Нептуній: відмінності між версіями
[неперевірена версія] | [неперевірена версія] |
джерела |
|||
Рядок 111: | Рядок 111: | ||
|заголовок = The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements |
|заголовок = The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements |
||
|посилання = http://radchem.hrc.unlv.edu/classes/rdch710/files/neptunium.pdf |
|посилання = http://radchem.hrc.unlv.edu/classes/rdch710/files/neptunium.pdf |
||
|видання = 4 |
|видання = 4 |
||
|відповідальний = L.R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger |
|відповідальний = L.R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger |
||
|місце = Дордрехт, Нідерланди |
|місце = Дордрехт, Нідерланди |
||
Рядок 120: | Рядок 120: | ||
|isbn = 9789400702110 |
|isbn = 9789400702110 |
||
|ref = Yoshida, Johnson, Kimura, Krsul |
|ref = Yoshida, Johnson, Kimura, Krsul |
||
}} |
|||
* {{книга |
|||
|автор = Christiane Bonnelle, Nissan Spector |
|||
|заголовок = Rare-Earths and Actinides in High Energy Spectroscopy |
|||
|посилання = https://books.google.com.ua/books?id=D1VECwAAQBAJ |
|||
|місце = Дордрехт, Нідерланди |
|||
|видавництво = Springer |
|||
|рік = 2015 |
|||
|сторінок = 380 |
|||
|isbn = 9789048128792 |
|||
|ref = Bonnelle, Spector |
|||
}} |
|||
* {{книга |
|||
|автор = Marco Fontani, Mariagrazia Costa, Mary Virginia Orna |
|||
|заголовок = The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side |
|||
|посилання = https://books.google.com.ua/books?id=Ck9jBAAAQBAJ |
|||
|місце = New York |
|||
|видавництво = Oxford University Press |
|||
|рік = 2015 |
|||
|сторінок = 531 |
|||
|isbn = 9780199383344 |
|||
|ref = Fontani, Costa, Orna |
|||
}} |
}} |
||
Версія за 22:02, 10 листопада 2018
Нептуній — хімічний елемент з атомним номером 93, актиноїд, перший трансурановий елемент. Названий на честь планети Нептун. Позначається символом Np. Усі ізотопи нептунію радіоактивні, тому він практично не зустрічається в природі. Штучний нептуній утворюється як побічний продукт при роботі ядерних реакторів. Щороку виробляється близько п'яти тонн нептунію.[4]Нептуній був уперше отриманий Е. М. Макмілланом і Ф. Г. Абельсоном у 1940 році у процесі обстрілювання урану нейтронами.
Відомо 20 ізотопів нептунію, найбільш стабільний з яких, нептуній-237, має період напіврозпаду 2,144 мільйона років.[5]
Фізичні властивості
Нептуній — сріблястий, дуже важкий, порівнянно м'який метал. За фізичними властивостями подібний до урану. Критична маса нептунію-237 — 60 кілограмів.[6] Основний кінцевий продукт розпаду цього ізотопу — Талій-205, а не свинець, як у урану або плутонію (на практиці можна вважати, що ряд закінчується вісмутом-209, що має період напіврозпаду більш ніж 1019 років).
Нептуній, як і плутоній, має порівняно низьку температуру плавлення — 644°C (причиною цього є гібридизація 5f і 6d орбіталей [7]), а випаровується при 4174 °C, що робить його елементом з найширшим температурним діапазоном рідкого стану.[3]
Як і інші метали, нептуній є провідником з питомим опором 1.2×10-6 Ом·м[1]. Відомий надпровідник, що містить у своєму складі нептуній — NpPd5Al2.[3]
На повітрі нептуній швидко вкривається тонкою оксидною плівкою, а дрібнодисперсний нептуній може самозайматись. [8]
Як і плутоній, і америцій, чистий нептуній — парамагнетик.[9] При цьому сполуки нептунію можуть бути феромагнетиками, антиферомагнетиками.[10] Існує три алотропні модифікації нептунію, що позначаються літерами α, β і γ.[11]
Модифікація | Тип ґратки | Постійні ґратки(Ǻ) | Густина (г/см3) |
---|---|---|---|
α | Орторомбічна | a=6.663 b=4.723 c=4.887 | 20.45 |
β | Тетрагональна | a=4.897 c=3.388 | 19.36 |
γ | Об'ємноцентрована кубічна | a=3.518 | 18 |
Перехід α→β відбувається при 555 К і має ентальпію переходу 4730 Дж/моль, перехід β→γ відбувається при 856 К і має ентальпію переходу 2990 Дж/моль. Потрійна точка β-фази, γ-фази і рідини реалізується за температури 998 К і тиску 3200 МПа.
Історія
Хибні повідомлення про відкриття
У 1934 році Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі відкрили явище штучної радіоактивності — при опроміненні альфа-частинками, що їх випромінював радіоактивний полоній, бору, алюмінію і магнію, ті, в свою чергу, починали випромінювати позитрони, і до того ж емісія позитронів продовжувалося і після припинення опромінення альфа-частинками, спадаючи експоненційно. Це явище правильно було пояснене тим, що альфа частинка, проникаючи в ядро, зливалася з ним, утворюючи штучні нестабільні ядра[12].
Проте бомбардування вольфраму, золота і свинцю не дала результатів, що було пов'язане з тим, що важкі ядра мають високий позитивний заряд, і відштовхують альфа-частинки. Того ж року, група фізиків з Римського університету на чолі з Енріко Фермі почала серію експериментів з опромінення елементів нейтронами, відкритими за два роки до того. Нейтрони не мають електричного заряду, а тому можуть легко проникати в будь-які ядра. Перші експерименти з опроміненням фтору завершилися успіхом, і Фермі перейшов до експериментів з більш важкими елементами, аж до найважчого відомого тоді елементу, урану. Очікувалося, що уран, захопивши нейтрон, зазнає бета-розпаду, і перетвориться на елемент номер 93.
У опроміненому урані дійсно виникала наведена радіоактивність, а експерименти показали, що радіоактивний елемент з періодом напіврозпаду 13 хвилин, хімічно є подібним до ренію (а у той час вважалося, що елемент 93 є хімічним аналогом ренію). Для того щоб підтвердити, що цей елемент є елементом 93, Фермі розчинив уран, а потів видалив з розчину усі елементи з атомними масами від 82 до 92. Радіоактивність зберіглася, тому виникла впевненість, що новий елемент знайдено.[13] Проте подальші експерименти поставили цей факт під сумнів, тому що при опроміненні урану виникали ізотопи елементів, легших за свинець. Врешті решт, у 1938 році Отто Ган, Ліза Майтнер і Фріц Штрассман показали, що поглинання нейтрону викликає поділ ядра урану на легкі радіоактивні ізотопи.
Відкриття
У 1940 році група Едвіна Макміллана працювала на циклотроні в Берклі. У своєму експерименті, вони розганяли ядра дейтерію, пучок яких падав на берілієву мішень, породжуючи інтенсивний (у мільйони разів інтенсивніший, ніж у дослідах Фермі) потік нейтронів, яким опромінювали кілька листків папіросного паперу, перший з яких було вкрито ураном. Легкі уламки, що утворювалися при поділі ядра опроміненого урану, мали достатню енергію щоб вилетіти з паперу і осісти на інших листках. За радіоактивністю окремих листків Макмілан міг визначити енергії уламків. Проте, дослідивши перший листок він помітив, що окрім урану-239 з періодом напіврозпаду у 23 хвилини, на ньому був присутній ще один елемент, з періодом напіврозпаду 2,3 доби. Оскільки він не вилетів з листка, можна було припустити, що цей ізотоп є доволі важким, і не є продуктом поділу ядра урану. Макмілан, з допомогою Филипа Абельсона, змогли показати, що цей елемент є хімічно близьким до урану, а пізніше, що він є ізотопом нового елементу, що утворювався при бета-розпаді урану-239.[13].
Пізніше, у 1942, Сіборг і Артур Валь[en] змогли зібрати більш стійкий ізотоп, нептуній-237. [14]
Походження назви
У 1934 Італія, де працював Фермі, знаходилася під владою Муссоліні. Фашисти багато інвестували у роботу Фермі, щоб продемонструвати вищість італійської науки, тому зажадали назви "муссоліній" для нового елементу[15], проте потім цю ідею було відкликано, щоб уникнути асоціацій швидкорозпадаючогося елементу з самим дуче[16]. Для елементу 93 було запропоновано назву "аузоній".
Крім Фермі, у той же час кілька інших дослідників повідомили про відкриття нового елементу. Так, чеський інженер Одонер Коблік у 1934 році виділив з уранової смолки осад, який він ідентифікував як елемент з масою 240, і запропонував для нього назву "богемій". У 1938 році Голубей і Кошуа заявили про відкриття нового елементу після рентгенівського дослідження монациту і бетафіту, і запропонували для нього назву "сікваніум". [17] Усі ці відкриття в подальшому не підтвердилися.
Назву нептуній запропонував Макміллан, бо новий елемент йшов за ураном, так само як планета Нептун, у Сонячній системі йде планетою Уран[13]
Символ Np для для позначення нептунію був затверджений у 1948 році за пропозицією Сіборга.[18]
Нептуній в природі
Період напіврозпаду найстабільнішого ізотопу нептунію — трохи більше 2 мільйонів років, тому будь-яка його кількість, що існувала при утворенні Землі (що відбулося 4,5 мільярди років тому), вже розпалася. Втім, невелика кількість нептунію може утворюватись у уранових рудах наступним чином: нейтрони, що утворюються при спонтанному поділі ядра урану, можуть, взаємодіючи з оточуючим ураном, викликати його перетворення на нептуній. Розпад і утворення нептунію знаходяться у динамічній рівновазі. Експерименти показують, що відношення кількості нептунію до урану в породі може досягати 10-12[19]. Загальна кількість урану в земній корі становить близько 1.3×1014 тонн[20], тому кількість природнього нептунію може становити десятки тонн.
Також, велика кількість нептунію потрапила в навколишнє середовище під час атмосферних ядерних випробовувань — за оцінками, близько 2,5 тонн[19].
Отримання
Нептуній утворюється у кількох типах ядерних реакцій. Нептуній 237, 238 і 239 утврюються у ядерних реакторах за наступними схемами[11]:
Ізотопи 235 і 236 отримуються на циклотронах, шляхом зіткнень ядер урану з протонами та ядрами дейтерію[22]:
Потенціал до накопичення має тільки ізотоп 237, що виробляється у великій кількості, і має значний період напіврозпаду. Нептуній складає близько 0,05% відпрацьованого ядерного палива. [23]
Література
- Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
- Zenko Yoshida, Stephen G. Johnson, Takaumi Kimura, John R. Krsul. NEPTUNIUM // The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements / L.R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger. — 4. — Дордрехт, Нідерланди : Springer Science & Business Media, 2010. — Т. 6. — 4503 с. — ISBN 9789400702110.
- Christiane Bonnelle, Nissan Spector. Rare-Earths and Actinides in High Energy Spectroscopy. — Дордрехт, Нідерланди : Springer, 2015. — 380 с. — ISBN 9789048128792.
- Marco Fontani, Mariagrazia Costa, Mary Virginia Orna. The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side. — New York : Oxford University Press, 2015. — 531 с. — ISBN 9780199383344.
Примітки
- ↑ а б Technical data for Neptunium(англ.)
- ↑ Heat Capacities of Plutonium and Neptunium(англ.)
- ↑ а б в Neptunium(англ.)
- ↑ Neptunium 237 and Americium: World Inventories and Proliferation Concerns (англ.)
- ↑ Isotope data for neptunium-237 in the Periodic Table(англ.)
- ↑ Criticality of a 2"Np Sphere(англ.)
- ↑ Rare-Earths and Actinides in High Energy Spectroscopy(англ.)
- ↑ The Element of the Month - Neptunium(англ.)
- ↑ Rare-Earths and Actinides in High Energy Spectroscopy(англ.)
- ↑ MAGNETIC AND ELECTRONIC PROPERTIES OF NEPTUNIUM AND PLUTONIUM COMPOUNDS(англ.)
- ↑ а б Yoshida, Johnson, Kimura, Krsul, 2010, с. 718.
- ↑ Штучна радіоактивність
- ↑ а б в Популярная библиотека химических элементов(фр.)
- ↑ Seaborg Announces Fissionable Neptunium(англ.)
- ↑ From mussolinium to the atom bomb(англ.)
- ↑ Even Enrico Makes Mistakes…(англ.)
- ↑ The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side(англ.)
- ↑ Report of the National Academy of Sciences(англ.)
- ↑ а б Yoshida, Johnson, Kimura, Krsul, 2010, с. 704.
- ↑ УРАН В ПРИРОДНЫХ СРЕДАХ(рос.)
- ↑ реакція (n, 2n) означає, що у ядро влітає нейтрон, воно переходить у збуджений стан, і випускає два нейтрони
- ↑ Yoshida, Johnson, Kimura, Krsul, 2010, с. 702.
- ↑ Destruction of long-lived radioactive waste(англ.)