Neptunium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Np und Atomnummer 93. Ein radioaktives Metall, Neptunium ist das erste transuranic Element und gehört der actinide Reihe. Sein stabilstes Isotop, Np, ist ein Nebenprodukt von Kernreaktoren und Plutonium-Produktion, und sie kann als ein Bestandteil in der Neutronentdeckungsausrüstung verwendet werden. Neptunium wird auch in Spur-Beträgen in Uran-Erzen wegen Umwandlungsreaktionen gefunden.

Geschichte

Das Periodensystem von Dmitri Mendeleev veröffentlicht hat sich in den 1870er Jahren "—" im Platz nach Uran gezeigt, das mehreren anderen Plätzen für an diesem Punkt unentdeckte Elemente ähnlich ist. Auch eine Veröffentlichung der bekannten radioaktiven Isotope durch Kasimir Fajans zeigt den leeren Platz nach Uran.

Mindestens dreimal wurden Entdeckungen des Elements 93, als bohemium und ausonium 1934 und dann sequanium 1939 falsch berichtet. Das Namenneptunium ist vorher für andere Elemente betrachtet worden.

Die Suche nach Element 93 in Mineralen wurde durch die Tatsache belastet, dass die Vorhersagen auf den chemischen Eigenschaften des Elements 93 auf einem Periodensystem basiert haben, das an der actinides Reihe Mangel gehabt hat und deshalb Thorium unter dem Hafnium, Protactinium unter dem Tantal und Uran unter dem Wolfram gelegt hat. Dieses Periodensystem hat darauf hingewiesen, dass Element 93, an diesem Punkt häufig genannt Eka-Rhenium, Mangan oder Rhenium ähnlich sein sollte. Mit dieser falschen Auffassung war es unmöglich, Element 93 von Mineralen zu isolieren, obwohl späteres Neptunium in Uran-Erz 1952 gefunden wurde.

Enrico Fermi hat geglaubt, dass das Bombardieren von Uran mit Neutronen und nachfolgendem Beta-Zerfall zur Bildung des Elements 93 führen würde. Die chemische Trennung der neuen gebildeten Elemente vom Uran hat Material mit der niedrigen Halbwertzeit nachgegeben, und deshalb hat Fermi die Entdeckung eines neuen Elements 1934 bekannt gegeben, obwohl, wie man bald fand, das falsch war. Bald wurde es nachgesonnen und später bewiesenes, dass der grösste Teil des Materials durch die Atomspaltung von Uran durch Neutronen geschaffen wird. Kleine Mengen des Neptuniums mussten in den Experimenten von Otto Hahn gegen Ende der 1930er Jahre infolge des Zerfalls von U. Hahn und seinen Kollegen experimentell bestätigte Produktion und chemische Eigenschaften von U erzeugt werden, aber waren beim Isolieren und Ermitteln des Neptuniums erfolglos.

Neptunium (genannt für den Planeten Neptun, der folgende Planet aus Uranus, nach dem Uran genannt wurde) wurde von Edwin McMillan und Philip H. Abelson 1940 am Strahlenlaboratorium von Berkeley der Universität Kaliforniens, Berkeleys entdeckt. Die Mannschaft hat das Neptunium-Isotop Np (die Halbwertzeit von 2.4 Tag) erzeugt, indem sie Uran mit langsamen bewegenden Neutronen bombardiert hat. Es war das erste transuranium Element erzeugt synthetisch und die erste actinide Reihe transuranium entdecktes Element.

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Ereignis

Spur-Beträge des Neptuniums werden natürlich als Zerfall-Produkte von Umwandlungsreaktionen in Uran-Erzen gefunden. Künstlicher Np wird durch die Verminderung von NpF mit Barium oder Lithiumdampf um 1200 °C erzeugt und wird meistenteils aus verausgabten Kernbrennstoff-Stangen als ein Nebenprodukt in der Plutonium-Produktion herausgezogen.

:2 + 3 Ba  2 Np + 3

Durch das Gewicht Neptunium sind 237 Entladungen so um ungefähr 5 % groß wie Plutonium-Entladungen und ungefähr 0.05 % von verausgabten Kernbrennstoff-Entladungen.

Eigenschaften

Silberfarben anscheinend ist Neptunium-Metall chemisch ziemlich reaktiv und wird in mindestens drei allotropes gefunden:

• α-neptunium, orthorhombic, Dichte 20.45 g/cm
• β-neptunium (über 280 °C), tetragonal, Dichte (313 °C) 19.36 g/cm
• γ-neptunium (über 577 °C), kubisch, Dichte (600 °C) 18 g/cm

Neptunium hat die größte flüssige Reihe jedes Elements, 3363 K, zwischen dem Schmelzpunkt und Siedepunkt. Es ist das dichteste Element des ganzen actinoids.

Isotope

19 Neptunium-Radioisotope sind mit dem stabilsten charakterisiert worden, das Np mit einer Halbwertzeit von 2.14 Millionen Jahren, Np mit einer Halbwertzeit von 154,000 Jahren und Np mit einer Halbwertzeit von 396.1 Tagen ist. Alle restlichen radioaktiven Isotope haben Halbwertzeiten, die weniger als 4.5 Tage sind, und die Mehrheit von diesen Halbwertzeiten hat, die weniger als 50 Minuten sind. Dieses Element hat auch 4 Meta-Staaten mit dem stabilsten, das Np (t 22.5 Stunden) ist.

Die Isotope des Neptuniums erstrecken sich im Atomgewicht von 225.0339 u (Np) zu 244.068 u (Np). Die primäre Zerfall-Weise vor dem stabilsten Isotop, Np, ist Elektronfestnahme (mit ziemlich viel Alpha-Emission), und die primäre Weise, nachdem Beta-Emission ist. Die primären Zerfall-Produkte vor Np sind Element 92 (Uran) Isotope (Alpha-Emission erzeugt Element 91, Protactinium, jedoch), und die primären Produkte, nachdem Element 94 (Plutonium) Isotope sind.

Np ist fissionable. Np verfällt schließlich, um Wismut 209 und Thallium 205, verschieden von den meisten anderen allgemeinen schweren Kernen zu bilden, die verfallen, um Isotope der Leitung zu machen. Diese Zerfall-Kette ist als die Neptunium-Reihe bekannt.

Synthese

Chemisch ist Neptunium durch die Verminderung von NpF mit Barium oder Lithiumdampf an ungefähr 1200 °C bereit. Der grösste Teil von Np wird in Kernreaktionen erzeugt:

• Wenn ein U Atom ein Neutron gewinnt, wird es zum aufgeregten Staat U umgewandelt. Ungefähr 81 % der aufgeregten U Kerne erleben Spaltung, aber den Rest-Zerfall zum Boden-Staat U durch das Ausstrahlen der Gammastrahlung. Weitere Neutronfestnahme schafft U, der eine Halbwertzeit von 7 Tagen hat und so schnell zu Np durch den Beta-Zerfall verfällt. Während des Beta-Zerfalls strahlt der aufgeregte U ein Elektron aus, während die schwache Atomwechselwirkung ein Neutron zu einem Proton umwandelt, so Np schaffend.

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• U wird auch über (n, 2n) Reaktion mit U erzeugt. Das geschieht nur mit sehr energischen Neutronen.
• Np ist das Produkt des Alpha-Zerfalls von Am.

Schwerere Isotope des Neptuniums verfallen schnell, und leichtere Isotope des Neptuniums können durch die Neutronfestnahme nicht erzeugt werden, so gibt die chemische Trennung des Neptuniums von abgekühltem verausgabtem Kernbrennstoff fast reinen Np.

Chemie

Dieses Element hat vier ionische Oxydationsstaaten während in der Lösung:

• Np, der (blaßpurpurrot), dem seltenen Erdion-Premierminister analog

ist

• Np (gelbgrüner)
• NpO (grünes Blau)
• NpO (blaßrosa)

Neptunium (III) ist Hydroxyd in Wasser nicht auflösbar und löst sich in Überalkali nicht auf. Neptunium (III) ist gegen die Oxydation im Kontakt zum Luftformen-Neptunium (IV) empfindlich.

Neptunium bildet tri- und tetrahalides wie NpF, NpF, NpCl, NpBr, NpI und Oxyde der verschiedenen Zusammensetzungen, die im System des Uran-Sauerstoffes, einschließlich NpO und NpO gefunden werden.

Neptunium hexafluoride, NpF, ist wie Uran hexafluoride flüchtig.

Neptunium, wie Protactinium, Uran, Plutonium und Americium bildet sogleich einen geradlinigen dioxo neptunyl Kern (NpO), in seinen 5 + und 6 + Oxydationsstaaten, der sogleich Komplexe mit dem harten O-Spender ligands solcher als Oh, Nein, Nein, und SO auflösbare anionic Komplexe zu bilden, die dazu neigen, mit niedrigen Sympathien sogleich beweglich zu sein, schmutzig zu werden.

• NpO (OH)
• NpO (CO)

NpO (CO)NpO (CO)

Anwendungen

Vorgänger in Plutonium 238 Produktion

Np wird mit Neutronen bestrahlt, um Pu, einen Alpha-Emitter für das Radioisotop Thermalgeneratoren für das Raumfahrzeug und die militärischen Anwendungen zu schaffen. Np wird ein Neutron gewinnen, um Np und Beta-Zerfall mit einer Halbwertzeit von zwei Tagen Pu zu bilden.

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Pu besteht auch in beträchtlichen Mengen in verausgabtem Kernbrennstoff, aber würde von anderen Isotopen von Plutonium getrennt werden müssen.

Waffenanwendungen

Neptunium ist fissionable, und konnte als Brennstoff in einem schnellen Neutronreaktor oder einer Kernwaffe theoretisch verwendet werden. 1992 hat das amerikanische Energieministerium die Behauptung freigegeben, dass Neptunium 237 "für eine Kernsprengvorrichtung verwendet werden kann". Es wird nicht geglaubt, dass eine wirkliche Waffe jemals mit dem Neptunium gebaut worden ist. Bezüglich 2009 war die Weltproduktion des Neptuniums 237 durch kommerzielle Macht-Reaktoren mehr als 1000 kritische Massen pro Jahr, aber das Isotop aus bestrahlten Kraftstoffelementen herauszuziehen, würde ein Hauptindustrieunternehmen sein.

Im September 2002 haben Forscher an der Universität von Kaliforniens Los Alamos National Laboratory kurz die erste bekannte kritische Kernmasse mit dem Neptunium in der Kombination mit Schalen von bereichertem Uran (U-235) geschaffen, entdeckend, dass die kritische Masse eines bloßen Bereichs des Neptuniums 237 "Reihen von Kilogramm-Gewichten in den hohen fünfziger Jahren zu niedrigen sechziger Jahren," zeigend, dass es "ein fast so gutes Bombe-Material ist wie U-235." Die USA-Bundesregierung hat Pläne im März 2004 gemacht, um Amerikas Versorgung des getrennten Neptuniums zu einer Verfügungsseite des radioaktiven Abfalls in Nevada zu bewegen.

Physik-Anwendungen

Np wird in Geräten verwendet, um energiereiche (MeV) Neutronen zu entdecken.

Rolle im radioaktiven Abfall

Neptunium 237 ist der beweglichste actinide in der tiefen geologischen Behältnis-Umgebung.

Das macht es und seine Vorgänger wie Americium 241 Kandidaten von Interesse für die Zerstörung durch die Kernumwandlung. Neptunium wächst in kommerziellen Haushaltsionisationsraum-Rauchmeldern vom Zerfall (normalerweise) 0.2 Mikrogramme Americium 241 am Anfang anwesend als eine Quelle der ionisierenden Strahlung an. Mit einer Halbwertzeit von 432 Jahren schließt das Americium 241 in einem Rauchmelder ungefähr 3 % Neptunium nach 20 Jahren, und ungefähr 15 % nach 100 Jahren ein.

Wegen seines langen Halbwertzeit-Neptuniums wird der Hauptmitwirkende der Gesamtradiation in 10,000 Jahren. Da es unklar ist, was mit der Eindämmung in dieser Spanne der langen Zeit geschieht, würde eine Förderung des Neptuniums die Verunreinigung der Umgebung minimieren, wenn der radioaktive Abfall nach mehreren tausend Jahren mobilisiert werden konnte.

Literatur

• Handbuch zu den Elementen - Verbesserte Auflage, Albert Stwertka, (Presse der Universität Oxford; 1998) internationale Standardbuchnummer 0-19-508083-1
• Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg).: Die Chemie des Actinides und Transactinide Elements, Springers-Verlag, Dordrecht 2006, internationale Standardbuchnummer 1-4020-3555-1.

Links

• WebElements.com - Neptunium (auch verwendet als eine Verweisung)
• Laboratorium baut den ersten Neptunium-Bereich in der Welt, amerikanische Energieministerium-Forschungsnachrichten
• NLM gefährliche Substanzen Databank - Neptunium, radioaktiver
• Neptunium: Menschliche tatsächliche Gesundheitsangaben
• C&EN: Es ist elementar: Das Periodensystem - Neptunium