Нептуний

Нептуний
← Уран | Плутоний →
93 Pm ↑ Np ↓ (Uqs) Периодическая система элементов 93Np
Внешний вид простого вещества
Шарик из нептуния-237
Свойства атома
Название, символ, номер	Нептуний / Neptunium (Np), 93
Группа, период, блок	3 (устар. 3), 7, f-элемент
Атомная масса (молярная масса)	237,048 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Rn] 5f46d17s2
Радиус атома	130 пм
Химические свойства
Радиус иона	(+4e) 95 (+3e) 110 пм
Электроотрицательность	1,36 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Np←Np4+ −1,30 В Np←Np3+ −1,79 В Np←Np2+ −0,3 В
Степени окисления	+2, +3, +4, +5, +6, +7
Энергия ионизации (первый электрон)	0,0 (0,00) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	20,25 г/см³
Температура плавления	913 K
Температура кипения	4175 K
Мол. теплота плавления	(9,6) кДж/моль
Мол. теплота испарения	336 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	29,62 Дж/(K·моль)
Молярный объём	21,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	Орторомбическая
Параметры решётки	a=6,663 b=4,723 c=4,887
Отношение c/a	-
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) (6,3) Вт/(м·К)
Номер CAS	7439-99-8

93	Нептуний
Np (237)
5f46d17s2

Непту́ний (химический символ — Np, от лат. Neptunium) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 93. Относится к семейству актиноидов. Один из изотопов (нептуний-237) является родоначальником вымершего радиоактивного ряда нептуния. Нептуний является первым трансурановым элементом.

Простое вещество нептуний — радиоактивный очень тяжёлый металл серебристо-белого цвета.

История

До принятия теории расщепления атомного ядра, которая обосновала существование синтезированного позднее реального такого элемента, трижды были сделаны оказавшиеся ошибочными объявления о независимых открытиях элемента 93: «аусоний» (Ausonium) в Италии (Энрико Ферми), «богемий» (Bohemium) в Чехословакии в 1934 и «секваний» (Sequanium) в Румынии, Х. Хулубей в 1939 году.

Нептуний впервые был получен искусственно Э. М. Макмилланом и Ф. Х. Абельсоном в 1940 году при бомбардировке ядра урана нейтронами в циклотроне в Беркли. Первый полученный искусственно трансурановый элемент. Получил название в честь планеты Нептун — последней от Солнца. Реакция синтеза: ²³⁸U(n,γ)²³⁹U(β⁻)²³⁹Np. Название нептуния образовано от названия восьмой в Солнечной системе планеты Нептун. Это название было ранее использовано немецко-российским химиком И. Р. Германом (Hans Rudolph Hermann), который в 1877 году утверждал, что открыл новый химический элемент в минерале танталит; в действительности он принял за новый элемент смесь ниобия и тантала.

Нахождение в природе

Нептуний обнаруживается в следовых количествах в урановых рудах.

Основная масса нептуния, присутствующего в окружающей среде, возникла в результате атмосферных ядерных взрывов, произведённых начиная с первого в мире испытания ядерного оружия в 1945 году до их запрета согласно Московскому договору 1963 года. Количество нептуния, выброшенного в окружающую среду в результате этих взрывов, оценивается в 2500 кг. Ввиду небольшого периода полураспада большинства изотопов, количество выброшенного нептуния уменьшилось к настоящему времени на несколько порядков.

Природные источники нептуния никакого практического значения не имеют. В настоящее время нептуний извлекается из продуктов длительного облучения урана в ядерных реакторах как побочный продукт при извлечении плутония.

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома нептуния: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶5f⁴6d¹7s².

Элементарный нептуний — ковкий, сравнительно мягкий металл с серебристым блеском. Это один из самых тяжёлых металлов: по плотности уступает лишь осмию, иридию, платине и рению.

Металлический нептуний имеет три полиморфные модификации: α-форма с орторомбической кристаллической решёткой (устойчива ниже 280 °C), β-форма с тетрагональной решёткой (стабильна при 280—576 °C) и модификация с кубической гранецентрированной решёткой (при выше 576 °C).

Изотопы

Основная статья: Изотопы нептуния

Нептуний не имеет стабильных изотопов, на Земле он встречается лишь в следовых количествах.

Радиоактивные свойства некоторых изотопов нептуния:

Массовое число	Период полураспада	Тип распада
231	50 минут	α
232	13 минут	электронный захват
233	35 минут	α (1 %), электронный захват (99 %)
234	4,4 дня	α (1 %), электронный захват (99 %)
235	410 дней	β+ (1 %), электронный захват (99 %)
236	5000 лет	α
237	2,20⋅106 лет	α
238	2,1 дня	β−
239	2,33 дня	β−
240	7,3 минут	β−
241	16 минут	β−

Химические свойства

С сухим воздухом взаимодействует медленно, покрываясь тонкой оксидной плёнкой. При высокой температуре на воздухе он быстро окисляется до NpO₂. Пирофорен в мелкодисперсном состоянии.

Является химически активным металлом: растворяется в соляной кислоте, образует оксиды, гидриды, галогениды, при нагревании реагирует с азотом, кремнием, фосфором, другими неметаллами. Образует сплавы с ураном, плутонием и другими металлами. В соединениях имеет степени окисления от +3 до +7. В растворах нептуний образует ионы Np³⁺, Np⁴⁺, NpO₂⁺, NpO₂²⁺ и NpO₅³⁻.

Ионы нептуния склонны к гидролизу, диспропорционированию и комплексообразованию. Окрашивают водные растворы в фиолетово-голубой (Np³⁺), жёлто-зелёный (Np⁴⁺), голубовато-зелёный (NpO₂⁺), розовый (NpO₂²⁺) и зелёный или коричневый цвета (NpO₂³⁺, соответственно в щелочной или кислой среде).

Интересной особенностью катионов нептуноила NpO₂²⁺ является их способность притягиваться друг к другу за счет катион-катионных взаимодействий.

Получение

Нептуний образуется как побочный продукт в любом реакторе, работающем на уране-235. Основной реакцией в них является деление ядер урана-235 нейтронами, однако часть ядер урана-235 захватывает нейтрон без деления, превращаясь в изотоп уран-236. Он в дальнейшем тоже может захватить нейтрон, образуя короткоживущий бета-радиоактивный уран-237, который с периодом 6,7 суток распадается в нептуний-237. Отработанное ядерное топливо типичного водо-водяного реактора содержит примерно 0,5 кг нептуния-237 на тонну.

Другой изотоп, нептуний-239, образуется при захвате нейтрона ураном-238. Сначала при этом образуется изотоп уран-239, который с периодом 23 минуты распадается в нептуний-239. Нептуний-239 имеет период полураспада 2,3 суток, он распадается в плутоний-239.

Нептуний получают восстановлением фторида нептуния(IV) парами бария при 1600 К:

${\mathsf {NpF_{4}+2Ba\ {\xrightarrow {\ }}\ Np+2BaF_{2}}}$

В год в мире производится несколько сот кг нептуния.

Применение

Изотоп нептуний-237 используется при получении плутония-238. Нептуний-239 образуется в ядерных реакторах в результате распада урана-239 и в свою очередь распадается с образованием плутония-239. В дальнейшем продукты реакции используются в ядерных реакциях.

Физиологическое действие

При радиоактивном распаде нептуний испускает высокоэнергетические α-частицы и β-частицы со средней энергией. Физиологическое действие нептуния зависит от его валентного состояния и путей попадания в организм. 60—80 % нептуния откладывается в костях, а радиобиологический период полувыведения нептуния из организма составляет 200 лет. Это приводит к серьёзному радиационному поражению костной ткани. Радиотоксичность нептуния ниже, чем у плутония, ввиду меньшей удельной активности.

Предельно допустимые количества изотопов нептуния в организме: ²³⁷Np — 0,06 мккюри (100 мкг), ²³⁸Np, ²³⁹Np — 25 мккюри (1 нг). Для ²³⁷Np ПДК в воздухе рабочих помещений 2,6⋅10⁻³ Бк/м³.

Ссылки

• Нептуний на Webelements Архивная копия от 23 октября 2004 на Wayback Machine
• Нептуний в Популярной библиотеке химических элементов Архивировано 22 августа 2011 года.

Литература

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3 (Мед-Пол). — 639 с. — ISBN 5-82270-039-8.