Нептуний

Непту́ний (химический символ — Np, от лат. Neptunium) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 93. Относится к семейству актиноидов. Один из изотопов (нептуний-237) является родоначальником вымершего радиоактивного ряда нептуния. Нептуний является первым трансурановым элементом.

Простое вещество нептуний — радиоактивный очень тяжёлый 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, Х. Хулубей 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<ref name="Britannica">Шаблон:Британника онлайн</ref>. Первый полученный искусственно трансурановый элемент<ref name="БРЭ">Шаблон:БРЭ</ref>. Получил название в честь планеты Нептун — последней от Солнца. Реакция синтеза: ²³⁸U(n,γ)²³⁹U(β⁻)²³⁹Np. Название нептуния образовано от названия восьмой в Солнечной системе планеты Нептун. Это название было ранее использовано немецко-российским химиком И. Р. Германом (Hans Rudolph Hermann), который в 1877 году утверждал, что открыл новый химический элемент в минерале танталит; в действительности он принял за новый элемент смесь ниобия и тантала<ref>Шаблон:Статья</ref>.

Нахождение в природе

Нептуний обнаруживается в следовых количествах в урановых рудах.

Основная масса нептуния, присутствующего в окружающей среде, возникла в результате атмосферных ядерных взрывов, произведённых начиная с первого в мире испытания ядерного оружия в 1945 году до их запрета согласно Московскому договору 1963 года. Количество нептуния, выброшенного в окружающую среду в результате этих взрывов, оценивается в 2500 кг. Ввиду небольшого периода полураспада большинства изотопов, количество выброшенного нептуния уменьшилось к настоящему времени на несколько порядков.

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)<ref name="БРЭ" />.

Изотопы

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

Радиоактивные свойства некоторых изотопов нептуния:

Массовое число	Период полураспада	Тип распада
231	50 минут	α
232	13 минут	электронный захват
233	35 минут	α (1 %), электронный захват (99 %)
234	4,4 дня	α (1 %), электронный захват (99 %)
235	410 дней	β+ (1 %), электронный захват (99 %)
236	5000 лет	α
237	2,20Шаблон:E лет	α
238	2,1 дня	β−
239	2,33 дня	β−
240	7,3 минут	β−
241	16 минут	β−

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<ref name="БРЭ" />.

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<ref name="БРЭ" />. 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)<ref name="БРЭ" />.

Интересной особенностью катионов нептуноила NpO₂²⁺ является их способность притягиваться друг к другу за счет катион-катионных взаимодействий<ref>Шаблон:Статья</ref>.

Получение

Нептуний образуется как побочный продукт в любом реакторе, работающем на уране-235. Основной реакцией в них является деление ядер урана-235 нейтронами, однако часть ядер урана-235 захватывает нейтрон без деления, превращаясь в изотоп уран-236. Он в дальнейшем тоже может захватить нейтрон, образуя короткоживущий бета-радиоактивный уран-237, который с периодом 6,7 суток распадается в нептуний-237. Отработанное ядерное топливо типичного водо-водяного реактора содержит примерно 0,5 кг нептуния-237 на тонну<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Другой изотоп, нептуний-239, образуется при захвате нейтрона ураном-238. Сначала при этом образуется изотоп уран-239, который с периодом 23 минуты распадается в нептуний-239. Нептуний-239 имеет период полураспада 2,3 суток, он распадается в плутоний-239.

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

<math>\mathsf{NpF_4 + 2Ba \ \xrightarrow{\ }\ Np + 2BaF_2 }</math>

В год в мире производится несколько сот кг нептуния<ref name="БРЭ" />.

Применение

Изотоп нептуний-237 используется при получении плутония-238<ref name="БРЭ" />. Нептуний-239 образуется в ядерных реакторах в результате распада урана-239 и в свою очередь распадается с образованием плутония-239. В дальнейшем продукты реакции используются в ядерных реакциях.

Физиологическое действие

Файл:Radiation warning symbol.svg

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 2,6Шаблон:E Бк/м³.

Ссылки

• Нептуний на Webelements Шаблон:Wayback
• Нептуний в Популярной библиотеке химических элементов Шаблон:Архивировано

Литература

• Шаблон:Книга

	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1
2
3
4
5
6
7