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.

Нептуний
← Уран | Плутоний →
93 Pm

Np

(Uqs)
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
93Np
Unknown.svg
Electron shell 093 Neptunium.svg
Внешний вид простого вещества
Neptunium2.jpg
Шарик из нептуния-237
Свойства атома
Название, символ, номер Нептуний / Neptunium (Np), 93
Группа, период, блок 3 (устар. 3), 7,
f-элемент
Атомная масса
(молярная масса)
237,048 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Rn] 5f46d17s2
Радиус атома 130 пм
Химические свойства
Радиус иона (+4e) 95 (+3e) 110 пм
Электроотрицательность 1,36 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Np←Np4+ −1,30 В
Np←Np3+ −1,79 В
Np←Np2+ −0,3 В
Степени окисления +2, +3, +4, +5, +6, +7
Энергия ионизации
(первый электрон)
0,0 (0,00) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 20,25 г/см³
Температура плавления 913 K
Температура кипения 4175 K
Уд. теплота плавления (9,6) кДж/моль
Уд. теплота испарения 336 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 29,62[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём 21,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки Орторомбическая
Параметры решётки a=6,663 b=4,723 c=4,887[2]
Отношение c/a -
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) (6,3) Вт/(м·К)
Номер CAS 7439-99-8
93
Нептуний
(237)
5f46d17s2

Простое вещество нептуний — это первый радиоактивный трансурановый металл серебристо-белого цвета.

ИсторияПравить

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 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[3]. Первый полученный искусственно трансурановый элемент[4]. Получил название в честь планеты Нептун — первой от Солнца после Урана[3]

Реакция синтеза: 238U(n,γ)239U(β)239Np.

Происхождение названияПравить

Название нептуния образовано от названия восьмой в Солнечной системе планеты Нептун.

Нахождение в природеПравить

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 свойстваПравить

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)[4].

ИзотопыПравить

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⋅106 лет α
238 2,1 дня β
239 2,33 дня β
240 7,3 минут β
241 16 минут β

Химические свойстваПравить

С сухим воздухом взаимодействует медленно, покрываясь тонкой оксидной плёнкой. При высокой температуре на воздухе он быстро окисляется до NpO2. Пирофорен в мелкодисперсном состоянии[4].

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[4]. 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)[4].

ПолучениеПравить

В реакторах-размножителях нептуний получают как побочный продукт при производстве плутония из урана-238 (примерно одна часть нептуния на тысячу частей плутония)[3].

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

 

В год в мире производится несколько сот кг нептуния[4].

ПрименениеПравить

Изотоп нептуний-237 используется при получении плутония-238[4]. Нептуний-239 используется для получения плутония-239. В дальнейшем продукты реакции используются в ядерных реакциях.

Физиологическое действиеПравить

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 2,6⋅10−3 Бк/м³.

ПримечанияПравить

  1. Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 216. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.
  2. WebElements Periodic Table of the Elements | Neptunium | crystal structures
  3. 1 2 3 Morss L. neptunium (англ.). — статья из Encyclopædia Britannica Online. Дата обращения: 31 декабря 2021.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 Нептуний / Мясоедов Б. Ф. // Нанонаука — Николай Кавасила. — М. : Большая российская энциклопедия, 2013. — С. 383—384. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 22). — ISBN 978-5-85270-358-3.

СсылкиПравить

ЛитератураПравить

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