Нептунијум

Нептунијум (, лат. ) је хемијски елемент из групе актиноида са атомским бројем 93.^[4] Име је добио по планети Нептун.^[5] Нептун је радиоактиван елемент сребрне боје, није застуљен у природи. Реагује са кисеоником, воденом паром и киселинама. Са базама не реагује. Нептунијум је откривен 1940. године у САД, али је то откриће објављено тек 6 година касније.

Нептунијум

Општа својства
Име, симбол	нептунијум, Np
Изглед	сребрнасто металичан
У периодноме систему
Водоник Хелијум Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон ↑ Np ↓ () уранијум ← нептунијум → плутонијум ‍
Атомски број (Z)	93
Група, периода	група Н/Д, периода 7
Блок	f-блок
Категорија	актиноид
Рел. ат. маса (Ar)	237,0481736(19)[1]
Масени број	237 (најстабилнији изотоп)
Ел. конфигурација
по љускама	2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
Физичка својства
Тачка топљења	912±3 K ​(639±3 °‍C, ​1182±5 °F)
Тачка кључања	4447 K ​(4174 °‍C, ​7545 °F) (екстраполирано)
Густина при с.т.	алфа: 20,45 g/cm3[2] прихваћена стандардна вредност: 19,38 g/cm3
Топлота фузије	5,19 kJ/mol
Топлота испаравања	336 kJ/mol
Мол. топл. капацитет	29,46 J/(mol·K)
Напон паре P (Pa) 100 101 102 на T (K) 2194 2437 P (Pa) 103 104 105 на T (K)
Атомска својства
Електронегативност	1,36
Енергије јонизације	1: 604,5 kJ/mol
Атомски радијус	155 pm
Ковалентни радијус	190±1 pm
Спектралне линије
Остало
Кристална структура	​орторомбична
Топл. водљивост	6,3 W/(m·K)
Електроотпорност	1,220 µΩ·m (на 22 °C)
Магнетни распоред	парамагнетичан[3]
CAS број	7439-99-8
Историја
Именовање	по планети Нептун, која је названа по римском богу мора Нептуну
Откриће	Едвин Матисон Макмилан и Филип Х. Абелсон (1940)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (1/2) ТР ПР 235Np 396,1  α 231 ε 235 236 1,54×105 y ε 236 β− 236 α 232 237 трагови 2,144×106 y α 233 239 трагови 2,356  β− 239
референце • Википодаци

У периодном систему елемената налази се у групи актиноида (-блок 7. периоде). Нептунијум је први међу такозваним трануранијским елементима, који се, осим трагова нептунијума и плутонијума, на Земљи више не налазе у природи. Нептунијум је отровни и радиоактивни тешки метал. Име је добио по планети Нептун, јер та планета у Сунчевом систему следи након Урана. Аналогно планетама, нептунијум такође слиједи уранијум у периодном систему, а након њега следи плутонијум, најтежи елемент који се може наћи у природи, са атомским бројем 94.

Историја

Мендељејев периодични систем из 1871. са празником за нептунијум у доњој ивици, након уранијума ( = 240)

У мају 1934. немачка физичарка и хемичарка Ида Нодак објавила је запажања о тадашњим празнинама у периодном систему елемената те је на крају свог рада поставила теорију о могућности постојања трансуранских елемената.^[6] Неколико недеља касније Енрико Ферми објавио је три своја рада на исту тему.^[7][8][9] Нодак се у септембру 1934. у низу дискусија разишла са Фермијем по питању наводног открића елемента 93. У својим излагањима, она је између осталог предвидела његово откриће помоћу цепања атомских језгара индукованих неутронима. „Било би замисливо да би се бомбардовањем тешких језгара неутронима, она распала у неколико већих „комада”, који би можда били изотопи већ познатих елемената, али не и суседи (у ПСЕ) озрачених елемената”, изјавила је Нодак.^[10]

Радиоактивни елемент нептунијум први пут су синтетисали 1940. научници Едвин Матисон Макмилан и Филип Х. Абелсон бомбардовањем језгара уранијума неутронима.^[11][12][13]

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2,355\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu} }$

Наведена времена односе се на времена полураспада.

Артур Ч. Вол и Глен Т. Сиборг открили су 1942. изотоп нептунијума ²³⁷. Он је настао из изотопа уранијума ²³⁷, који емитује β-зраке са временом полураспада од седам дана, или () процесом из изотопа ²³⁸. Изотоп ²³⁷ емитује алфа-зраке а има време полураспада од око 2.144.000 година.^[14]

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ {\xrightarrow[{}]{(n,\ 2n)}}\ _{\ 92}^{237}U\ {\xrightarrow[{7\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{237}Np\ {\xrightarrow[{2,144\ x\ 10^{6}\ a}]{\alpha }}\ _{\ 91}^{233}Pa} }$

Године 1950. из изотопа уранијума ²³³, ²³⁵ и ²³⁸ путем бомбардовања деутеронима добијени су изотопи нептунијума ²³¹, ²³² и ²³³.^[15] Године 1958. из високообогаћеног уранијума ²³⁵, такође бомбардовањем деутеронима, добијени су изотопи ²³⁴, ²³⁵ и ²³⁶.^[16] Једносатна активност нептунијума, која је раније приписивана изотопу ²⁴¹, заправо „припада” изотопу ²⁴⁰.^[17]

Особине

Физичке

Метални нептунијум има сребрнаст изглед, хемијски је веома реактиван и постоји у најмање три различите модификације:^[18]

Модификације при атмосферском притиску

Ознака фазе	стабилни температурни распон	густина (при температури)	кристални систем
		20,25	орторомпски
	изнад 280 °C	19,36	тетрагонални
	изнад 577 °C	18,0	кубни

Сматра се да је нептунијум један од најгушћих хемијских елемената. Поред ренијума, осмијума, иридијума и платине, он је један од малобројних елемената са густином изнад 20 ³.

Хемијске

Нептунијум гради цели низ једињења у којима се може налазити у оксидационим стањима од +3 до +7. Тако нептунијум заједно с плутонијумом поседује највише могуће оксидацоно стање међу свим актиноидима. У воденим растворима јони нептунијума имају врло карактеристичну боју. На пример јон ³⁺ је љубичаст, док је ⁴⁺ жуто-зелен, а зелен. Осим њих, јон је ружичасто-црвен док је тамнозелен.^[19]

Изотипи

Укупно је познато 20 изотопа нептунијума те пет нуклеарних изомера. Најдуже „живући” изотопи су ²³⁷ са временом полураспада од 2,144 милиона година, ²³⁶ са 154 хиљаде година и ²³⁵ sa 396,1 дана. Остали изотопи и нуклеарни изомери имају времена полураспада између 45 наносекунди () и 4,4 дана (²³⁴).

• ²³⁵ се распада са временом полураспада од 396,1 дана, тако што се 99,9974% распадне путем електронског захвата на уранијум ²³⁵ а 0,0026% путем алфа-распада на протактинијум ²³¹, који се налази један корак иза ²³⁵ у такозваној уранијум-актинијум серији.
• ²³⁶ се распада са временом полураспада од 154.000 година, тако што се 87,3% распадне путем електронског захвата на уранијум ²³⁶, 12,5% се распада путем бета-распада на плутонијум ²³⁶ а 0,16% путем алфа-распада на протактинијум ²³². Уранијум ²³⁶ налази се у торијумовој серији (ланцу) распада те се са временом полураспада од 23,42 милиона година распада до свог „званичног” почетног нуклида ²³². Изотоп ²³⁶ се распада уз време полураспада од 2,858 године^[20] путем алфа-распада на „међупроизвод” ²³², који се уз време полураспада од 68,9 година опет распада до ²²⁸, изотоп на главној грани распадног ланца.
• ²³⁷ распада се са временом полураспада од 2,144 милиона година путем алфа-распада на протактинијум ²³³. ²³⁷ је тако и главно полазиште нептунијумове серије, ланца распада који завршава стабилним изотопом талијума ²⁰⁵.