Neptunijum

Neptunijum (Np, lat. neptunium) je hemijski element iz grupe aktinoida sa atomskim brojem 93. Ime je dobio po planeti Neptun. Neptun je radioaktivan element srebrne boje, nije zastuljen u prirodi. Reaguje sa kiseonikom, vodenom parom i kiselinama. Sa bazama ne reaguje. Neptunijum je otkriven 1940. godine u SAD, ali je to otkriće objavljeno tek 6 godina kasnije.

Neptunijum

Opšta svojstva
Ime, simbol	neptunijum, Np
Izgled	srebrnasto metaličan
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson Pm ↑ Np ↓ (Uqs) uranijum ← neptunijum → plutonijum ‍
Atomski broj (Z)	93
Grupa, perioda	grupa N/D, perioda 7
Blok	f-blok
Kategorija	aktinoid
Rel. at. masa (Ar)	237,0481736(19)
Maseni broj	237 (najstabilniji izotop)
El. konfiguracija
po ljuskama	2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja	912±3 K ​(639±3 °‍C, ​1182±5 °F)
Tačka ključanja	4447 K ​(4174 °‍C, ​7545 °F) (ekstrapolirano)
Gustina pri s.t.	alfa: 20,45 g/cm3 prihvaćena standardna vrednost: 19,38 g/cm3
Toplota fuzije	5,19 kJ/mol
Toplota isparavanja	336 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet	29,46 J/(mol·K)
Napon pare P (Pa) 100 101 102 na T (K) 2194 2437 P (Pa) 103 104 105 na T (K)
Atomska svojstva
Elektronegativnost	1,36
Energije jonizacije	1: 604,5 kJ/mol
Atomski radijus	155 pm
Kovalentni radijus	190±1 pm
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura	​ortorombična
Topl. vodljivost	6,3 W/(m·K)
Električna otpornost	1,220 µΩ·m (na 22 °C)
Magnetni raspored	paramagnetičan
CAS broj	7439-99-8
Istorija
Imenovanje	po planeti Neptun, koja je nazvana po rimskom bogu mora Neptunu
Otkriće	Edvin Matison Makmilan i Filip H. Abelson (1940)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR 235Np syn 396,1 d α 231Pa ε 235U 236Np syn 1,54×105 y ε 236U β− 236Pu α 232Pa 237Np tragovi 2,144×106 y α 233Pa 239Np tragovi 2,356 d β− 239Pu

U periodnom sistemu elemenata nalazi se u grupi aktinoida (f-blok 7. periode). Neptunijum je prvi među takozvanim tranuranijskim elementima, koji se, osim tragova neptunijuma i plutonijuma, na Zemlji više ne nalaze u prirodi. Neptunijum je otrovni i radioaktivni teški metal. Ime je dobio po planeti Neptun, jer ta planeta u Sunčevom sistemu sledi nakon Urana. Analogno planetama, neptunijum takođe slijedi uranijum u periodnom sistemu, a nakon njega sledi plutonijum, najteži element koji se može naći u prirodi, sa atomskim brojem 94.

Istorija

Mendeljejev periodični sistem iz 1871. sa praznikom za neptunijum u donjoj ivici, nakon uranijuma (U = 240)

U maju 1934. nemačka fizičarka i hemičarka Ida Nodak objavila je zapažanja o tadašnjim prazninama u periodnom sistemu elemenata te je na kraju svog rada postavila teoriju o mogućnosti postojanja transuranskih elemenata. Nekoliko nedelja kasnije Enriko Fermi objavio je tri svoja rada na istu temu. Nodak se u septembru 1934. u nizu diskusija razišla sa Fermijem po pitanju navodnog otkrića elementa 93. U svojim izlaganjima, ona je između ostalog predvidela njegovo otkriće pomoću cepanja atomskih jezgara indukovanih neutronima. „Bilo bi zamislivo da bi se bombardovanjem teških jezgara neutronima, ona raspala u nekoliko većih „komada”, koji bi možda bili izotopi već poznatih elemenata, ali ne i susedi (u PSE) ozračenih elemenata”, izjavila je Nodak.

Radioaktivni element neptunijum prvi put su sintetisali 1940. naučnici Edvin Matison Makmilan i Filip H. Abelson bombardovanjem jezgara uranijuma neutronima.

$\mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2,355\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu}$

Navedena vremena odnose se na vremena poluraspada.

Artur Č. Vol i Glen T. Siborg otkrili su 1942. izotop neptunijuma ²³⁷Np. On je nastao iz izotopa uranijuma ²³⁷U, koji emituje β-zrake sa vremenom poluraspada od sedam dana, ili (n, 2n) procesom iz izotopa ²³⁸U. Izotop ²³⁷Np emituje alfa-zrake a ima vreme poluraspada od oko 2.144.000 godina.

$\mathrm {^{238}_{\ 92}U\ {\xrightarrow[{}]{(n,\ 2n)}}\ _{\ 92}^{237}U\ {\xrightarrow[{7\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{237}Np\ {\xrightarrow[{2,144\ x\ 10^{6}\ a}]{\alpha }}\ _{\ 91}^{233}Pa}$

Godine 1950. iz izotopa uranijuma ²³³U, ²³⁵U i ²³⁸U putem bombardovanja deuteronima dobijeni su izotopi neptunijuma ²³¹Np, ²³²Np i ²³³Np. Godine 1958. iz visokoobogaćenog uranijuma ²³⁵U, takođe bombardovanjem deuteronima, dobijeni su izotopi ²³⁴Np, ²³⁵Np i ²³⁶Np. Jednosatna aktivnost neptunijuma, koja je ranije pripisivana izotopu ²⁴¹Np, zapravo „pripada” izotopu ²⁴⁰Np.

Osobine

Fizičke

Metalni neptunijum ima srebrnast izgled, hemijski je veoma reaktivan i postoji u najmanje tri različite modifikacije:

Modifikacije pri atmosferskom pritisku

Oznaka faze	stabilni temperaturni raspon	gustina (pri temperaturi)	kristalni sistem
α-Np		20,25 g/cm³ (20 °C)	ortorompski
β-Np	iznad 280 °C	19,36 g/cm³ (313 °C)	tetragonalni
γ-Np	iznad 577 °C	18,0 g/cm³ (600 °C)	kubni

Smatra se da je neptunijum jedan od najgušćih hemijskih elemenata. Pored renijuma, osmijuma, iridijuma i platine, on je jedan od malobrojnih elemenata sa gustinom iznad 20 g/cm³.

Hemijske

Neptunijum gradi celi niz jedinjenja u kojima se može nalaziti u oksidacionim stanjima od +3 do +7. Tako neptunijum zajedno s plutonijumom poseduje najviše moguće oksidacono stanje među svim aktinoidima. U vodenim rastvorima joni neptunijuma imaju vrlo karakterističnu boju. Na primer jon Np³⁺ je ljubičast, dok je Np⁴⁺ žuto-zelen, a Np^VO₂⁺ zelen. Osim njih, jon Np^VIO₂²⁺ je ružičasto-crven dok je Np^VIIO₂³⁺ tamnozelen.

Izotipi

Ukupno je poznato 20 izotopa neptunijuma te pet nuklearnih izomera. Najduže „živući” izotopi su ²³⁷Np sa vremenom poluraspada od 2,144 miliona godina, ²³⁶Np sa 154 hiljade godina i ²³⁵Np sa 396,1 dana. Ostali izotopi i nuklearni izomeri imaju vremena poluraspada između 45 nanosekundi (^237m1Np) i 4,4 dana (²³⁴Np).

• ²³⁵Np se raspada sa vremenom poluraspada od 396,1 dana, tako što se 99,9974% raspadne putem elektronskog zahvata na uranijum ²³⁵U a 0,0026% putem alfa-raspada na protaktinijum ²³¹Pa, koji se nalazi jedan korak iza ²³⁵U u takozvanoj uranijum-aktinijum seriji.
• ²³⁶Np se raspada sa vremenom poluraspada od 154.000 godina, tako što se 87,3% raspadne putem elektronskog zahvata na uranijum ²³⁶U, 12,5% se raspada putem beta-raspada na plutonijum ²³⁶Pu a 0,16% putem alfa-raspada na protaktinijum ²³²Pa. Uranijum ²³⁶U nalazi se u torijumovoj seriji (lancu) raspada te se sa vremenom poluraspada od 23,42 miliona godina raspada do svog „zvaničnog” početnog nuklida ²³²Th. Izotop ²³⁶Pu se raspada uz vreme poluraspada od 2,858 godine putem alfa-raspada na „međuproizvod” ²³²U, koji se uz vreme poluraspada od 68,9 godina opet raspada do ²²⁸Th, izotop na glavnoj grani raspadnog lanca.
• ²³⁷Np raspada se sa vremenom poluraspada od 2,144 miliona godina putem alfa-raspada na protaktinijum ²³³Pa. ²³⁷Np je tako i glavno polazište neptunijumove serije, lanca raspada koji završava stabilnim izotopom talijuma ²⁰⁵Tl.

Литература

• Atwood, David A. (2013). Radionuclides in the Environment. John Wiley and Sons. ISBN 9781118632697. 
• Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. New York: Oxford University Press, USA. ISBN 978-0-199-60563-7. 
• Hoffman, Klaus (2001). Otto Hahn: Achievement and Responsibility. Springer. Bibcode:2002ohar.book.....H. ISBN 978-0-387-95057-0. 
• Lemire, Robert J. (2001). Chemical Thermodynamics of Neptunium and Plutonium. Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-444-50379-4. 
• Rhodes, Richard (2012). The Making of the Atomic Bomb (25th Anniversary изд.). New York: Simon & Schuster. ISBN 978-1-451-67761-4. 
• Yoshida, Zenko; Johnson, Stephen G.; Kimura, Takaumi; Krsul, John R. (2006). „Neptunium”. Ур.: Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (PDF). 3 (3rd изд.). Dordrecht, the Netherlands: Springer. стр. 699—812. ISBN 978-1-4020-3555-5. doi:10.1007/1-4020-3598-5_6. Архивирано из оригинала (PDF) 17. 1. 2018. г. 
• Guide to the Elements – Revised Edition, Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998) ISBN 0-19-508083-1
• Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer-Verlag, Dordrecht . 2006. ISBN 1-4020-3555-1..
• Noddack, Ida (1934). „Über das Element 93”. Zeitschrift für Angewandte Chemie. 47 (37): 653—655. doi:10.1002/ange.19340473707. 
• Eric Scerri, A Very Short Introduction to the Periodic Table, Oxford University Press, Oxford. 2011. ISBN 978-0-19-958249-5..

Spoljašnje veze

• Neptunium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• Lab builds world's first neptunium sphere Архивирано на сајту Wayback Machine (25. септембар 2006), U.S. Department of Energy Research News
• NLM Hazardous Substances Databank – Neptunium, Radioactive
• Neptunium: Human Health Fact Sheet Архивирано на сајту Wayback Machine (19. децембар 2008)
• C&EN: It's Elemental: The Periodic Table – Neptunium