Нептуний

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^[3]. Первый полученный искусственно трансурановый элемент^[4]. Получил название в честь планеты Нептун — последней от Солнца.Реакция синтеза: ²³⁸U(n,γ)²³⁹U(β⁻)²³⁹Np.

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

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.

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].

Изотопы

Нептуний не имеет стабильных изотопов, на Земле он встречается лишь в следовых количествах.

Радиоактивные свойства некоторых изотопов нептуния:

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].

Интересной особенностью катионов нептуноила NpO₂²⁺ является их способность притягиваться друг к другу за счет катион-катионных взаимодействий^[5].

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^[6].

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^[4].

Изотоп нептуний-237 используется при получении плутония-238^[4]. 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.

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.

• Нептуний на Webelements Архивная копия от 23 октября 2004 на Wayback Machine
• Нептуний в Популярной библиотеке химических элементов Архивировано 22 августа 2011 года.

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