Pierwiastki otrzymane sztucznie

Transmutacja pierwiastków jest pojęciem, które zaprzątało umysły alchemików przez długi czas. I chociaż przemiana metali w złoto nie powiodła się, to poszukiwanie skutecznej metody zaowocowało rozwojem nauki. Pod koniec dziewiętnastego wieku uczeni nie traktowali poważnie dawnych marzeń o transmutacji, ale pojawiła się wraz z odkryciem promieniotwórczości i przemian pierwiastków paradoksalna idea, że transmutacja zachodzi w przyrodzie w sposób naturalny. Co prawda przemiany zachodzące w pierwiastkach radioaktywnych są niezależne od człowieka, a próby ich kontroli w owym czasie były bezowocne. Dopiero w momencie gdy powstały teoretyczne modele opisujące jądro atomowe stało się zrozumiałym zjawisko promieniotwórczości. Liczba atomowa pierwiastka jest podstawowym parametrem charakteryzującym ładunek jądra. Skoro emitowane jest promieniowanie alfa lub beta, ładunek emitującego jądra ulega zmianie, a tym samym jeden pierwiastek ulega przekształceniu w inny. Takie przemiany zachodzą naturze w przypadku pierwiastków promieniotwórczych, natomiast trwałe pierwiastki im nie ulegają. W tym drugim przypadku można dokonać „transmutacji” wywołując zmianę struktury ich jąder atomowych poprzez zmianę ilości protonów lub neutronów.

Pierwszym uczonym który dokonał sztucznego przekształcenia pierwiastka był Rutherford, który w roku 1919 bombardując azot cząstkami alfa przekształcił go w tlen. Przemianę jakiej dokonał można zapisać w formie równania:

Cząstki alfa, czyli jądra helu, przez długi czas były uważana za jedyne, które mogą służyć do przeprowadzania reakcji jądrowych. Energia tych cząstek nie jest zbyt wysoka, i dlatego ich oddziaływanie z jądrami ogranicza się tylko do niewielkiej grupy pierwiastków. Sytuacja zmieniła się w latach trzydziestych dwudziestego wieku (1932 rok), kiedy to angielski naukowiec James Chadwick odkrył neutron, cząstkę elementarną pozbawioną ładunku. Później dowiedział się, że w tym samym czasie analogicznego odkrycia dokonał Niemiec Hans Falkenhagen, który jednak nie opublikował swoich badań. Chadwick chciał podzielić się Nagrodą Nobla z niemieckim uczonym, ten jednak odmówił propozycji Anglika.

Dwa lata później małżeństwo Irène i Jean Frédéric Joliot-Curie odkryli inny rodzaj promieniotwórczości i nową cząstkę elementarną – pozyton. Odkrycie sztucznej promieniotwórczości utorowało drogę do tworzenia nowych izotopów stabilnych pierwiastków. Otrzymywanie sztucznych pierwiastków stało się możliwe dzięki współpracy uczonych zajmujących się fizyką eksperymentalną i chemików. Fizycy konstruowali odpowiednie przyrządy i opracowywali specjalne techniki pomiarowe, a chemicy szukali metod odpowiednich do wydzielania śladowych ilości nowych radioizotopów. W trakcie rozwoju nauki poza cząstkami alfa, protonami i neutronami zaczęto wykorzystywać w procesach otrzymywania sztucznych pierwiastków inne cząsteczki jak deuterony czyli jądra ciężkiego wodoru, a w późniejszym czasie dołączyły jony cięższych pierwiastków boru, węgla, azotu, czy neonu. Dzięki konstrukcji akceleratorów energie nadawane cząsteczkom bombardującym stały się na tyle duże, że otrzymywanie i badanie nowych, sztucznych izotopów stało się możliwe.