından ayrı ve aşağıda gösterilir. 15 aktinit elementin tümü çok büyük atom yarıçapına sahiptir ve radyoaktiftir.
Neptünyum bir gümüş metalidir ve dört farklı oksidasyon durumu ile çok reaktiftir. Diğer elementlerle birleştiğinde farklı renklerde çözeltiler (mor, sarı, yeşil ve pembe) oluşur. Neptünyum kendi başına bile, sıcaklığa bağlı olarak üç farklı allotrop veya fiziksel form olarak ortaya çıkar. Aktinitler arasında en yoğun olanıdır ve bilinen elementler arasında en geniş sıcaklık aralığında sıvı halde kalabilir.
Onu Kullanabilir m![Neptünyum Nedir?]()
iyiz?
Neptünyumun mevcut uygulamaları sınırlıdır. Neptünyum sadece bölünebilir nükleer yakıt olarak düşünülmüştür, fiilen kullanılmamıştır. Bununla birlikte, neptünyum-237, plütonyum-238 oluşturmak için kullanılır ve bu da daha sonra uydulara, uzay araçlarına ve deniz fenerlerine uzun süre güç sağlayabilen özel enerji jeneratörlerinde kullanılır. Neptünyum-237 ayrıca nükleer fizik araştırmalarında yüksek enerjili nötronları tespit eden bir cihazın parçası olarak kullanılır.
Bize Zarar Verebilir mi?
Evinizde radyoaktif neptünyum olabilir! Neptünyum yaygın bir ev eşyasında birikir: iyonize duman dedektörleri. Dumanı algılamak için başka bir aktinit element olan amerikyum-241 radyasyon yayar ve neptünyum-237’ye dönüşür. Ancak endişelenmeye gerek yok: duman dedektörlerindeki radyoaktif madde miktarı ihmal edilebilir düzeyde ve insan sağlığına hiçbir zararı yok. Duman dedektörleri 0,00000001 onstan (0,0000003 gram) daha az amerikyum içeriyor ve bu madde o kadar yavaş bozunuyor ki, zaten az olan bu miktarın her yıl sadece yüzde 0,2’si neptünyuma dönüşüyor.
Bununla birlikte, bilim adamları kullanılmış nükleer yakıtta bulunan neptünyumun uzun süreli depolanması konusunda endişe duymaktadır. Neptünyum toplam radyoaktif atıkların sadece küçük bir yüzdesini oluştursa da, uzun ömürlü olması ve çıkarılmasının zor olması nedeniyle özel bir tehdit oluşturmaktadır. Araştırmacılar, daha az bilinen aktinit elementleri ve bunların en iyi şekilde nasıl kontrol altına alınabileceğini incelemişlerdir. Kullanılmış bir nükleer yakıt çubuğunda bulunan neptünyum milyonlarca yıl dayanabilir.
Kaynakça:
BBC
Yazar: Tuncay Bayraktar