Нептунијум

Нептунијум (Np, лат. neptunium) је хемијски елемент из групе актиноида са атомским бројем 93. Име је добио по планети Нептун. Нептун је радиоактиван елемент сребрне боје, није застуљен у природи. Реагује са кисеоником, воденом паром и киселинама. Са базама не реагује. Нептунијум је откривен 1940. године у САД, али је то откриће објављено тек 6 година касније.

Нептунијум

Општа својства
Име, симбол	нептунијум, Np
Изглед	сребрнасто металичан
У периодном систему
Водоник Хелијум Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон Pm ↑ Np ↓ (Uqs) уранијум ← нептунијум → плутонијум ‍
Атомски број (Z)	93
Група, периода	група Н/Д, периода 7
Блок	f-блок
Масени број	237 (најстабилнији изотоп)
Ел. конфигурација
по љускама	2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
Физичка својства
Тачка топљења	912±3 K ​(639±3 °‍C, ​1182±5 °F)
Тачка кључања	4447 K ​(4174 °‍C, ​7545 °F) (екстраполирано)
Густина при с.т.	алфа: 20.45 g/cm3 прихваћена стандардна вредност: 19.38 g/cm3
Топлота фузије	5,19 kJ/mol
Топлота испаравања	336 kJ/mol
Мол. топл. капацитет	29,46 J/(mol·K)
Напон паре P (Pa) 100 101 102 на T (K) 2194 2437 P (Pa) 103 104 105 на T (K)
Атомска својства
Електронегативност	1,36
Енергије јонизације	1: 604,5 kJ/mol
Атомски радијус	155 pm
Ковалентни радијус	190±1 pm
Спектралне линије
Остало
Кристална структура	​орторомбична
Топл. водљивост	6,3 W/(m·K)
Електрична отпорност	1,220 µΩ·m (at 22°C)
Магнетни распоред	парамагнетичан
CAS број	7439-99-8
Историја
Именовање	по планети Нептун, која је названа по римском богу мора Нептуну
Откриће	Едвин Матисон Макмилан и Филип Х. Абелсон (1940)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР 235Np syn 396,1 d α 231Pa ε 235U 236Np syn 1,54×105 y ε 236U β− 236Pu α 232Pa 237Np трагови 2,144×106 y α 233Pa 239Np трагови 2,356 d β− 239Pu

У периодном систему елемената налази се у групи актиноида (f-блок 7. периоде). Нептунијум је први међу такозваним трануранијским елементима, који се, осим трагова нептунијума и плутонијума, на Земљи више не налазе у природи. Нептунијум је отровни и радиоактивни тешки метал. Име је добио по планети Нептун, јер та планета у Сунчевом систему следи након Урана. Аналогно планетама, нептунијум такође слиједи уранијум у периодном систему, а након њега следи плутонијум, најтежи елемент који се може наћи у природи, са атомским бројем 94.

Историја

Мендељејев периодични систем из 1871. са празником за нептунијум у доњој ивици, након уранијума (U = 240)

У мају 1934. немачка физичарка и хемичарка Ида Нодак објавила је запажања о тадашњим празнинама у периодном систему елемената те је на крају свог рада поставила теорију о могућности постојања трансуранских елемената. Неколико недења касније Енрико Ферми објавио је три своја рада на исту тему. Нодак се у септембру 1934. у низу дискусија разишла са Фермијем по питању наводног открића елемента 93. У својим излагањима, она је између осталог предвидела његово откриће помоћу цепања атомских језгара индукованих неутронима. „Било би замисливо да би се бомбардовањем тешких језгара неутронима, она распала у неколико већих „комада”, који би можда били изотопи већ познатих елемената, али не и суседи (у ПСЕ) озрачених елемената”, изјавила је Нодак.

Радиоактивни елемент нептунијум први пут су синтетисали 1940. научници Едвин Матисон Макмилан и Филип Х. Абелсон бомбардовањем језгара уранијума неутронима.

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

Наведена времена односе се на времена полураспада.

Артур Ч. Вол и Глен Т. Сиборг открили су 1942. изотоп нептунијума ²³⁷Np. Он је настао из изотопа уранијума ²³⁷U, који емитује β-зраке са временом полураспада од седам дана, или (n, 2n) процесом из изотопа ²³⁸U. Изотоп ²³⁷Np емитује алфа-зраке а има време полураспада од око 2.144.000 година.

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

Године 1950. из изотопа уранијума ²³³U, ²³⁵U и ²³⁸U путем бомбардовања деутеронима добијени су изотопи нептунијума ²³¹Np, ²³²Np и ²³³Np. Године 1958. из високообогаћеног уранијума ²³⁵U, такође бомбардовањем деутеронима, добијени су изотопи ²³⁴Np, ²³⁵Np и ²³⁶Np. Једносатна активност нептунијума, која је раније приписивана изотопу ²⁴¹Np, заправо „припада” изотопу ²⁴⁰Np.

Особине

Физичке

Метални нептунијум има сребренаст изглед, хемијски је веома реактиван и постоји у најмање три различите модификације:

Модификације при атмосферском притиску

Ознака фазе	стабилни температурни распон	густина (при температури)	кристални систем
α-Np		20,25 g/cm3 (20°C)	орторомпски
β-Np	изнад 280°C	19,36 g/cm3 (313°C)	тетрагонални
γ-Np	изнад 577°C	18,0 g/cm3 (600°C)	кубни

Сматра се да је нептунијум један од најгушћих хемијских елемената. Поред ренијума, осмијума, иридијума и платине, он је један од малобројних елемената са густином изнад 20 g/cm³.

Хемијске

Нептунијум гради цели низ једињења у којима се може налазити у оксидационим стањима од +3 до +7. Тако нептунијум заједно с плутонијумом поседује највише могуће оксидацоно стање међу свим актиноидима. У воденим растворима јони нептунијума имају врло карактеристичну боју. На пример јон Np³⁺ је љубичаст, док је Np⁴⁺ жуто-зелен, а Np^VO₂⁺ зелен. Осим њих, јон Np^VIO₂²⁺ је ружичасто-црвен док је Np^VIIO₂³⁺ тамнозелен.

Изотипи

Укупно је познато 20 изотопа нептунијума те пет нуклеарних изомера. Најдуже „живући” изотопи су ²³⁷Np са временом полураспада од 2,144 милиона година, ²³⁶Np са 154 хиљаде година и ²³⁵Np sa 396,1 дана. Остали изотопи и нуклеарни изомери имају времена полураспада између 45 наносекунди (^237m1Np) и 4,4 дана (²³⁴Np).

• ²³⁵Np се распада са временом полураспада од 396,1 дана, тако што се 99,9974% распадне путем електронског захвата на уранијум ²³⁵U а 0,0026% путем алфа-распада на протактинијум ²³¹Pa, који се налази један корак иза ²³⁵U у такозваној уранијум-актинијум серији.
• ²³⁶Np се распада са временом полураспада од 154.000 година, тако што се 87,3% распадне путем електронског захвата на уранијум ²³⁶U, 12,5% се распада путем бета-распада на плутонијум ²³⁶Pu а 0,16% путем алфа-распада на протактинијум ²³²Pa. Уранијум ²³⁶U налази се у торијумовој серији (ланцу) распада те се са временом полураспада од 23,42 милиона година распада до свог „званичног” почетног нуклида ²³²Th. Изотоп ²³⁶Pu се распада уз време полураспада од 2,858 године путем алфа-распада на „међупроизвод” ²³²U, који се уз време полураспада од 68,9 година опет распада до ²²⁸Th, изотоп на главној грани распадног ланца.
• ²³⁷Np распада се са временом полураспада од 2,144 милиона година путем алфа-распада на протактинијум ²³³Pa. ²³⁷Np је тако и главно полазиште нептунијумеве серије, ланца распада који завршава стабилним изотопом талијума 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) на датум 17. 1. 2018. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• 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.
• Ida Noddack (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.

Спољашње везе

• 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
• C&EN: It's Elemental: The Periodic Table – Neptunium