title-icon
Яндекс.Метрика

Нептуний

19.04.2022


Нептуний (химический символ — Np, от лат. Neptunium) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — третьей группы побочной подгруппы, IIIB) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 93. Относится к семейству актиноидов.

Простое вещество нептуний — это первый радиоактивный трансурановый 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 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 — первой от Солнца после Урана

Реакция синтеза: 238U(n,γ)239U(β−)239Np.

Происхождение названия

Название нептуния образовано от названия восьмой в Солнечной системе планеты Нептун.

Нахождение в природе

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

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

Радиоактивные свойства некоторых изотопов нептуния:

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).

Получение

В реакторах-размножителях нептуний получают как побочный продукт при производстве плутония из урана-238 (примерно одна часть нептуния на тысячу частей плутония).

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

N p F 4 + 2 B a   →     N p + 2 B a F 2 {displaystyle {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 используется для получения 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.