Нептуний (Np)
АктиноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
[237]Электронная конфигурация
[Rn] 7s2 5f4 6d1Температура плавления
643,85 °CТемпература кипения
3901,85 °CПлотность
2,025e+4 kg/m³Степени окисления
+2, +3, +4, +5, +6, +7Электроотрицательность (по Полингу)
1,36Энергия ионизации (1-я)
6,265608 eVГод открытия
1940Атомный радиус
175 pmПодробные сведения
Нептуний — радиоактивный актинид и первый трансурановый элемент. Он образуется главным образом в результате нейтронных реакций с участием урана в ядерных реакторах и в природе встречается лишь в ничтожных количествах в результате захвата нейтронов и процессов распада в урановых рудах. Его химия занимает промежуточное положение между ураном и плутонием, с несколькими доступными степенями окисления в растворе. Изотоп ²³⁷Np наиболее важен для обращения и изучения благодаря своему длительному периоду полураспада и доступности как побочного продукта реактора.
Металлические кнопки нептуния (фото предоставлено Lawrence Berkeley National Laboratory)
Нептуний впервые был получен Эдвином М. Макмилланом и Филипом Х. Абельсоном, работавшими в Калифорнийском университете в Беркли, в 1940 году. Они получили нептуний-239, изотоп нептуния с периодом полураспада около 2,4 дня, бомбардируя уран медленно движущимися нейтронами.
Назван в честь планеты Нептун (названной в честь римского бога моря) — следующей планеты от Солнца после Урана. Было много ранних ложных сообщений об открытии нептуния. Наиболее значительным было сообщение Энрико Ферми, который полагал, что бомбардировка урана нейтронами с последующим бета-распадом приведет к образованию элемента 93. В 1934 году он бомбардировал атомы урана нейтронами и сообщил, что получил элементы 93 и 94. Как выяснилось, Ферми фактически расщепил, то есть разделил, атомы урана на множество фрагментарных радиоизотопов. Объяснение и сообщение об открытии деления были позднее опубликованы Ганом и Штрассманом, хотя именно их сотрудница Лиза Мейтнер правильно интерпретировала результаты экспериментов. В 1940 году, когда интерес к делению достиг Калифорнийского университета в Беркли, профессор Эдвин Макмиллан и аспирант Филип Эйбелсон бомбардировали уран замедленными нейтронами, полученными в циклотроне, в результате чего произошло не «деление», а «слияние» реагентов с образованием нового элемента 93, который они назвали «нептунием»:
23892U + 10n → 23992U → 23993Np + β-
Нептуний-239 был первым синтезированным трансурановым элементом и первым трансурановым элементом актинидного ряда, который был открыт. Этот изотоп имеет период полураспада при бета-распаде 2,3565 дня и образует дочерний продукт плутоний-239 с периодом полураспада 24 000 лет.
Металлический нептуний был получен в видимых количествах. Свежий металл серебристый, плотный и химически активный, но на воздухе тускнеет по мере образования оксидных слоёв. Он имеет несколько твёрдых аллотропных модификаций, а измерения физических свойств объёмного образца ограничены радиоактивностью, дефицитностью и самонагреванием.
Нептуний не имеет широкого коммерческого применения как элемент. ²³⁷Np используется в исследованиях химии актиноидов, ядерных топливных циклов и поведения долгоживущих радиоактивных отходов. Он также служит основным мишенным материалом для получения ²³⁸Pu путем нейтронного облучения; ²³⁸Pu затем используется в радиоизотопных источниках тепла и энергетических системах. Небольшие количества соединений нептуния использовались в качестве аналитических стандартов и при разработке радиохимических методов.
Наиболее стабильный изотоп нептуния, нептуний-237, имеет период полураспада около 2 144 000 лет. Он распадается в протактиний-233 посредством альфа-распада. Нептуний-237, который получают в граммовых количествах как побочный продукт производства плутония в ядерных реакторах, используется в нейтронных детекторах.
Когда-то считавшийся полностью искусственным, чрезвычайно малые количества нептуния естественным образом образуются в урановых рудах в результате взаимодействия атомов урана в руде с нейтронами, образующимися при распаде других атомов урана в руде.
Изотопы в промышленности
237Np (с периодом полураспада 2,14×106 лет) делящийся, что означает, что нептуний можно бомбардировать нейтронами и, как следствие, получать больше нейтронов, свободных для взаимодействия с близлежащим материалом; он может использоваться в реакторах на быстрых нейтронах или в ядерном оружии (рис. IUPAC.93.1) [75] J. Peterson, M. McDonell, L. Haroun, F. Monette, R. D. Hildebrand, A. Taboas. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Prepared by Argonne National Laboratory Environmental Science Division in collaboration with U.S. Department of Energy, Richland Operations Office and Chicago Operations Office (2014), Feb. 22; http://www.remm.nlm.gov/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf., [603] P. Weiss. Science News.162, 259 (2002)., [604] T. Kenna. J. Anal. At. Spectrom.17, 1471 (2002).. 237Np используется в приборах для обнаружения нейтронов [75] J. Peterson, M. McDonell, L. Haroun, F. Monette, R. D. Hildebrand, A. Taboas. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Prepared by Argonne National Laboratory Environmental Science Division in collaboration with U.S. Department of Energy, Richland Operations Office and Chicago Operations Office (2014), Feb. 22; http://www.remm.nlm.gov/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf..
Изотопы, используемые как источник радиоактивного изотопа(-ов)
237Np используется в производстве 238Pu (с периодом полураспада 87,7 года), который является излучателем альфа-частиц и применяется в термоэлектрических генераторах и радионуклидных нагревательных установках. Когда 237Np захватывает нейтрон, он превращается в 238Np с периодом полураспада 2,117 дня, который распадается до 238Pu [75] J. Peterson, M. McDonell, L. Haroun, F. Monette, R. D. Hildebrand, A. Taboas. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Prepared by Argonne National Laboratory Environmental Science Division in collaboration with U.S. Department of Energy, Richland Operations Office and Chicago Operations Office (2014), Feb. 22; http://www.remm.nlm.gov/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf..
Нептуний образует соединения в степенях окисления от +3 до +7, причём +4, +5 и +6 особенно важны в водной химии. Ион нептунила NpO₂⁺ является характерной частицей со степенью окисления +5 и часто сравнительно подвижен в окислительных водах, тогда как NpO₂²⁺ представляет химию +6. Диоксид нептуния NpO₂ — стабильный тугоплавкий оксид и важная твёрдая фаза. Галогениды, такие как тетрахлорид нептуния NpCl₄ и гексафторид нептуния NpF₆, иллюстрируют актинидоподобные координационные и окислительно-восстановительные свойства элемента.
See more information at the Neptunium compound page.
Все изотопы нептуния радиоактивны, и опасности в значительной степени зависят от изотопа, химической формы и пути воздействия. ²³⁷Np испускает главным образом альфа-излучение с сопутствующим гамма-излучением от продуктов распада, поэтому основную проблему представляют проглатывание, вдыхание или загрязнение ран. Мелкодисперсный металл и растворимые соединения требуют строгой радиологической изоляции. Для некоторых образцов мощности внешнего облучения могут быть значительными из-за сопутствующих гамма-излучающих примесей или дочерних продуктов.
Природный нептуний встречается крайне редко, однако антропогенный нептуний присутствует в отработавшем ядерном топливе, отходах переработки и остатках выпадений. Экологическое поведение определяется степенью окисления, комплексообразованием, сорбцией минералами и восстановительными условиями. Np(V) в форме NpO₂⁺ может мигрировать легче, чем многие четырехвалентные актиниды, тогда как Np(IV) имеет тенденцию образовывать менее растворимые твердые фазы или сильно сорбированные виды. Его длительный период полураспада делает его важным при оценке характеристик хранилищ.
Нептуний не торгуется как товар и не имеет обычной промышленной цепочки поставок. Извлекаемый ²³⁷Np образуется как побочный продукт в облучённом урановом топливе и может быть выделен только в специализированных ядерных установках под строгим регулированием. Спрос невелик и сосредоточен на исследовательских запасах и на подготовке мишеней для производства ²³⁸Pu. Затраты определяются главным образом радиохимическим разделением, режимом гарантий, лицензированием, обращением с отходами и безопасным хранением, а не добычей руды или обычным рафинированием.
Производство и источники элемента Neptunium (Np) будут здесь.
Нептуний не имеет стабильных изотопов, поэтому любой первичный нептуний давно распался. Он может образовываться в следовых количествах при захвате нейтронов в ураносодержащих материалах, а также в ядерных взрывах или реакторах, и транзиторные изотопы нептуния могут возникать в астрофизических процессах быстрого захвата нейтронов. Его внеземное содержание практически пренебрежимо по сравнению с долгоживущими актинидами, такими как уран и торий.
- Нептуний был назван в честь Нептуна по аналогии с названием урана в честь Урана.
- ²³⁷Np имеет период полураспада около 2,14 миллиона лет.
- Нептуний был первым элементом за пределами урана, который удалось идентифицировать.
- NpF₆ летуч, что важно для химии фторидов актиноидов.
- Обычный водный ион Np(V) представляет собой линейный нептунил, NpO₂⁺.
- Отделенный металлический нептуний темнеет при воздействии воздуха.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 175 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 190 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 221 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 2,025 × 104 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0211 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 643,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 3901,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Ромбическая Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,36 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Сродство к электрону
- 0,48 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 6,265608 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 11,50004 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 19,700068 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 33,800116 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 48,000165 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- +2, +3, +4, +5, +6, +7 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Rn] 7s2 5f4 6d1
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,10364305 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 3,482407 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 4,33228 eV
- Теплота атомизации
- 4,33228 eV
- Энтальпия атомизации
- 4,817329 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 93 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 144 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 27 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 0 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Массовое число (наиболее стабильный изотоп)
- 237
- Наиболее стабильный изотоп
- Np-237
- Год открытия
- 1940
Распространённость
Нет данных
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 472 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7439-99-8 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 6L11/2
- InChI
- InChI=1S/Np
- Ключ InChI
- LFNLGNPSGWYGGD-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Np: 5f⁴ 6d¹ 7s²[Rn] 5f⁴ 6d¹ 7s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 5f⁴ 6d¹ 7s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
Стабильных изотопов нет.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 219 Радиоактивный | 219,03143 ± 0,00021 | Нет данных | 570 us |
| 227 Радиоактивный | 227,034957 ± 0,000078 | Нет данных | 510 мс |
| 222 Радиоактивный | 222,0333 ± 0,00021 | Нет данных | 480 ns |
| 235 Радиоактивный | 235,0440635 ± 0,0000021 | Нет данных | 396.1 сутки |
| 236 Радиоактивный | 236,04657 ± 0,000054 | Нет данных | 153 ky |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 618,9 °C ниже температуры плавления (643,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 93. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Np I | 0 | 96 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Np I | 0 | 2 |
| Np II | +1 | 2 |
| Np III | +2 | 2 |
| Np IV | +3 | 2 |
| Np V | +4 | 2 |
| Np VI | +5 | 2 |
| Np VII | +6 | 2 |
| Np VIII | +7 | 2 |
| Np IX | +8 | 2 |
| Np X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +2 | 6 | Нет данных | 110.00000000000001 пм |
| +3 | 6 | Нет данных | 101 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 117.8 пм |
| +4 | 6 | Нет данных | 87 пм |
| +4 | 8 | Нет данных | 98 пм |
| +5 | 6 | Нет данных | 75 пм |
| +6 | 6 | Нет данных | 72 пм |
| +7 | 6 | Нет данных | 71 пм |
Соединения
Изотопы (5)
There are 25 known radioactive isotopes of neptunium ranging in atomic weights from 225 to 244 with 5 of those as metastable isotopes. The most stable are Np-237 with a half-life of 2.14 million years; Np-236 with a half-life of 154,000 years; and Np-235 with a half-life of 396 days. All of the remaining isotopes have half-lives less than 4.5 days, with most less than 50 minutes. The primary decay mode for isotopes lighter than 237Np is by electron capture with a great deal of alpha emission. The products are mostly isotopes of uranium. The primary decay mode for Np-237 is by alpha-decay forming protactinium. The primary decay mode for the isotopes heavier than Np-237 is by beta-decay, forming plutonium. Neptunium-237, after decaying to protactinium then to uranium, eventually decays to form bismuth-209 and thallium-205. Unlike most other common heavy nuclei which decay to make isotopes of lead this decay chain is known as the neptunium series.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 219 Радиоактивный | 219,03143 ± 0,00021 | Нет данных | 570 us | α =100% | |
| 227 Радиоактивный | 227,034957 ± 0,000078 | Нет данных | 510 мс | α ≈100%β+ ? | |
| 222 Радиоактивный | 222,0333 ± 0,00021 | Нет данных | 480 ns | α =100% | |
| 235 Радиоактивный | 235,0440635 ± 0,0000021 | Нет данных | 396.1 сутки | ε =99.99740±1.3%α =0.00260±1.3% | |
| 236 Радиоактивный | 236,04657 ± 0,000054 | Нет данных | 153 ky | ε =86.3±0.8%β- =13.5±0.8%α =0.16±0.4% |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 171 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 136 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, тройная связь)
- 116 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Alvarez
- 282 pm
- UFF
- 342,4 pm
- MM3
- 252 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 281 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 22
- Pettifor
- 44
- Glawe
- 37
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 151 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 20 a.u.
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 917,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Подробные данные о кристаллических радиусах (8)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 2 | VI | 124 | ||
| 3 | VI | 115 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | VI | 101 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | VIII | 112 | from r^3 vs V plots, | |
| 5 | VI | 89 | ||
| 6 | VI | 86 | from r^3 vs V plots, | |
| 7 | VI | 85 | Ahrens (1952) ionic radius, | |
| 3 | IX | — | 131,8 |
Типы распада изотопов (44)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 219 | A | 100% |
| 220 | A | 100% |
| 221 | A | — |
| 222 | A | 100% |
| 223 | A | 100% |
| 224 | A | 100% |
| 225 | A | 100% |
| 225 | B+ | — |
| 226 | A | 100% |
| 226 | B+ | — |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
Not Applicable
Источники (1)
- [5] Neptunium https://education.jlab.org/itselemental/ele093.html
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
Not Applicable
Источники (1)
- [5] Neptunium https://education.jlab.org/itselemental/ele093.html
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Neptunium.
The element property data was retrieved from publications.