Neptunium (Np)
actinideSolid
Nguyên tử khối chuẩn
[237]Cấu hình electron
[Rn] 7s2 5f4 6d1Nhiệt độ nóng chảy
643,85 °CNhiệt độ sôi
3901,85 °CKhối lượng riêng
2,025e+4 kg/m³Trạng thái oxi hóa
+2, +3, +4, +5, +6, +7Độ âm điện (Pauling)
1,36Năng lượng ion hóa (lần 1)
6,265608 eVNăm phát hiện
1940Bán kính nguyên tử
175 pmChi tiết
Neptunium is a radioactive actinide and the first transuranium element. It is produced mainly by neutron reactions involving uranium in nuclear reactors and occurs naturally only in minute amounts from neutron capture and decay processes in uranium ores. Its chemistry bridges uranium and plutonium, with several accessible oxidation states in solution. The isotope ²³⁷Np is the most important for handling and study because of its long half-life and availability as a reactor by-product.
Neptunium metal buttons (photo courtesy Lawrence Berkeley National Laboratory)
Neptunium was first produced by Edwin M. McMillian and Philip H. Abelson, working at the University of California, Berkeley, in 1940. They produced neptunium-239, an isotope of neptunium with a half-life of about 2.4 days, by bombarding uranium with slow moving neutrons.
Named for the planet Neptune (named after the Roman god of the sea), the next planet out from the Sun after Uranus. There were many early false reports of the discovery of neptunium. The most significant was by Enrico Fermi who believed that bombarding uranium with neutrons followed by beta decay would lead to the formation of element 93. In 1934, he bombarded uranium atoms with neutrons and reported that he had produced elements 93 and 94. As it turned out, Fermi had actually fissioned or split uranium atoms into many fragment radioisotopes. The explanation and announcement of the discovery of fission was later published by Hahn and Strassman, although it was their co-worker Lisa Meitner who had correctly interpreted the results of the experiments. In 1940, with excitement about fission reaching the University of California at Berkeley, Professor Edwin McMillan and graduate student Philip Abelson bombarded uranium with cyclotron-produced moderated (slow) neutrons, resulting not in “fission” but "fusion" of the reactants forming the new element 93, which they named "neptunium":
23892U + 10n → 23992U → 23993Np + β-
Neptunium-239 was the first transuranium element produced synthetically and the first actinide series transuranium element discovered. This isotope has a beta-decay half-life of 2.3565 days, which forms daughter product plutonium-239 with a half-life of 24,000 years.
Metallic neptunium has been prepared in visible quantities. Fresh metal is silvery, dense, and chemically reactive, but it tarnishes in air as oxide layers form. It has several solid allotropes, and bulk physical measurements are limited by radioactivity, scarcity, and self-heating.
Neptunium has no broad commercial use as an element. ²³⁷Np is used in research on actinide chemistry, nuclear fuel cycles, and long-lived radioactive waste behavior. It is also the principal target material for producing ²³⁸Pu by neutron irradiation; ²³⁸Pu is then used in radioisotope heat sources and power systems. Small quantities of neptunium compounds have been used as analytical standards and in radiochemical method development.
Neptunium's most stable isotope, neptunium-237, has a half-life of about 2,144,000 years. It decays into protactinium-233 through alpha decay. Neptunium-237, which is produced in gram quantities as a by-product of the production of plutonium in nuclear reactors, is used in neutron detectors.
Once considered to be completely artificial, extremely small amounts of neptunium are produced naturally in uranium ores through the interaction of atoms of uranium in the ore with neutrons produced by the decay of other atoms of uranium in the ore.
Isotopes in Industry
237Np (with a half-life of 2.14×106 years) is fissionable, meaning that neptunium can be bombarded with neutrons and, as a result, create more neutrons that are free to interact with nearby material and can be used in fast neutron reactors or in nuclear weapons (Fig. 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 is used in neutron detection instruments [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..
Isotopes Used as a Source of Radioactive Isotope(s)
237Np is used in the production of 238Pu (with a half-life of 87.7 years), which is an emitter of alpha particles used in thermoelectric generators and radioisotope-heater units. When 237Np captures a neutron, it becomes 238Np, with a half-life of 2.117 days, which decays to 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..
Neptunium forms compounds in oxidation states from +3 to +7, with +4, +5, and +6 especially important in aqueous chemistry. The neptunyl ion NpO₂⁺ is a characteristic +5 species and is often relatively mobile in oxidizing waters, while NpO₂²⁺ represents +6 chemistry. Neptunium dioxide NpO₂ is a stable refractory oxide and an important solid phase. Halides such as neptunium tetrachloride NpCl₄ and neptunium hexafluoride NpF₆ illustrate the element’s actinide-like coordination and redox behavior.
See more information at the Neptunium compound page.
All neptunium isotopes are radioactive, and hazards depend strongly on isotope, chemical form, and exposure route. ²³⁷Np emits mainly alpha radiation with associated gamma emissions from decay products, so ingestion, inhalation, or contamination of wounds is the principal concern. Finely divided metal and soluble compounds require strict radiological containment. External dose rates can be significant for some samples because of accompanying gamma-emitting impurities or daughters.
Natural neptunium is extremely scarce, but anthropogenic neptunium occurs in spent nuclear fuel, reprocessing wastes, and fallout residues. Environmental behavior is controlled by oxidation state, complexation, mineral sorption, and reducing conditions. Np(V) as NpO₂⁺ can migrate more readily than many tetravalent actinides, whereas Np(IV) tends to form less soluble solids or strongly sorbed species. Its long half-life makes it important in repository performance assessments.
Neptunium is not traded as a commodity and has no ordinary industrial supply chain. Recoverable ²³⁷Np is generated as a by-product in irradiated uranium fuel and can be separated only in specialized nuclear facilities under heavy regulation. Demand is small and centered on research inventories and on target preparation for ²³⁸Pu production. Costs are dominated by radiochemical separation, safeguards, licensing, waste management, and secure storage rather than by ore mining or conventional refining.
Produced by bombarding uranium with slow neutrons.
Neptunium has no stable isotopes, so any primordial neptunium has decayed away. It can be formed in trace amounts by neutron capture in uranium-bearing materials and in nuclear explosions or reactors, and transient neptunium isotopes may occur in astrophysical rapid neutron-capture processes. Its extraterrestrial abundance is effectively negligible compared with long-lived actinides such as uranium and thorium.
- Neptunium was named after Neptune, following uranium’s naming after Uranus.
- ²³⁷Np has a half-life of about 2.14 million years.
- Neptunium was the first element beyond uranium to be identified.
- NpF₆ is volatile, a property relevant to actinide fluoride chemistry.
- The common aqueous Np(V) ion is linear neptunyl, NpO₂⁺.
- Separated neptunium metal darkens on exposure to air.
Hình ảnh
Tính chất
Vật lý
- Bán kính nguyên tử (thực nghiệm)
- 175 pm So sánh Bán kính nguyên tử (thực nghiệm) của tất cả nguyên tố →
- Bán kính cộng hóa trị
- 190 pm So sánh Bán kính cộng hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Bán kính van der Waals
- 221 pm So sánh Bán kính van der Waals của tất cả nguyên tố →
- Khối lượng riêng
- 2,025 × 104 kg/m³ So sánh Khối lượng riêng của tất cả nguyên tố →
- Thể tích mol
- 0,0211 L/mol
- Pha ở STP
- Rắn So sánh Pha ở STP của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ nóng chảy
- 643,85 °C So sánh Nhiệt độ nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ sôi
- 3901,85 °C So sánh Nhiệt độ sôi của tất cả nguyên tố →
- Cấu trúc tinh thể
- Trực thoi So sánh Cấu trúc tinh thể của tất cả nguyên tố →
Hóa học
- Độ âm điện (Pauling)
- 1,36 So sánh Độ âm điện (Pauling) của tất cả nguyên tố →
- Ái lực electron
- 0,48 eV
- Năng lượng ion hóa (lần 1)
- 6,265608 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 1) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 2)
- 11,50004 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 2) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 3)
- 19,700068 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 3) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 4)
- 33,800116 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 4) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 5)
- 48,000165 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 5) của tất cả nguyên tố →
- Trạng thái oxi hóa
- +2, +3, +4, +5, +6, +7 So sánh Trạng thái oxi hóa của tất cả nguyên tố →
- Electron hóa trị
- 3 So sánh Electron hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Cấu hình electron
- [Rn] 7s2 5f4 6d1
Nhiệt động lực học
- Nhiệt nóng chảy
- 0,10364305 eV So sánh Nhiệt nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt hóa hơi
- 3,482407 eV So sánh Nhiệt hóa hơi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt thăng hoa
- 4,33228 eV
- Nhiệt nguyên tử hóa
- 4,33228 eV
- Enthalpy nguyên tử hóa
- 4,817329 eV
Hạt nhân
- Proton
- 93 So sánh Proton của tất cả nguyên tố →
- Neutron
- 144 So sánh Neutron của tất cả nguyên tố →
- Các đồng vị đã biết
- 27 So sánh Các đồng vị đã biết của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền
- 0 So sánh Đồng vị bền của tất cả nguyên tố →
- Số khối (đồng vị bền nhất)
- 237
- Đồng vị bền nhất
- Np-237
- Năm phát hiện
- 1940
Độ phổ biến
Không có
Cấu trúc tinh thể
- Hằng số mạng a
- 472 pm
Cấu trúc electron
- Số electron trong mỗi lớp
- 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2 So sánh Số electron trong mỗi lớp của tất cả nguyên tố →
Mã định danh
- Số CAS
- 7439-99-8 So sánh Số CAS của tất cả nguyên tố →
- Ký hiệu số hạng
- 6L11/2
- InChI
- InChI=1S/Np
- Khóa InChI
- LFNLGNPSGWYGGD-UHFFFAOYSA-N
Cấu hình electron Đo đạc
Np: 5f⁴ 6d¹ 7s²[Rn] 5f⁴ 6d¹ 7s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 5f⁴ 6d¹ 7s²Mô hình nguyên tử
Các đồng vị khác nhau về số neutron, khối lượng và độ bền — không khác nhau về cấu hình electron của nguyên tử trung hòa.
Mô hình nguyên tử minh họa, không theo tỷ lệ.
Dấu vân tay nguyên tử
Phổ phát xạ / hấp thụ
Phân bố đồng vị
Không có đồng vị bền.
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã |
|---|---|---|---|
| 219 Phóng xạ | 219,03143 ± 0,00021 | Không có | 570 us |
| 227 Phóng xạ | 227,034957 ± 0,000078 | Không có | 510 ms |
| 222 Phóng xạ | 222,0333 ± 0,00021 | Không có | 480 ns |
| 235 Phóng xạ | 235,0440635 ± 0,0000021 | Không có | 396.1 ngày |
| 236 Phóng xạ | 236,04657 ± 0,000054 | Không có | 153 ky |
Pha / Trạng thái
Lý do: thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (643,85 °C) một lượng 618,9 °C
Sơ đồ minh họa, không theo tỷ lệ
Điểm chuyển pha
Năng lượng chuyển pha
Năng lượng cần để làm nóng chảy 1 mol tại nhiệt độ nóng chảy
Năng lượng cần để hóa hơi 1 mol tại nhiệt độ sôi
Năng lượng cần để làm thăng hoa 1 mol tại nhiệt độ thăng hoa
Khối lượng riêng
Ở điều kiện chuẩn
Ở điều kiện chuẩn
Phổ nguyên tử
Đang hiển thị 10 trên 93. Sắp xếp theo điện tích ion (tăng dần).
Dữ liệu vạch phổ ?
| Ion | Điện tích | Tổng số vạch | Xác suất chuyển mức | Ký hiệu mức năng lượng |
|---|---|---|---|---|
| Np I | 0 | 96 | 0 | 0 |
Dữ liệu mức năng lượng ?
| Ion | Điện tích | Mức năng lượng |
|---|---|---|
| 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 |
Bán kính ion
| Điện tích | Phối trí | Spin | Bán kính |
|---|---|---|---|
| +2 | 6 | Không có | 110.00000000000001 pm |
| +3 | 6 | Không có | 101 pm |
| +3 | 9 | Không có | 117.8 pm |
| +4 | 6 | Không có | 87 pm |
| +4 | 8 | Không có | 98 pm |
| +5 | 6 | Không có | 75 pm |
| +6 | 6 | Không có | 72 pm |
| +7 | 6 | Không có | 71 pm |
Hợp chất
Đồng vị (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.
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã | Kiểu phân rã | |
|---|---|---|---|---|---|
| 219 Phóng xạ | 219,03143 ± 0,00021 | Không có | 570 us | α =100% | |
| 227 Phóng xạ | 227,034957 ± 0,000078 | Không có | 510 ms | α ≈100%β+ ? | |
| 222 Phóng xạ | 222,0333 ± 0,00021 | Không có | 480 ns | α =100% | |
| 235 Phóng xạ | 235,0440635 ± 0,0000021 | Không có | 396.1 ngày | ε =99.99740±1.3%α =0.00260±1.3% | |
| 236 Phóng xạ | 236,04657 ± 0,000054 | Không có | 153 ky | ε =86.3±0.8%β- =13.5±0.8%α =0.16±0.4% |
Tính chất mở rộng
Bán kính cộng hóa trị (mở rộng)
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö)
- 171 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết đôi)
- 136 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết ba)
- 116 pm
Bán kính van der Waals
- Alvarez
- 282 pm
- UFF
- 342,4 pm
- MM3
- 252 pm
Bán kính nguyên tử và kim loại
- Bán kính nguyên tử (Rahm)
- 281 pm
Các thang đánh số
- Mendeleev
- 22
- Pettifor
- 44
- Glawe
- 37
Các thang độ âm điện
- Ghosh
- 0
Độ phân cực hóa và tán sắc
- Độ phân cực hóa lưỡng cực
- 151 a.u.
- Độ phân cực hóa lưỡng cực (độ không đảm bảo)
- 20 a.u.
Chuyển pha và các dạng thù hình
| Nhiệt độ nóng chảy | 917,15 K |
Phân loại trạng thái oxi hóa
Dữ liệu tham khảo chuyên sâu
Chi tiết bán kính tinh thể (8)
| Điện tích | CN | Spin | rcrystal (pm) | Nguồn gốc |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Các kiểu phân rã đồng vị (44)
| Đồng vị | Chế độ | Cường độ |
|---|---|---|
| 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+ | — |
Dữ liệu bổ sung
Estimated Crustal Abundance
The estimated element abundance in the earth's crust.
Not Applicable
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Neptunium https://education.jlab.org/itselemental/ele093.html
Estimated Oceanic Abundance
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Not Applicable
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Neptunium https://education.jlab.org/itselemental/ele093.html
Tài liệu tham khảo
(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.