Neptunium

Neptunium
93 Np
Pm ↑ Np ↓ (UQP) Tableau p??riodique l'uranium ← → neptunium plutonium
Apparence
m??tallique argent??
Propri??t??s g??n??rales
Nom, symbole, nombre	neptunium, Np, 93
Prononciation	/ n ɛ p tj U n Je ə m / nep--əm -neE TEW
??l??ment Cat??gorie	actinides
Groupe, p??riode, bloc	n / a, 7, fa
Poids atomique standard	(237)
Configuration ??lectronique	[ Rn ] 5f 4 6d 1 7s 2 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
Histoire
D??couverte	Edwin McMillan et Philip H. Abelson (1940)
Propri??t??s physiques
Phase	solide
Densit?? (?? proximit?? rt)	20,45 g ?? cm -3
Point de fusion	910 K , 637 ?? C, 1179 ?? F
Point d'??bullition	4273 K, 4000 ?? C, 7232 ?? F
La chaleur de fusion	3,20 kJ ?? mol -1
Chaleur de vaporisation	336 kJ ?? mol -1
Capacit?? thermique molaire	29,46 J ?? mol -1 ?? K -1
La pression de vapeur
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ?? T (K) 2194 2437
Propri??t??s atomiques
??tats d'oxydation	7, 6, 5, 4, 3 ( l'oxyde amphot??re)
??lectron??gativit??	1,36 (??chelle de Pauling)
??nergies d'ionisation	1er: 604,5 kJ ?? mol -1
Rayon atomique	155 h
Rayon covalente	190 ?? 13 heures
Miscellan??es
Crystal structure	orthorhombique
Ordre magn??tique	paramagn??tique
R??sistivit?? ??lectrique	(22 ?? C) 1,220 μΩ ?? m
Conductivit?? thermique	6,3 W ?? m -1 ?? K -1
Num??ro de registre CAS	7439-99-8
La plupart des isotopes stables
Article d??taill??: Isotopes du neptunium
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP 235 Np syn 396,1 d α 5,192 231 Pa ε 0,124 235 U 236 Np syn 1,54 ?? 10 5 y ε 0,940 236 U β - 0,940 236 Pu α 5,020 232 Pa 237 Np trace 2,144 ?? 10 6 y SF & α 4,959 233 Pa 239 Np trace 2,356 d β - 0,218 239 Pu

Le neptunium est un ??l??ment chimique avec le symbole Np et de num??ro atomique 93. Un m??tal radioactif, le neptunium est la premi??re ??l??ment transuraniens, et appartient ?? la actinides s??rie. Son plus stable isotope , ²³⁷ Np, est un sous-produit de r??acteurs nucl??aires et plutonium production, et il peut ??tre utilis?? comme composant dans ??quipement de d??tection de neutrons. Neptunium se retrouve ??galement dans l'??tat de traces dans l'uranium des minerais en raison de r??actions de transmutation.

Histoire

Le tableau p??riodique de Mendele??ev Dmitri publi?? dans les ann??es 1870 a montr?? un "-" en place apr??s l'uranium similaire ?? plusieurs autres endroits pour que les ??l??ments inconnus au point. En outre, une publication 1913 des isotopes radioactifs connus par Kasimir Fajans montre la place vide apr??s uranium.

Faux rapports de la d??couverte

En 1934, Odolen Koblic extrait une petite quantit?? de mat??riau ?? partir de l'eau de lavage de r??ti pechblende. Il a pris l'??chantillon ??tait l'??l??ment 93, et l'a appel?? bohemium, mais apr??s avoir ??t?? analys??s, il se est av??r?? que l'??chantillon est un m??lange de tungst??ne et vanadium . Aussi en 1934, Enrico Fermi a tent?? de bombarder l'uranium avec des neutrons pour produire des ??l??ments 93 et 94 . Il a ??galement ??t?? rejet??, mais sans le savoir, avait d??couvert la fission nucl??aire . En 1938, Horia Hulubei, un physicien roumain; et Yvette Cauchois, un chimiste fran??ais; pr??tendait avoir d??couvert ??l??ment 93 par l'interm??diaire de la spectroscopie en min??raux. Ils ont appel?? leur ??l??ment sequanium, mais la demande a ??t?? oppos?? ?? l'??poque car le neptunium a ??t?? pens?? pour produire exclusivement artificiellement. Cependant, comme le neptunium ne se produit dans la nature, il est possible que Hulubei Cauchois et ont en fait d??couvrir neptunium.

D??couverte r??elle

La recherche de l'??l??ment 93 en min??raux a ??t?? grev?? par le fait que les pr??dictions sur les propri??t??s chimiques de l'??l??ment 93 ??taient bas??es sur un tableau p??riodique qui ne avait pas la s??rie des actinides, et donc plac?? thorium ci-dessous hafnium, protactinium ci-dessous le tantale et l'uranium-dessous tungst??ne. Ce tableau p??riodique sugg??r?? que cet ??l??ment 93, ?? ce moment souvent nomm??e eka-rh??nium, devrait ??tre similaire au mangan??se ou le rh??nium. Avec cette id??e fausse qu'il ??tait impossible d'isoler l'??l??ment 93 de min??raux, bien que le neptunium a ??t?? retrouv?? plus tard dans le minerai d'uranium, en 1952.

Enrico Fermi croit que bombardant l'uranium avec des neutrons et beta ult??rieure d??croissance conduirait ?? la formation de l'??l??ment 93. s??paration chimique des nouveaux ??l??ments form??s ?? partir de l'uranium mat??riau ?? faible demi-vie c??d??, et, par cons??quent, Fermi a annonc?? la d??couverte d'une nouvelle ??l??ment en 1934, bien que ce fut bient??t jug??e erron??e. Bient??t il a ??t?? sp??cul?? et prouv?? plus tard que la plupart du mat??riel est cr???? par la fission nucl??aire de l'uranium par des neutrons. De petites quantit??s de neptunium devaient ??tre produites dans Les exp??riences de Otto Hahn en fin des ann??es 1930 ?? la suite de la d??sint??gration de ²³⁹ U. Hahn et ses coll??gues ont confirm?? exp??rimentalement production et des propri??t??s chimiques du ²³⁹ U, mais ne ont pas r??ussi ?? isoler et ?? d??tecter le neptunium.

Neptunium (du nom de la plan??te Neptune , la prochaine plan??te ?? partir Uranus , apr??s quoi l'uranium a ??t?? nomm??) ??tait d??couverte par Edwin McMillan et Philip H. Abelson en 1940 ?? la Berkeley Radiation Laboratory de la Universit?? de Californie, Berkeley. L'??quipe a produit le neptunium isotope ²³⁹ Np (2,4 jours demi-vie ) en bombardant l'uranium avec des neutrons lents. Ce ??tait la premi??re ??l??ment transuranien produit synth??tiquement et la premi??re s??rie des actinides Transuranien d??couvert.

Occurrence

L'isotope le plus stable est de neptunium Np ^237, avec une demi-vie de deux millions d'ann??es. Ainsi, tous les neptunium primordiale aurait pourri maintenant. Cependant, des traces de neptunium isotopes neptunium 237 travers neptunium 240, sont trouv??s naturellement produits de d??sint??gration du r??actions de transmutation dans minerais d'uranium.

Artificial ²³⁷ Np est obtenu par une r??action de NpF ₃ ²³⁷ avec un liquide de baryum ou de lithium ?? environ 1200 ?? C et est le plus souvent extrait de pass?? barres de combustible nucl??aire dans des quantit??s de kg en tant que sous-produit de plutonium production.

2 NpF ₃ + 3 Ba → 2 Np + 3 BaF ₂

En poids, neptunium 237 d??charges sont environ 5% plus grande que les rejets de plutonium et environ 0,05% de les rejets de combustible nucl??aire us??. Cependant, m??me cette fraction se ??l??ve encore ?? plus de cinquante tonnes par an.

Caract??ristiques

Argent?? en apparence, le neptunium m??tallique est chimiquement assez r??active et se trouve dans au moins trois allotropes :

• α-neptunium, orthorhombique, la densit?? 20,45 g / cm ³
• β-neptunium (au-dessus de 280 ?? C), t??tragonale, de la densit?? (313 ?? C) 19,36 g / cm ³
• γ-neptunium (au-dessus de 577 ?? C), cubique, la densit?? (600 ?? C) 18 g / cm ³

Neptunium a la plus large gamme de liquides de tout ??l??ment, 3363 K, entre le point de fusion et le point d'??bullition. Ce est la plus dense de tous les actinides et la cinqui??me la plus dense de tous les ??l??ments naturels. Neptunium n'a aucun r??le biologique. Il ne est pas absorb??e par le tube digestif. Lorsqu'il est inject?? dans le corps, il se accumule dans os, qui il est lentement lib??r?? de.

Isotopes

19 neptunium des radio-isotopes ont ??t?? caract??ris??s, avec le plus stable ??tant Np ²³⁷ avec une demi-vie de 2,14 millions d'ann??es, ²³⁶ Np avec une demi-vie de 154.000 ann??es, et Np ^235, avec une demi-vie de 396,1 jours. Tout le reste isotopes radioactifs ont des demi-vies qui sont inf??rieures ?? 4,5 jours, et la majorit?? d'entre eux ont des demi-vies qui sont moins de 50 minutes. Cet ??l??ment a aussi 4 ??tats m??ta, avec l'??tre le plus stable ^236m Np (t _?? 22,5 heures).

Les isotopes du neptunium varient en poids atomique de 225.0339 u ⁽²²⁵ Np) ?? 244,068 u ⁽²⁴⁴ Np). Le primaire mode de d??sint??gration avant l'isotope le plus stable, ²³⁷ Np, est capture d'??lectrons (avec une bonne partie de ??mission alpha), et le mode primaire apr??s est- ??missions beta. Le primaire produits de d??sint??gration avant ²³⁷ Np ??l??ments sont 92 ( uranium ) isotopes (??mission alpha produit ??l??ment 91, protactinium , cependant) et les produits de base apr??s 94 ??l??ments (sont plutonium ) isotopes.

²³⁷ Np est fissiles. ²³⁷ Np se d??sint??gre finalement ?? former de bismuth -209 et thallium -205, contrairement ?? la plupart des autres noyaux lourds communs qui se d??sint??grent ?? faire isotopes de plomb. Cette cha??ne de d??sint??gration est connu comme le s??rie neptunium.

Synth??se

Chimiquement, le neptunium est pr??par?? par la r??duction de NpF baryum ou ₃ avec la vapeur de lithium ?? environ 1200 ?? C. La plupart Np est produite dans les r??actions nucl??aires:

• Lorsqu'un ²³⁵ U atome capture un neutron, il est converti ?? un ??tat excit?? du ²³⁶ U. Environ 81% des ²³⁶ noyaux excit??s U subir une fission, mais le reste d??sint??gration de l'??tat de ²³⁶ U fondamental en ??mettant rayonnement gamma. Plus capture de neutrons cr??e ²³⁷ U qui a une demi-vie de sept jours et se d??sint??gre en Np ²³⁷ travers donc rapidement d??sint??gration b??ta. Au cours de la d??sint??gration b??ta, les excit??s ²³⁷ U ??met un ??lectron, tandis que le atomique interaction faible convertit un neutron ?? un proton , cr??ant ainsi ²³⁷ Np.

• U ²³⁷ est ??galement produite par une ( n , 2n) une r??action avec ²³⁸ U. Cela se produit uniquement avec des neutrons tr??s ??nerg??tiques.
• ²³⁷ Np est le produit de d??sint??gration alpha de ²⁴¹ Am.

Isotopes plus lourds du neptunium d??croissance rapidement, et isotopes les plus l??gers du neptunium ne peuvent pas ??tre produits par capture de neutrons, s??paration de mani??re chimique du neptunium partir refroidi combustible nucl??aire us?? donne presque pur ²³⁷ Np.

Chimie

ions Neptunium en solution.

Cet ??l??ment a quatre ioniques ??tats d'oxydation tandis que dans une solution:

• Np ³⁺ (violet p??le), analogue ?? la rare Pm ion de terre ³⁺
• Np ⁴⁺ (jaune-vert)
• NpO +
  2 (vert-bleu)
• NpO 2+
  2 (rose p??le)

Neptunium (III) l'hydroxyde ne est pas soluble dans l'eau et ne se dissout pas dans un exc??s d'alcali. Neptunium (III) est sensible ?? l'oxydation au contact de l'air formant le neptunium (IV).

formes de tri- et t??tra Neptunium halog??nures tels que NpF _{3, 4} NpF, NPCl _4, NpBr _3, Npl _3, et oxydes des diff??rentes compositions telles que se trouvent dans la uranium oxyg??ne syst??me, y compris Np ₃ O ₈ et NpO _2.

Neptunium hexafluorure, NpF _6, est volatile comme l'hexafluorure d'uranium.

Neptunium, comme protactinium , l'uranium , le plutonium et l'am??ricium forme facilement un dioxo lin??aire neptunyl noyau (NpO ₂ ^{n +),} dans ses ??tats 5+ 6+ et d'oxydation, complexes facilement avec des ligands O-donateurs durs tels que OH ^-, NO ₂ ^-, NO ₃ ^- et SO ₄ ^2- pour former des complexes solubles anioniques qui ont tendance ?? ??tre facilement mobile avec une faible affinit?? pour le sol.

• NpO ₂ (OH) ₂ ^-
• NpO ₂ (CO ₃₎ ^-
• NpO ₂ (CO _{3) 2} ^3-
• NpO ₂ (CO _{3) 3} ^5-

Applications

Pr??curseur en plutonium 238 production

²³⁷ Np est irradi?? par des neutrons pour cr??er ²³⁸ Pu, un alpha ??metteur pour radio-isotopes g??n??rateurs thermiques pour les satellites et les applications militaires. ²³⁷ Np va capturer un neutron pour former ²³⁸ Np et d??sint??gration b??ta avec une demi-vie de deux jours pour ²³⁸ Pu.

²³⁸ Pu existe aussi en quantit??s non n??gligeables dans les combustible nucl??aire us??, mais devrait ??tre s??par?? de l'autre isotopes du plutonium.

applications Armes

Neptunium est fissiles, et pourrait th??oriquement ??tre utilis?? comme combustible dans une r??acteur ?? neutrons rapides ou d'une arme nucl??aire , avec un masse critique d'environ 60 kg. En 1992, le US Department of Energy d??classifi?? la d??claration que neptunium 237 "peut ??tre utilis?? pour un dispositif explosif nucl??aire". Il ne croit pas que une arme r??elle n'a jamais ??t?? construit en utilisant le neptunium. En 2009, la production mondiale du neptunium-237 par les r??acteurs de puissance commerciaux ??tait plus de 1000 masses critiques par an, mais pour extraire l'isotope d'??l??ments combustibles irradi??s serait une grande entreprise industrielle.

En Septembre 2002, des chercheurs ?? la Los Alamos National Laboratory cr???? bri??vement le nucl??aire d'abord connu masse critique en utilisant le neptunium en combinaison avec des coquilles de uranium enrichi ( U-235), en d??couvrant que la masse critique d'une sph??re nue de neptunium 237 "varie de poids de kg dans les ann??es cinquante ??lev??s ?? de faibles ann??es soixante," montrant qu'il "est ?? peu pr??s aussi bon un mat??riau ?? la bombe que U-235. "Le gouvernement f??d??ral des ??tats-Unis ont fait Plans d'Mars 2004 ?? d??placer l'approvisionnement de l'Am??rique du neptunium s??par?? vers un site de stockage de d??chets nucl??aires dans Nevada.

applications de Physique

²³⁷ Np est utilis?? dans des dispositifs de d??tection de haute ??nergie (MeV) neutrons.

R??le dans les d??chets nucl??aires

Neptunium-237 est le plus mobile des actinides dans le environnement de stockage g??ologique profond. Cela rend et ses pr??d??cesseurs tels que am??ricium 241 candidats d'int??r??t pour la destruction par transmutation nucl??aire. Neptunium accumule dans les d??tecteurs m??nages chambre d'ionisation fum??e commerciales de la d??sint??gration de la (g??n??ralement) 0,2 microgramme de l'am??ricium-241 initialement pr??sent en tant que source de rayonnement ionisant. Avec une demi-vie de 432 ann??es, l'am??ricium-241 dans un d??tecteur de fum??e comprend environ 3% neptunium apr??s 20 ans, et environ 15% au bout de 100 ans.

En raison de sa longue demi-vie, le neptunium devient le principal contributeur de la radiation totale de 10000 ann??es. Comme on ne sait pas ce qui arrive ?? l'enceinte de confinement dans cette longue laps de temps, une extraction du neptunium serait minimiser la contamination de l'environnement si les d??chets nucl??aires pourrait ??tre mobilis?? apr??s plusieurs milliers d'ann??es.

Litt??rature

• Guide de la Elements - Revised Edition, Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998) ISBN 0-19-508083-1
• Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): La chimie des actinides et Transactinide Elements, Springer-Verlag, Dordrecht 2006, ISBN 1-4020-3555-1.
• Ida Tacke (1934). "??ber das Element 93" Zeitschrift f??r Angewandte Chemie 47 (37):. 653. doi: 10.1002 / ange.19340473707. http://www.chemteam.info/Chem-History/Noddack-1934.html.