Нептунијум

Нептунијум
Општа својства
Име, симбол	нептунијум, Np
Изглед	сребрнасто металичан
У периодном систему
уранијум ← нептунијум → плутонијум	‍
Атомски број (Z)	93
Група, периода	група Н/Д, периода 7
Блок	f-блок
Категорија	актиноид
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)
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 (на 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
ε	235U
β−	236Pu
α	232Pa
	референце • Википодаци

Нептунијум (Np, лат. neptunium) је хемијски елемент из групе актиноида са атомским бројем 93.^[3] Име је добио по планети Нептун.^[4] 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.

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 уреди

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.^[5] Неколико недеља касније Енрико Ферми објавио је три своја рада на исту тему.^[6]^[7]^[8] 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.^[9]

Радиоактивни елемент нептунијум први пут су синтетисали 1940. научници Едвин Матисон Макмилан и Филип Х. Абелсон бомбардовањем језгара уранијума неутронима.^[10]^[11]^[12]

\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.^[13]

\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.^[14] Године 1958. из високообогаћеног уранијума ²³⁵U, такође бомбардовањем деутеронима, добијени су изотопи ²³⁴Np, ²³⁵Np и ²³⁶Np.^[15] Једносатна активност нептунијума, која је раније приписивана изотопу ²⁴¹Np, заправо „припада” изотопу ²⁴⁰Np.^[16]

Особине уреди

Физичке уреди

Метални нептунијум има сребрнаст изглед, хемијски је веома реактиван и постоји у најмање три различите модификације:^[17]

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 уреди

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.^[18]

Изотипи уреди

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^[19] 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 нептунијумове серије, ланца распада који завршава стабилним изотопом талијума ²⁰⁵Tl.

Референце уреди

^ Sanchez, Rene G.; Loaiza, David J.; Kimpland, Robert H.; Hayes, David K.; Cappiello, Charlene C.; Myers, William L.; Jaegers, Peter J.; Clement, Steven D.; Butterfield, Kenneth B. „Criticality of a ²³⁷Np Sphere” (PDF). Japanese Atomic Energy Agency. Архивирано из оригинала (PDF) 06. 01. 2013. г. Приступљено 2014-08-06.
^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Архивирано на сајту Wayback Machine (28. март 2014), in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
^ Noddack, Ida (1934). „Das Periodische System der Elemente und seine Lücken”. Angewandte Chemie. 47 (20): 301—305. doi:10.1002/ange.19340472002.
^ E. Fermi (1934). „Radioactivity Induced by Neutron Bombardment”. Nature. 133: 757—757. doi:10.1038/133757a0.
^ E. Fermi (1934). „Element No. 93”. Nature. 133: 863—864. doi:10.1038/133863e0.
^ E. Fermi (1934). „Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92”. Nature. 133: 898—899. doi:10.1038/133898a0.
^ Noddack, Ida (1934). „Über das Element 93”. Angewandte Chemie. 47 (37): 653—655. doi:10.1002/ange.19340473707.
^ E. McMillan; P. H. Abelson (1940). „Radioactive Element 93”. Physical Review. 57: 1185—1186. doi:10.1103/PhysRev.57.1185.2.
^ A. B. Garrett (1947). „The Chemistry of Elements 93, 94, 95 and 96 (Neptunium, Plutonium, Americium and Curium)” (pdf). The Ohio Journal of Science. XLVII (3): 103—106.
^ „Rundschau”. Angewandte Chemie. 59: 61—63. 1947. doi:10.1002/ange.19470590206.
^ K. Wirtz (1946). „Die neuen Elemente Neptunium, Plutonium, Americium und Curium” (PDF). Zeitschrift für Naturforschung. 1: 543—544.
^ L. B. Magnusson; S. G. Thompson; G. T. Seaborg (1950). „New Isotopes of Neptunium”. Physical Review. 78 (4): 363—372. doi:10.1103/PhysRev.78.363.
^ J. E. Gindler; J. R. Huizenga; D. W. Engelkemeir (1958). „Neptunium Isotopes: 234, 235, 236”. Physical Review. 109 (4): 1263—1267. doi:10.1103/PhysRev.109.1263.
^ Richard M. Lessler; Maynard C. Michel (1960). „Isotopes Np²⁴⁰ and Np²⁴¹”. Physical Review. 118 (1): 263—264. doi:10.1103/PhysRev.118.263.
^ Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. стр. 413—419. ISBN 3-7776-0736-3.
^ Arnold F. Holleman; Nils Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 изд.). Berlin: de Gruyter. стр. 2149. ISBN 978-3-11-017770-1.
^ G. Audi; O. Bersillon; J. Blachot; A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics A. 729: 3—128. Архивирано из оригинала (pdf) 20. 7. 2011. г. Приступљено 5. 1. 2016.

Литература уреди

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..

Спољашње везе уреди

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

[criticality-1] Sanchez, Rene G.; Loaiza, David J.; Kimpland, Robert H.; Hayes, David K.; Cappiello, Charlene C.; Myers, William L.; Jaegers, Peter J.; Clement, Steven D.; Butterfield, Kenneth B. „Criticality of a ²³⁷Np Sphere” (PDF). Japanese Atomic Energy Agency. Архивирано из оригинала (PDF) 06. 01. 2013. г. Приступљено 2014-08-06.

[2] Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Архивирано на сајту Wayback Machine (28. март 2014), in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.

[ParkesNeorganskaHemija-3] Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.

[Housecroft3rd-4] Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.

[Noddack-5] Noddack, Ida (1934). „Das Periodische System der Elemente und seine Lücken”. Angewandte Chemie. 47 (20): 301—305. doi:10.1002/ange.19340472002.

[fermineutr-6] E. Fermi (1934). „Radioactivity Induced by Neutron Bombardment”. Nature. 133: 757—757. doi:10.1038/133757a0.

[fermie-7] E. Fermi (1934). „Element No. 93”. Nature. 133: 863—864. doi:10.1038/133863e0.

[fermipos-8] E. Fermi (1934). „Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92”. Nature. 133: 898—899. doi:10.1038/133898a0.

[ida2-9] Noddack, Ida (1934). „Über das Element 93”. Angewandte Chemie. 47 (37): 653—655. doi:10.1002/ange.19340473707.

[EL93-10] E. McMillan; P. H. Abelson (1940). „Radioactive Element 93”. Physical Review. 57: 1185—1186. doi:10.1103/PhysRev.57.1185.2.

[garrettab-11] A. B. Garrett (1947). „The Chemistry of Elements 93, 94, 95 and 96 (Neptunium, Plutonium, Americium and Curium)” (pdf). The Ohio Journal of Science. XLVII (3): 103—106.

[angewa-12] „Rundschau”. Angewandte Chemie. 59: 61—63. 1947. doi:10.1002/ange.19470590206.

[kwirc-13] K. Wirtz (1946). „Die neuen Elemente Neptunium, Plutonium, Americium und Curium” (PDF). Zeitschrift für Naturforschung. 1: 543—544.

[Magnusson-14] L. B. Magnusson; S. G. Thompson; G. T. Seaborg (1950). „New Isotopes of Neptunium”. Physical Review. 78 (4): 363—372. doi:10.1103/PhysRev.78.363.

[Gindler-15] J. E. Gindler; J. R. Huizenga; D. W. Engelkemeir (1958). „Neptunium Isotopes: 234, 235, 236”. Physical Review. 109 (4): 1263—1267. doi:10.1103/PhysRev.109.1263.

[Lessler-16] Richard M. Lessler; Maynard C. Michel (1960). „Isotopes Np²⁴⁰ and Np²⁴¹”. Physical Review. 118 (1): 263—264. doi:10.1103/PhysRev.118.263.

[harry-17] Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. стр. 413—419. ISBN 3-7776-0736-3.

[Holleman-18] Arnold F. Holleman; Nils Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 изд.). Berlin: de Gruyter. стр. 2149. ISBN 978-3-11-017770-1.

[nubase-19] G. Audi; O. Bersillon; J. Blachot; A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics A. 729: 3—128. Архивирано из оригинала (pdf) 20. 7. 2011. г. Приступљено 5. 1. 2016.

[3]

[4]

[1]

[2]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]