Нептуний
-
Общие сведения о нептунии
- Нептуний — химический элемент с символом Np и атомным номером 93.
- Назван в честь планеты Нептун.
- Металлический нептуний серебристого цвета, тускнеет на воздухе.
- Встречается в трех аллотропных формах.
-
Физические свойства
- Твердый, серебристый, пластичный металл.
- Плавится при 639 °C, температура кипения неизвестна.
- Содержит три аллотропа: α-нептуний, β-нептуний и γ-нептуний.
- α-нептуний имеет ромбическую структуру, β-нептуний — тетрагональную, γ-нептуний — объемно-центрированную кубическую.
-
Химические свойства
- Обладает пятью степенями окисления от +3 до +7.
- Наиболее стабильное состояние в растворе — +5, в твердых соединениях — +4.
- Металлический нептуний высокореактивен, ионы подвержены гидролизу и образованию координационных соединений.
-
Атомный состав
- Атом нептуния имеет 93 электрона, один электрон в 6d-подоболочке.
- Потенциал ионизации нептуния — 6,2657 эВ.
-
Изотопы
- Охарактеризованы двадцать четыре радиоизотопа, наиболее стабильные — 237Np, 236Np и 235Np.
- Большинство изотопов распадаются за счет захвата электронов или альфа-излучения.
- 237Np распадается на висмут-209 и таллий-205, образуя нептуниевый ряд.
-
Применение
- Используется как прекурсор для образования плутония-238.
- Применяется в радиоизотопных тепловых генераторах и детекторах нейтронов высоких энергий.
- Нептуниевая атомная бомба не была создана из-за трудностей с очисткой и выделением изотопов.
-
История открытия нептуния
- Нептуний был открыт в 1934 году Энрико Ферми и его командой.
- Ферми бомбардировал уран нейтронами и обнаружил неизвестный изотоп с атомным номером 93.
- Ферми предложил название «аусений» для нового элемента.
-
Распространение и концентрация нептуния в природе
- Нептуний присутствует в природе в незначительных количествах.
- 237Np и 239Np образуются в результате реакций трансмутации в урановых рудах.
- 240Np также присутствует в виде промежуточного продукта распада 244Pu.
-
Экологические аспекты нептуния
- Большая часть нептуния попадает в окружающую среду из ядерных взрывов.
- Нептуний быстро окисляется и обладает высокой подвижностью.
- Нептуний легко связывается с различными минералами и бетоном.
-
История и исследования
- В начале 1870-х годов Дмитрий Менделеев не включил нептуний в свою периодическую таблицу.
- В 1932 году открытие нейтрона вдохновило на исследования элементов тяжелее урана.
- Ферми и его команда не смогли доказать существование элемента 93 химическим путем.
- После открытия плутония и других трансурановых элементов была установлена серия актинидов.
-
Открытие нептуния
- В 1938 году Ферми получил Нобелевскую премию за открытие новых радиоактивных элементов.
- В 1940 году Нишина и Кимура пытались получить нептуний, но безуспешно.
- В 1940 году Макмиллан и Абельсон открыли нептуний, используя циклотрон.
-
Химические свойства и классификация
- Нептуний химически отличается от всех известных элементов.
- Макмиллан и Абельсон назвали его нептунием в честь планеты Нептун.
- В 1942 году Хан и Штрассман подтвердили существование нептуния.
-
Последующие исследования
- В 1942 году Сиборг и Уол открыли долгоживущий изотоп 237Np.
- В 1944 году был выделен первый объемный образец нептуния.
- Исследования нептуния сосредоточены на его сохранении как ядерных отходов.
-
Применение и производство
- Нептуний используется как радиоактивный индикатор и прекурсор для ядерных реакций.
- Большая часть нептуния считается отходами на атомных электростанциях.
- Подавляющее большинство нептуния получено искусственным путем.
-
Синтез и свойства нептуния-237
- Нептуний-237 является наиболее часто синтезируемым изотопом.
- Он образуется при захвате нейтронов и имеет длительный период полураспада.
- Используется в химических исследованиях и ядерной энергетике.
-
Образование и распад нептуния-237
- При захвате нейтрона 235U образуется 236U, который затем распадается до 237U.
- 237U быстро распадается до 237Np через бета-распад.
- 237Np также образуется при альфа-распаде 241Am.
-
Методы очистки нептуния
- Извлечение нептуния из отработавшего ядерного топлива является важным процессом.
- Используются различные методы разделения, включая экстракцию, хроматографию и электроосаждение.
-
Химия и соединения нептуния
- В водных растворах нептуний может существовать в пяти степенях окисления.
- Стабильность степеней окисления зависит от различных факторов.
- Гидроксиды и оксиды нептуния менее стабильны, чем у предшествующих актиноидов.
-
Оксиды нептуния
- Сообщалось о трех безводных оксидах: NpO2, Np2O5 и Np3O8.
- NpO2 стабилен при низких температурах и давлениях.
- Np2O5 относительно нестабилен и разлагается при высоких температурах.
-
Тройные оксиды нептуния
- Образуются при взаимодействии NpO2 с оксидами других элементов или осаждении из щелочного раствора
- Примеры: Li5NpO6, K3NpO5, Cs3NpO5, Rb3NpO5
- Оксидные соединения KNpO4, CsNpO4, RbNpO4 образуются при взаимодействии Np(VII) с нитратом щелочного металла и озоном
- Дополнительные соединения: Ba3(NpO5)2, Ba2NaNpO6, Ba2LiNpO6
- Шестивалентные оксиды нептуния образуются при взаимодействии NpO2 с щелочными или щелочноземельными оксидами
-
Галогениды нептуния
- Фториды: NpF3, NpF4, NpF5, NpF6, NpOF3, NpOF4
- Хлориды: NpCl3, NpCl4, NpOCl2, Cs2NpCl6, Cs3NpO2Cl4, Cs2NaNpCl6
- Бромиды: NpBr3, NpBr4
- Йодиды: NpI3
-
Халькогениды, пниктиды и карбиды нептуния
- Сульфиды: NpS, NpS3, Np2S5, Np3S5, Np2S3, Np3S4, NpOS, Np4O4S, Np2O2S
- Селениды: NpSe, NpSe3, Np2Se3, Np2Se5, Np3Se4, Np3Se5, NpOSe, Np2O2Se
- Теллуриды: NpTe, NpTe3, Np3Te4, Np2Te3, Np2O2Te
- Нитрид: NpN, изоморфен мононитриду урана и плутония
- Фосфиды: NpP, Np3P4
- Арсениды: NpAs, NpAs2, Np3As4
- Антимониды: NpSb, Np3Sb4
- Карбиды: NpC, Np2C3, NpC2
-
Другие неорганические вещества
- Соединения нептуния с висмутом, мышьяком, сурьмой, углеродом
-
Химические свойства нептуния
- Нептуний реагирует с водородом, образуя гидриды NpH2+x и NpH3.
- Гидриды требуют осторожного обращения из-за разложения при 300°C.
- Фосфаты нептуния исследованы для иммобилизации ядерных отходов.
-
Металлоорганические соединения
- Известны циклопентадиенильные и циклооктатетраенильные соединения нептуния.
- Нептуноцен и другие циклооктатетраенильные производные нептуния также получены.
- Гидрокарбилы и сольватированные трийодидные комплексы нептуния также известны.
-
Координационные комплексы
- Координационная химия нептуния изучена для всех пяти степеней окисления.
- Известны координационные соединения нептуния(III), (IV), (V), (VI) и (VII).
- В водном растворе большинство комплексов содержат нептуний в степенях окисления +4, +5 и +6.
-
Приложения
- 237Np используется как прекурсор для производства плутония-238.
- Нептуний способен к делению и может быть использован в ядерном оружии.
- 237Np используется в приборах для регистрации нейтронов и в обращении с ядерными отходами.
-
Нептуний в проекте Юкка Маунтин
- Нептуний-237 является наиболее подвижным актиноидом в глубоководных геологических хранилищах.
- Нептуний и его предшественники, такие как америций-241, могут быть уничтожены путем ядерной трансмутации.
- Нептуний станет основным источником радиотоксичности через 10 000 лет.
-
Извлечение и трансмутация нептуния
- Извлечение и трансмутация нептуния могут помочь минимизировать загрязнение окружающей среды.
- Неясно, что происходит с непереработанным топливом в течение длительного времени.
-
Биологическая роль и меры предосторожности
- Нептуний не играет биологической роли из-за короткого периода полураспада.
- Тесты на животных показали, что он плохо всасывается через пищеварительный тракт.
- Мелкодисперсный металлический нептуний опасен из-за пирофорности.
-
Рекомендации и библиография
- Библиография включает руководства по элементам и книги по химии актинидных элементов.
- Внешние ссылки включают видео и новости исследований.