Neptunium

Vun Wikipedia
Wesseln na: Navigatschoon, Söök
93 UNeptuniumPu
Pm

Np

nix
Np-TableImage.png
Allgemeen
Naam, Teken, Atomtall Neptunium, Np, 93
Cheemsch Serie Actinoid
Klöör sülvern
Atommass 237,0482 g/mol
Elektronenkonfiguratschoon [Rn]5f46d17s2
Elektronen je Schaal 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
Physikaalsche Egenschoppen
Phaas Faststoff
Dicht 20,45 g·cm−3 (bi RT)
Smöltpunkt 912 K
(639 °C)
Kaakpunkt 4175 K
(3.902°C)
Atomare Egenschoppen
Kristallstruktur orthorhombsch (α-Np)
Ionisatschoonsenergien 1.: 604,5 kJ/mol
Atomradius 155 pm
Annere Egenschoppen
Isotopen (Utwahl)
Hööftartikel: Isotopen vun Neptunium
Iso VN t½ VO VE (MeV) VP
235Np nee 396,1 d α 5,192 231Pa
ε 0,124 235U
236Np nee 1,54 · 105 a ε 0,940 236U
β- 0,490 236Pu
α 5,020 232Pa
237Np nee 2,144 · 106 a α 4,959 233Pa
238Np nee 2,117 d β- 238Pu
239Np nee 2,355 d β- 239Pu

Neptunium is en cheemsch Element mit dat Atomteken Np un de Atomtall 93. Dorbi hannelt sik dat üm en Swoormetall, dat giftig un radioaktiv is, un in’t Periodensystem to de Grupp vun de Actinoiden höört. Neptunium is dat eerste Transuran, also dat eerste Element achter dat Uran, de in de Natur – afsehn vun Plutoniumsporen, de eerst na Inföhren vun den Begreep opdeckt weern – nich vörkamt. De Naam is ut dat Sünnsystem afleidt, woneem de Planeten Uranus, Neptun un Pluto openanner folgt, jüst so as in’t Periodensystem de Elementen Uran, Neptunium un Plutonium.

Historie[ännern | Bornkood ännern]

In’n Mai 1934 hett sik Ida Noddack to de Lücken in’t Periodensystem vun de Elementen utlaten, de dat dormols noch geven het. An’t Enn vun ehr Arbeit schreev se wieter över de Mööglichkeit vun Transuranen[1]. Wenige Weken later hett Enrico Fermi to dit Thema dree Arbeiten publizeert[2][3][4]. In’n November 1934 hett sik Noddack kritisch mit de vörgeevliche Opdecken vun’t Element 93 vun Fermi utenannersett. In ehr Afhanneln hett se ünner annern de Opdecken vun de neutroneninduzeert Karnsplitten vörweg nahmen. Se segg, dat dat mööglich weer, dat swore Karns in verschedene grote Stücken verfallt, wenn se mit Neutronen beschaten warrt. Disse Brookstücken weer denn woll Isotopen vun bekannte Elementen, aver keen Navers vun de bestrahlten Elementen[5].

Dat radioaktive Element Neptunium is 1940 to’n eersten mol dör E. M. McMillan un P. H. Abelson bi’t Bescheten vun Uran mit Neutronen synthetiseert worrn[6][7][8].

\mathrm{^{238}_{\ 92}U\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow \ ^{239}_{\ 92}U\ \xrightarrow[23 \ min]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 93}Np\ \xrightarrow[2,355 \ d]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 94}Pu}
Anmarken: De angeven Tieten sünd Halfweertstieten.

In’t Johr 1942 hebbt Arthur C. Wahl un Glenn T. Seaborg dat Neptunium-Isotop 237Np opdeckt. Dat entsteiht ut 237U, wat en β-Strahler mit en Halfweertstiet vun ruchweg söven Daag is. Ut 238U warrt dat dör en (n, 2n)-Vörgang billt. 237Np is en α-Strahler mit en Halfweertstiet vun 2,144 · 106 Johren.[9]

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

Ut 233U, 235U un 238U weern 1950 dör Bescheten mit Deuteronen de Neptunium-Isotopen 231Np, 232Np un 233Np tüügt[10]. In’t Johr 1958 weer ut hoochanriekert 235U dör Bescheten mit Deuteronen de Neptunium-Isotopen 234Np, 235Np un 236Np tüügt[11]. De 1-Stünnen Neptunium-Aktivität, de vörher dat 241Np torekent weer, höört dorgegen to dat Isotop 240Np.[12]

Winnen un Dorstellen[ännern | Bornkood ännern]

En nickelbeschicht Neptunium-Kugel in Halfschalen vun hoochanriekert Uran (swart anlopen)

Winnen vun Neptunium-Isotopen[ännern | Bornkood ännern]

Neptunium entsteiht as „Biprodukt“ bi’t Energiewinnen in Karnreakters. Een Tünn verbrukten Karnbrennstoff schall ruchweg 500 g Neptunium bargen[13]. Neptunium, dat op dissen Weg entstahn is, besteiht meist blots ut dat Isotop 237Np. Entstahn deit dat ut dat Uran-Isotop 235U dör dubbelten Neutroneninfang mit ansluten β-Zerfall.

\mathrm{^{235}_{\ 92}U\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow \ ^{236}_{\ 92}U_m\ \xrightarrow[120 \ ns]{} \ ^{236}_{\ 92}U\ +\ \gamma}
\mathrm{^{236}_{\ 92}U\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow \ ^{237}_{\ 92}U\ \xrightarrow[6,75 \ d]{\beta^-} \ ^{237}_{\ 93}Np}

Dorstellen vun elementar Neptunium[ännern | Bornkood ännern]

Metallsch Neptunium kann dör Redukschoon ut sien Verbinnen dorstellt warrn. As eerst is Neptunium(III)-fluorid mit elementar Barium oder Lithium bi 1200 °C to’n reageeren bröcht worrn:

\mathrm{2\ NpF_3\ +\ 3\ Ba\ \longrightarrow \ 2\ Np\ +\ 3\ BaF_2}

Egenschoppen[ännern | Bornkood ännern]

physikaalsch[ännern | Bornkood ännern]

Neptinium is en Metall mit en sülvern Utsehn, dat cheemsch reaktiv is un in tomindst dree verschedene Modifikatschonen vörkummt[14]:

Modifikatschonen bi Atmosphärendruck
Phasenbeteken bestännig Temperaturrebeet Dicht (Temperatur) Kristallsystem
α-Np 20,25 g/cm3 (20 °C) orthorhombsch
β-Np över 280 °C 19,36 g/cm3 (313 °C) tetragonal
γ-Np över 577 °C 18,0 g/cm3 (600 °C) kuubsch

cheemsch[ännern | Bornkood ännern]

Neptunium bill en Reeg vu Verbinnen, in de dat in de Oxidatschoonsstopen +3 bit +7 hebben kann. Tosamen mit Plutonium billt Neptunium dormit de höchste Oxidatschoonsstoop vun all Actinoiden. In waterige Lösen hebbt de Neptinium-Ionen tyypsche Klören: so is Np3+ purpurvigelett, Np4+ geelgröön, NpVO2+ gröön, NpVIO22+ rosaroot un NpVIIO23+ deepgröön[15].

bioloogsch[ännern | Bornkood ännern]

En bioloogsche Funkschoon is vun’t Neptunium nich bekannt[16], as dat ok to vermoden is bi en Elemente, dat in de Natur nich vörkummt. Anaerobe Mikroorganismen künnt mit Mn(II/III)- un Fe(II)-Spezies Np(V) to Np(IV) reduzeeren.[17]. Bito weern de Fakters ünnersöcht, de de Biosorpschoon[18][19] un Bioakkumulatschoon[20] vun’t Neptunium dör Bakterien beinflussen doot.

Isotopen[ännern | Bornkood ännern]

Vun’t Neptunium sünd aktuell twintig Isotopen un fief Karnisomeren bekannt. De längste Halfweertstiet hett dorbi dat 237Np mit 2,144 Mio. Johren, folgt vun 236Np mit 154.000 Johren un 235Np mit 396,1 Daag. De annern Isomeren un Isotopen hebbt Halfweertstieten twüschen 45 Nanosekunnen un 4,4 Daag.

  • 236Np maakt in 87,3 % vun all Fäll en Elektroneninfang un wannelt sik dorbi in Uran 236U. In 12,5 % vun de Fäll warrt dorut Plutonium 236Pu dör Betaverfall un in de restlichen 0,16 % dörlöpt dat en Alphaverfall un wannelt sik to Protactinium 232Pa. Dat Uran 236U liggt op de Thorium-Reeg un verfallt mit 23,42 Millionen Johren Halfweertstiet to Thorium 232Th. Dat 236Pu verfallt wieter mit en Halfweertstiet vun 2,858 Johren[21] dör Alphaverfall to 232U, wat dorna mit 68,9 Johren to 228Th.
  • 237Np verfallt dör Alphaverfall to Protactinium 233Pa. Dat Neptunium-Isotop is de offizielle Utagngspunkt vun de Neptunium-Reeg, en Verfallskeed, de bi’t Isotop Thallium 205Tl ophöört.

Splittborkeit[ännern | Bornkood ännern]

As bi de all Transuranen is ok bi de Neptunium-Isotopen Karnsplitten mööglich, de dör Neutronen utlöst waart. De Isotopen, de in’n Karn en ungrade Neutronentall hebbt – vun de Isotopen mit grote Halfweertstiet also dat 236Np – hebbt en groten Wirkdweersnitt för’t Splitten mit thermische Neutronen. Bi’t 236Np liggt de bi 2600 Barn[22], dat also licht to splitten geiht.

Bi dat in’n Karnbrennstoff anfallen 237Np bedriggt de dorgegen blots 20 Millibarn[22]. Man, dat Isotop is dör annere karnphysikaalsche Egenschoppen egent, üm mit dat Splitten dör gaue Neutronen in’t reine Material en Kedenreakschoon oprecht to hollen. In’t Los Alamos National Laboratory is sien kritische Masse in Experimenten op ruchweg 60 kg bestimmt worrn[23][24]. Dat heet, 237Np is en Material, dat för Karnwapen insett warrn künn[25][26].

Anwennen[ännern | Bornkood ännern]

Dat Isotop 237Np, dat in Karnreakters ut 235U brööt warrt, kann to’n Winnen vun 238Pu bruukt warrn, wat in Radionuklidbatterien nütt warrt. Dorto warrt dat – tosamen mit lütte Mengden vun annere Neptuniumisotopen – vun afbrennten Karnbrennstoff afscheedt un in Brennstääv füllt, de blots Neptunium bargt. De warrt den wedder in Karnreakters insett, woneem se mit Neutronen bestrahlt warrt. Dorbi warrt ut dat 237Np dat Isotop 238Pu brööt.

\mathrm{^{237}_{\ 93}Np\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow \ ^{238}_{\ 93}Np\ \xrightarrow[2,117 \ d]{\beta^-} \ ^{238}_{\ 94}Pu}

Verbinnen[ännern | Bornkood ännern]

Neptunium-Ionen in de Oxidationsstopen +3 bit +7 in waterige Lösen.

Oxiden[ännern | Bornkood ännern]

Oxiden sünd vun’t Neptunium in de Oxidatschoonsstopen +4 bit +6 bekannt:Neptunium(IV)-oxid (NpO2), Neptunium(V)-oxid (Np2O5) un Neptunium(VI)-oxid (NpO3 · H2O)[27]. Neptuniumdioxid (NpO2) is dat cheemsch bestännigste Oxid vun’t Neptunium un warrt in Brennstääv verwennt.

Halogeniden[ännern | Bornkood ännern]

För Neptunium sünd Halogeniden in de Oxidatschoonsstopen +3 bit +6 bekannt[28]. Verbinnen vun all veer Halogenen Fluor, Chlor, Brom un Jod sünd in de Stoop +3 bekannt. In de Oxidatschoonsstoop +6 is sünners dat Neptuniumhexafluorid (NpF6) vun gröttere Bedüden. Dat is en orangen Faststoff, de licht flüchtig is un al bi 56 °C in’n gasförmigen Tostand wesselt. In disse Egenschop is dat jüst so as dat Uranhexafluorid un dat Plutoniumhexafluorid un kann dorüm jüst so ok bi’t Anriekern un bi’t Isotopenscheden insett warrn.

Oxidatschoonstall F Cl Br I
+6 Neptunium(VI)-fluorid
NpF6
orange
+5 Neptunium(V)-fluorid
NpF5
hellblau
+4 Neptunium(IV)-fluorid
NpF4
gröön
Neptunium(IV)-chlorid
NpCl4
rootbruun
Neptunium(IV)-bromid
NpBr4
düsterroot
+3 Neptunium(III)-fluorid
NpF3
vigelett
Neptunium(III)-chlorid
NpCl3
gröön
Neptunium(III)-bromid
NpBr3
gröön
Neptunium(III)-iodid
NpI3
vigelett

Metallorgaansche Verbinnen[ännern | Bornkood ännern]

Analog to Uranocen, en Organometallverbinnen in de Uran vun twee Cyclooctatetraen-Liganden komplexeert is, sünd solke Komplexe ok vun Neptunium dorstellt worrn[29].

Sekerheit[ännern | Bornkood ännern]

En Inorden na de Gefohrstoffverordnung gifft dat nich, vun wegen dat dor blots de cheemschen Gefohren binnen staht. De speelt bi Neptunium keen Rull gegenöver de Gefohr, de vun de Radioaktivität utgeiht.

Literatur[ännern | Bornkood ännern]

  • Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Transurane:
    • Deel A 1 II, S. 14–17
    • Deel A 2, S. 100–118, 180–181, 250–253, 258
    • Deel B 1, S. 1–9
    • Deel C, S. 2–3, 7–10, 82–83, 92–114, 157–159, 174–175, 189–194, 200–201, 228, 245, 248–249, 251, 272
    • Deel D 1, S. 27–30, 37–58, 100–105
  • C. Keller: „Die Chemie des Neptuniums“, in: Fortschr. chem. Forsch., 1969/70, 13/1, S. 1–124; Eerste Siet.
  • Zenko Yoshida, Stephen G. Johnson, Takaumi Kimura, John R. Krsul: Neptunium, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Rgv.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S. 699–812; DOI: 10.1007/1-4020-3598-5_6.
  • RADIOCHEMISTRY OF NEPTUNIUM 1974.
  • Kurt Starke: „Zur Frühgeschichte des Neptuniums“, in: Isotopes in Environmental and Health Studies, 1990, 26 (8), S. 349–351; DOI: 10.1080/10256019008624331.

Borns[ännern | Bornkood ännern]

  1. Ida Noddack: „Das Periodische System der Elemente und seine Lücken“, in: Angewandte Chemie, 1934, 47 (20), S. 301–305; DOI: 10.1002/ange.19340472002.
  2. E. Fermi: „Radioactivity Induced by Neutron Bombardment“, in: Nature, 1934, 133, S. 757–757; DOI: 10.1038/133757a0.
  3. E. Fermi: „Element No. 93“, in: Nature, 1934, 133, S. 863–864; DOI: 10.1038/133863e0.
  4. E. Fermi: „Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92“, in: Nature, 1934, 133, S. 898–899; DOI: 10.1038/133898a0.
  5. Ida Noddack: „Über das Element 93“, in: Angewandte Chemie, 1934, 47 (37), S. 653–655; DOI: 10.1002/ange.19340473707
  6. E. McMillan, P. H. Abelson: „Radioactive Element 93“, in: Physical Review, 1940, 57, S. 1185–1186; DOI: 10.1103/PhysRev.57.1185.2.
  7. „Neue Elemente“, in: Angewandte Chemie, 1947, 59 (2), S. 61–61.
  8. A. B. Garrett: „The Chemistry of Elements 93, 94, 95 and 96 (Neptunium, Plutonium, Americium and Curium)“, in: The Ohio Journal of Science, 1947, XLVII (3), S. 103–106; PDF.
  9. K. Wirtz: „Die neuen Elemente Neptunium, Plutonium, Americium und Curium“, in: Zeitschrift für Naturforschung, 1946, 1, S. 543–544.
  10. L. B. Magnusson, S. G. Thompson, G. T. Seaborg: „New Isotopes of Neptunium“, in: Physical Review, 1950, 78 (4), S. 363–372; DOI: 10.1103/PhysRev.78.363
  11. J. E. Gindler, J. R. Huizenga, D. W. Engelkemeir: „Neptunium Isotopes: 234, 235, 236“, in: Physical Review, 1958, 109 (4), S. 1263–1267; DOI: 10.1103/PhysRev.109.1263
  12. Richard M. Lessler, Maynard C. Michel: „Isotopes Np240 and Np241“, in: Physical Review, 1960, 118 (1), S. 263–264; DOI: 10.1103/PhysRev.118.263
  13. Klaus Hoffmann: Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente, Urania-Verlag, Leipzig, Jena, Berlin, 1979, S. 233
  14. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3, S. 413–419.
  15. Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Oplaag, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1956.
  16. The Biochemical Periodic Tables – Neptunium
  17. J. E. Banaszak, S. M. Webb, B. E. Rittmann, J.-F. Gaillard, D. T. Reed: „Fate of Neptunium in an anaerobic, methanogenic microcosm“, in: Mat Res Soc Symp Proc., 1999, 556, S. 1141–1149; PDF
  18. T. Sasaki, T. Kauri, A. Kudo: „Effect of pH and Temperature on the Sorption of Np and Pa to mixed anaerobic bacteria“, in: Appl. Radiat. Isot., 2001, 55 (4), S. 427–431; PMID 11545492.
  19. W. Songkasiri, D. T. Reed, B. E. Rittmann: „Bio-sorption of Neptunium(V) by Pseudomonas Fluroescens“, in: Radiochimica Acta, 2002, 90, S. 785–789.
  20. A. J. Francis, J. B. Fillow, C. J. Dodge, M. Dunn, K. Mantione, B. A. Strietelmeier, M. E. Pansoy-Hjelvik, H. W. Papenguth: „Role of Bacteria as Biocolloids in the Transport of Actinides from a Deep Underground Radioactive Waste Repository“, in: Radiochimica Acta, 1998, 82, S. 347–354; Abstract und PDF-Download.
  21. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties“, in: Nuclear Physics A, 729, 2003, S. 3–128.
  22. 22,0 22,1 G. Pfennig, H. Klewe-Nebenius, W. Seelmann-Eggebert (Rgv.): Karlsruher Nuklidkarte, 6. Opl., korrig. Nadruck 1998.
  23. P. Weiss: Little-studied metal goes critical – Neptunium Nukes?, Science News, 26. Oktober 2002 Fulltext afropen an’n 5. Dezemeber 2008
  24. Rene G. Sanchez, David J. Loaiza, Robert H. Kimpland, David K. Hayes, Charlene C. Cappiello, William L. Myers, Peter J. Jaegers, Steven D. Clement, Kenneth B. Butterfield: „Criticality of a 237Np Sphere“, in: Nuclear science and engineering, 2008, 158, S. 1–14; PDF.
  25. David Albright, Kimberly Kramer: „Neptunium 237 and Americium: World Inventories and Proliferation Concerns“, August 2005; PDF.
  26. Walter Seifritz: Nukleare Sprengkörper – Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit? Thiemig-Verlag, München, 1984
  27. Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Oplaag, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1972.
  28. Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Oplaag, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1969.
  29. Christoph Elschenbroich: Organometallchemie, 6. Oplaag, Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8351-0167-8, S. 589.

Weblenken[ännern | Bornkood ännern]

Commons-logo.svg Neptunium. Mehr Biller, Videos oder Audiodateien to’t Thema gifft dat bi Wikimedia Commons.
  • Robin Giroux: Neptunium, Chemical & Engineering News, 2003