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 . Входит в радиоактивный ряд нептуния .

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 , 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 . Первый полученный искусственно трансурановый элемент . Получил название в честь планеты Нептун — последней от Солнца. Реакция синтеза: ²³⁸ U(n,γ) ²³⁹ U(β ⁻ ) ²³⁹ Np.

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: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6p ⁶ 5f ⁴ 6d ¹ 7s ² .

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:

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	2,20⋅10 6 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 NpO ₂ . 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 Np ³⁺ , Np ⁴⁺ , NpO ₂ ⁺ , NpO ₂ ²⁺ и NpO ₅ ³⁻ .

Ионы нептуния склонны к гидролизу , диспропорционированию и комплексообразованию . Окрашивают водные растворы в фиолетово-голубой (Np ³⁺ ), жёлто-зелёный (Np ⁴⁺ ), голубовато-зелёный (NpO ₂ ⁺ ), розовый (NpO ₂ ²⁺ ) и зелёный или коричневый цвета (NpO ₂ ³⁺ , соответственно в щелочной или кислой среде) .

Интересной особенностью катионов нептуноила NpO ₂ ²⁺ является их способность притягиваться друг к другу за счет катион-катионных взаимодействий .

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. ОЯТ типичного водо-водяного реактора содержит примерно 0,5 кг нептуния-237 на тонну .

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, и распадается в плутоний-239 .

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

${\displaystyle {\mathsf {NpF_{4}+2Ba\ {\xrightarrow {\ }}\ Np+2BaF_{2}}}}$

В год в мире производится несколько сот кг нептуния .

Применение

Изотоп нептуний-237 используется при получении плутония-238 . Нептуний-239 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

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: ²³⁷ Np — 0,06 мккюри (100 мкг), ²³⁸ Np, ²³⁹ Np — 25 мккюри (1 нг). Для ²³⁷ Np ПДК в воздухе рабочих помещений 2,6⋅10 ⁻³ Бк/м³.

Примечания

Ссылки

• от 23 октября 2004 на Wayback Machine
• 22 августа 2011 года.

Литература

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М. : Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3 (Мед-Пол). — 639 с. — ISBN 5-82270-039-8 .