93. Neptunio

 

Comenzamos una nueva etapa en la Tabla Periódica: Entramos de lleno en el maravilloso mundo de los elementos artificiales. Y vamos a empezar con un elemento bastante desconocido: el neptunio. De neptunio sí hay unos pocos elementos por ahí, que se crean de manera natural, pero esa cantidad es despreciable y su descubrimiento se hizo en un laboratorio. De todas formas, seguimos con los actínidos: Siguen siendo metales, radiactivos, raros y con una disposición un tanto especial de sus electrones (Nada que no sepas si has ido leyendo las anteriores entradas de este blog). 

Vamos a estudiar, por lo tanto, al elemento número 93 de la Tabla. Ya sabes: 93 protones, 93 electrones (2, 8, 18, 32, 22, 9, 2) y normalmente 144 neutrones (Np237). Este elemento se obtuvo, aunque no por primera vez (luego lo explico) en 1940. El mérito del descubrimiento se lo llevaron dos americanos: Edwin Mattison McMillan y Phillip Hauge Abelson. Edwin ganó el premio Nobel de química de 1951, compartido con Seaborg, por el descubrimiento de elementos transuránicos (Lo veremos mejor en el elemento 94). Edwin trabajó en el Proyecto Manhattan y mejoró el ciclotrón, trabajo que llevó a cabo junto con otro premio Nobel: Ernest Lawrence (el verdadero inventor del ciclotrón) (Ya hablé de él en la entrada del tecnecio). El ciclotrón es un acelerador de partículas, pero de tamaño reducido, gracias a un electroimán. Hablaremos más de Lawrence cuando lleguemos al elemento que lleva su nombre: el número 103, lawrencio o laurencio. 

Edwin McMillan, Emilio Segré y Glenn Seaborg en 1959. 

El otro descubridor del neptunio, Phillip H. Abelson, no llegó a ganar un Nobel, pero su trabajo fue fundamental para el Proyecto Manhattan y después fue uno de los más importantes científicos (si no el que más) en el desarrollo de reactores nucleares para submarinos y barcos. El USS Nautilus fue el primer submarino nuclear del mundo. Fue botado en 1954 y en 1958 se convirtió en el primero en cruzar el Polo Norte por debajo. Abelson fue un gran divulgador y escribió bastantes artículos para la revista Science. En algunos de ellos, en los años 70, ya alarmaba sobre el Cambio Climático y la enorme cantidad de CO2 que estamos emitiendo a la atmósfera. 

Pero volvamos al neptunio. Su descubrimiento fue posible gracias, en parte, a los avances del legado de los Curie. Su hija, Irene Joliot-Curie, junto con su marido, Frèderic, son considerados los inventores de la radioactividad inducida, o lo que es lo mismo, hacer radiactivos a átomos que antes no lo eran. Ganaron el Premio Nobel de química en 1935 por ello. El caso es que este descubrimiento inspiró a otros científicos. Uno de los más importantes, Enrico Fermi, experimentó mucho bombardeando diferentes elementos con neutrones (que, al no tener carga, podían llegar hasta el núcleo de los átomos e interaccionar con él). Los Curie habían usado partículas Alfa como proyectiles, pero lo de Enrico Fermi funcionaba mejor y empezaron a lanzar neutrones contra todo lo que se movía. Uno de esos objetivos fueron átomos de uranio. Descubrieron que los elementos pesados, tras recibir neutrones, emitían partículas alfa, protones y/o rayos Gamma. Esto era difícil de entender y pasaron años investigando. 

Resulta que un neutrón puede convertirse en un protón (emitiendo un electrón) con lo que el elemento aumenta en una unidad su número atómico. Fermi publicó su descubrimiento en 1934 en un paper titulado “Posible producción de elementos de número atómico mayores de 92” y al nuevo elemento 93 lo llamo ausonio. Pero resultó estar equivocado, como más tarde, en 1939, demostrarían unos alemanes (Ida Noddack, entre ellos, al descubrir la fisión del uranio) a pesar de que Fermi había recibido ya el Premio Nobel de 1938. Lo peor es que también había pasado por alto que al bombardear átomos de uranio con neutrones, había provocado algunas fisiones, lo cual era un descubrimiento mucho más importante. Ellos veían ahí unas reacciones nucleares desconocidas y creyeron que eran debidas al nuevo elemento sin pensar en que en realidad estaban fisionando átomos. (Hay que decir que a los americanos Lawrence y Seaborg también se les había pasado por alto). Otro que pudo haber descubierto el elemento número 93 fue Segré (Trabajó con McMillan, de hecho). El problema es que cuando bombardeaban el uranio con neutrones y analizaban la muestra, lo que buscaban era metales de transición, y químicamente, los actínidos actúan como tierras raras. Segré escribió un artículo con el título: “Búsqueda sin éxito de elementos transuránicos”. McMillan estudió los resultados de Segré y vio que algo no tenía sentido. Repitió los experimentos, ahora junto a Abelson y analizaron más concienzudamente las muestras obtenidas. Evidentemente, ahí había un elemento primo hermano de las tierras raras, que tenía que ser el número 93 (El que crearon fue el Np239). El primer elemento transuránico de la lista: El neptunio. Nombrado así en honor al planeta Neptuno, como sucesión lógica tras el uranio.  

Antes de su descubrimiento, por cierto, hubo varios científicos que dijeron haber observado neptunio en la naturaleza, todos ellos en unas muestras de plecblenda. El primero fue un checo, Odolen Koblic, en 1934, quien llamó a su elemento bohemio. Resultó ser una mezcla de vanadio y wolframio. 4 años después, el rumano Horia Hulubei (hablé de él por algo similar en la entrada del francio) y su compañera Yvetthe Cauchois creyeron haber visto unas líneas espectroscópicas de este nuevo elemento. No se les hizo caso, porque poco después de su descubrimiento se dijo que el neptunio no podía existir en la naturaleza. Ahora sabemos que eso no es cierto y, quién sabe, quizás sí las descubrieron. De haber sido así, el neptunio lo deberíamos llamar Sequanium (quizás en español Senario o Senio), en honor al río Sena, que pasa por París, donde estos dos científicos trabajaban en ese momento. Otro intento fallido de encontrar el elemento 93 fue protegonizado por dos japoneses en 1940: Yoshio Nishina y Kenjiro Kimuna, quienes lo intentaron bombardeando uranio 238 con neutrones. Estuvieron muy cerca de conseguirlo, pues consiguieron átomos de Np237, pero su vida media es de 2´1 millones de años y sus instrumentos no fueron capaces de confirmarlo.  

Efectivamente, encontramos neptunio en la naturaleza, aunque, en su mayor parte, se debe a las pruebas con bombas nucleares que tuvieron lugar entre las décadas de los 40 y 50 hasta 1963, cuando se firmó el acuerdo para la prohibición de este tipo de pruebas. La cantidad, de todas formas, fue muy pequeña, pero es que en la naturaleza su número es aún menor.  

Por eso, hoy en día, el neptunio se obtiene como subproducto en la fabricación plutonio, a partir del combustible de reactores nucleares. Como sabrás, si te leíste la entrada del uranio, el combustible que se fisiona en las centrales es U235. Cuando éste captura un neutrón, pasa a ser U236, que normalmente fisiona. Algunos átomos de U236 no lo hacen, y emiten radiación gamma. Luego capturan otro neutrón y pasan a ser U237, que decae en Np237. El Np237, al tener una vida media muy larga, puede utilizarse fácilmente.

Por cierto, los primeros en conseguir una cierta cantidad de neptunio fueron Glenn Seaborg y Arthur Wahl en 1942. Con esas primeras muestras pudieron realizar experimentos y analizar sus propiedades.  

Hoy en día, el neptunio obtenido se utiliza principalmente en laboratorios, para investigación. En ocasiones se utiliza para obtener más plutonio, que ya estudiaremos. Y poco más, la verdad. Éstos elementos radiactivos, raros y peligrosos no pueden tener muchas otras aplicaciones... al menos de momento. 

Neptunio, en sus diferentes estados de oxidación.