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Neptunium Metall-Knöpfe (Foto mit freundlicher Genehmigung von Lawrence Berkeley National Laboratory) |
Neptunium
Geschichte
Benannt nach dem Planeten Neptun (benannt nach dem römischen Gott des Meeres), dem nächsten Planeten von der Sonne nach Uranus. Es gab viele frühe falsche Berichte über die Entdeckung von Neptunium., Das bedeutendste war von Enrico Fermi, der glaubte, dass das Bombardieren von Uran mit Neutronen, gefolgt von Beta-Zerfall, zur Bildung von Element 93 führen würde. Im Jahr 1934 bombardierte er Uranatome mit Neutronen und berichtete, dass er Elemente 93 und 94 produziert hatte. Wie sich herausstellte, hatte Fermi tatsächlich Uranatome in viele Fragmentradiisotope gespalten oder gespalten. Die Erklärung und Ankündigung der Entdeckung der Spaltung wurde später von Hahn und Strassman veröffentlicht, obwohl ihre Mitarbeiterin Lisa Meitner die Ergebnisse der Experimente korrekt interpretiert hatte., Im Jahr 1940 bombardierten Professor Edwin McMillan und Doktorand Philip Abelson mit Aufregung über die Spaltung, die die University of California in Berkeley erreichte, Uran mit von Zyklotronen produzierten moderierten (langsamen) Neutronen, was nicht zu einer „Spaltung“, sondern zu einer „Fusion“ der Reaktanten führte, die das neue Element 93 bildeten, das sie „Neptunium“ nannten:
23892U + 10n → 23992U → 23993Np + β-
Neptunium-239 war das erste Transuranelement, das synthetisch und das erste Actinid-Serie Transuranium Element entdeckt. Dieses Isotop hat eine Beta-Zerfall-Halbwertszeit von 2.,3565 Tage, die das Produkt Plutonium-239 mit einer Halbwertszeit von 24.000 Jahren bildet.
Isotope
Es gibt 25 bekannte radioaktive Isotope von Neptunium in Atomgewichten von 225 bis 244 mit 5 von denen als metastabile Isotope. Die stabilsten sind Np-237 mit einer Halbwertszeit von 2,14 Millionen Jahren; Np-236 mit einer Halbwertszeit von 154.000 Jahren; und Np-235 mit einer Halbwertszeit von 396 Tagen. Alle verbleibenden Isotope haben Halbwertszeiten von weniger als 4,5 Tagen, mit den meisten weniger als 50 Minuten., Der primäre Zerfallsmodus für Isotope, die leichter als 237Np sind, erfolgt durch Elektroneneinfang mit viel Alpha-Emission. Die Produkte sind meist Isotope von Uran. Der primäre Zerfallsmodus für Np-237 ist durch Alpha-Zerfall, der Protactinium bildet. Der primäre Zerfallsmodus für die Isotope, die schwerer als Np-237 sind, ist der Beta-Zerfall, der Plutonium bildet. Neptunium-237 zerfällt nach dem Zerfall zu Protactinium und dann zu Uran schließlich zu Wismut-209 und Thallium-205. Im Gegensatz zu den meisten anderen üblichen schweren Kernen, die zerfallen, um Isotope von Blei zu bilden, ist diese Zerfallskette als Neptunium-Reihe bekannt.,
Eigenschaften
Neptuniummetall wird durch Reaktion von NpF3 mit flüssigem oder gasförmigem Barium oder Lithium bei etwa 1200°C hergestellt und oft aus abgebrannten Kernbrennstäben in Kilogramm extrahiert Mengen. Neptunium-Metall ist Silber im Aussehen, chemisch reaktiv und wird in mindestens drei Allotropen gefunden:
Neptunium hat den größten Flüssigkeitsbereich eines Elements, 3363 K, zwischen dem Metallschmelzpunkt und dem Siedepunkt. Es ist das dichteste aller Aktinide und das fünft dichteste aller natürlich vorkommenden Elemente., Vor kurzem wurde ein neptunium-basierten Supraleiter-Legierung entdeckt wurde, mit der Formel NpPd5Al2. Das Auftreten von Supraleitung in Neptuniumverbindungen ist überraschend, da sie häufig einen starken Magnetismus aufweisen, der normalerweise die Supraleitung zerstört. Neptunium bildet eine Vielzahl von Verbindungen, einschließlich der Tri-und Tetrahalogenide wie NpF3, NpF4, NpCl4, NpBr3 und NpI3. Neptuniumoxide wie Np3O8 und NpO2 finden sich auch im Uran-Sauerstoff-System. Neptuniumhexafluorid, NpF6, ist flüchtig wie Uranhexafluorid.,
In Lösung weist Neptunium fünf Oxidationszustände auf, III, IV, V, VI und VII, wobei der V-Zustand der stabilste ist. Die Lösung Ionen, III und IV sind die einfachen Ionen, Np3+ und Np4+. Ähnlich wie sein Uran-Gegenstück wird es mit zunehmender Ladung auf die Neptunium-Ionen über ein größeres Oxy-Kation verteilt. So existiert Np(V) in Lösung als NpO2+, Np(VI) tritt als NpO22 aus, und Np(VII) ist eine Oxykation mit einer Struktur, die wahrscheinlich Hydroxidionen enthält, da sie nur in stark basischen Lösungen stabil ist., Diese letzteren mit Sauerstoff angereicherten Spezies stehen im Gegensatz zu den seltenen Erden, die nur einfache Ionen der Oxidationszustände (II), (III) und (IV) in wässriger Lösung aufweisen. In Lösung wird Np(III) leicht in Luft oxidiert, um Np(IV) zu bilden. Np (VII), stabil in basischen Lösungen, reduziert sich schnell auf Np(VI), wenn der pH-Wert saurer wird. In sauren Lösungen ist Np+3 dunkelblau-lila; Np+4 ist grasgrün; NpO2+ ist smaragdgrün; NpO2++ ist hell burgunderrot und Np(VII) ist dunkelgrün in stark basischen Lösungen .
