Відмінності між версіями «Нептуній»

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
[очікує на перевірку][очікує на перевірку]
(джерела)
Рядок 62: Рядок 62:
 
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 [[нейтрон]]ами, 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.
 
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 [[нейтрон]]ами, 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.<ref name="nt">[http://n-t.ru/ri/ps/pb093.htm Популярная библиотека химических элементов]{{ref-fr}}</ref> 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 {{не перекладено|Фріц Штрассман|||Fritz Strassmann }} показали, що поглинання нейтрону викликає [[поділ ядра]] урану на легкі радіоактивні ізотопи.
+
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{{sfn | Петрянов-Соколов | 1983 | с=350}}. 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 {{не перекладено|Фріц Штрассман|||Fritz Strassmann }} показали, що поглинання нейтрону викликає [[поділ ядра]] урану на легкі радіоактивні ізотопи.
   
 
=== Відкриття ===
 
=== Відкриття ===
У 1940 році група [[Едвін Маттісон Макміллан|Едвіна Макміллана]] працювала на [[циклотрон]]і в [[Національна лабораторія ім. Лоуренса в Берклі|Берклі]]. У своєму експерименті, вони розганяли ядра [[дейтерій|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 [[Филип Гауґе Абельсон|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.<ref name="nt"></ref>.
+
У 1940 році група [[Едвін Маттісон Макміллан|Едвіна Макміллана]] працювала на [[циклотрон]]і в [[Національна лабораторія ім. Лоуренса в Берклі|Берклі]]. У своєму експерименті, вони розганяли ядра [[дейтерій|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 [[Филип Гауґе Абельсон|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{{sfn | Петрянов-Соколов | 1983 | с=352}}.
   
 
Пізніше, у 1942, [[Гленн Теодор Сіборг|Сіборг]] і {{не перекладено|Артур Валь|||Arthur Wahl }} змогли зібрати більш стійкий ізотоп, нептуній-237. <ref>[https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cen-v024n020.p2764 Seaborg Announces Fissionable Neptunium]{{ref-en}}</ref>
 
Пізніше, у 1942, [[Гленн Теодор Сіборг|Сіборг]] і {{не перекладено|Артур Валь|||Arthur Wahl }} змогли зібрати більш стійкий ізотоп, нептуній-237. <ref>[https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cen-v024n020.p2764 Seaborg Announces Fissionable Neptunium]{{ref-en}}</ref>
Рядок 74: Рядок 74:
 
Крім Фермі, у той же час кілька інших дослідників повідомили про відкриття нового елементу. Так, чеський інженер Одонер Коблік у 1934 році виділив з [[Уранініт|уранової смолки]] осад, який він ідентифікував як елемент з масою 240, і запропонував для нього назву "богемій"{{sfn | Валь, Боннер | 1954 | с=177}}. У 1938 році Голубей і Кошуа заявили про відкриття нового елементу після рентгенівського дослідження [[монацит]]у і [[бетафіт]]у, і запропонували для нього назву "сікваніум"{{sfn | Fontani, Costa, Orna | 2015 | с=327}}. Усі ці відкриття в подальшому не підтвердилися.
 
Крім Фермі, у той же час кілька інших дослідників повідомили про відкриття нового елементу. Так, чеський інженер Одонер Коблік у 1934 році виділив з [[Уранініт|уранової смолки]] осад, який він ідентифікував як елемент з масою 240, і запропонував для нього назву "богемій"{{sfn | Валь, Боннер | 1954 | с=177}}. У 1938 році Голубей і Кошуа заявили про відкриття нового елементу після рентгенівського дослідження [[монацит]]у і [[бетафіт]]у, і запропонували для нього назву "сікваніум"{{sfn | Fontani, Costa, Orna | 2015 | с=327}}. 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<ref name="nt"></ref>
+
Назву нептуній запропонував Макміллан, бо новий елемент йшов за ураном, так само як планета Нептун, у Сонячній системі йде планетою Уран{{sfn | Петрянов-Соколов | 1983 | с=352}}.
   
 
Символ Np для для позначення нептунію був затверджений у 1948 році за пропозицією Сіборга.<ref>[https://books.google.com.ua/books?id=wk4rAAAAYAAJ&pg=RA1-PA60 Report of the National Academy of Sciences]{{ref-en}}</ref>
 
Символ Np для для позначення нептунію був затверджений у 1948 році за пропозицією Сіборга.<ref>[https://books.google.com.ua/books?id=wk4rAAAAYAAJ&pg=RA1-PA60 Report of the National Academy of Sciences]{{ref-en}}</ref>
Рядок 143: Рядок 143:
 
}}
 
}}
 
* {{книга
 
* {{книга
|автор = колектив авторів
 
 
|частина = Серебро — нильсборий
 
|частина = Серебро — нильсборий
 
|заголовок = Популярная библиотека химических элементов
 
|заголовок = Популярная библиотека химических элементов

Версія за 22:47, 10 листопада 2018

Нептуній (Np)
Атомний номер 93
Зовнішній вигляд простої речовини сріблястий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 237,048 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 130 пм
Енергія іонізації (перший електрон) 604,5 кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Rn] 5f4 6d1 7s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 190[1] пм
Радіус іона

(+4e) 95 пм

(+3e) 110 пм
Електронегативність (за Полінгом) 1,36
Електродний потенціал Np←Np4+ -1,30В
Np←Np3+ -1,79В
Np←Np2+ -0,3В
Ступені окиснення 7, 6, 5, 4, 3
Термодинамічні властивості
Густина 20,25 г/см³
Молярна теплоємність 13,7[2] Дж/(К·моль)
Теплопровідність 6,3 Вт/(м·К)
Температура плавлення 913 К
Теплота плавлення 9,6 кДж/моль
Температура кипіння 4447[3] К
Теплота випаровування 336 кДж/моль
Молярний об'єм 21,1 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки орторомбічна
Період ґратки 4,720 Å
Відношення с/а n/a
Температура Дебая n/a К
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Нептуній у Вікісховищі?

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

Куля з нептунію-237 у чашках із збагаченого урану(чорний)

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). Питома радіоативнысть — 1,5 мільйона α-розпадів за хвилину на мг.[7]

Нептуній, як і плутоній, має порівняно низьку температуру плавлення — 644°C (причиною цього є гібридизація 5f і 6d орбіталей [8]), 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. [9]

Як і плутоній, і америцій, чистий нептуній — парамагнетик[10]. При цьому сполуки нептунію можуть бути феромагнетиками, антиферомагнетиками.[11] Існує три алотропні модифікації нептунію, що позначаються літерами α, β і γ.[12]

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[13].

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[14]. 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[en] 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[15].

Пізніше, у 1942, Сіборг і Артур Валь[en] змогли зібрати більш стійкий ізотоп, нептуній-237. [16]

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[17], проте потім цю ідею було відкликано, щоб уникнути асоціацій швидкорозпадаючогося елементу з самим дуче[18]. 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"[19]. У 1938 році Голубей і Кошуа заявили про відкриття нового елементу після рентгенівського дослідження монациту і бетафіту, і запропонували для нього назву "сікваніум"[20]. 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[15].

Символ Np для для позначення нептунію був затверджений у 1948 році за пропозицією Сіборга.[21]

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[22]. Загальна кількість урану в земній корі становить близько 1.3×1014 тонн[23], 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[22].

Отримання

Нептуній утворюється у кількох типах ядерних реакцій. Нептуній 237, 238 і 239 утврюються у ядерних реакторах за наступними схемами[12]:

[24]

Ізотопи 235 і 236 отримуються на циклотронах, шляхом зіткнень ядер урану з протонами та ядрами дейтерію[25]:

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. [26]

Література

Примітки

  1. а б Technical data for Neptunium(англ.)
  2. Heat Capacities of Plutonium and Neptunium(англ.)
  3. а б в Neptunium(англ.)
  4. Neptunium 237 and Americium: World Inventories and Proliferation Concerns (англ.)
  5. Isotope data for neptunium-237 in the Periodic Table(англ.)
  6. Criticality of a 2"Np Sphere(англ.)
  7. Валь, Боннер, 1954, с. 178
  8. Bonnelle, Spector, 2015, с. 66
  9. The Element of the Month - Neptunium(англ.)
  10. Bonnelle, Spector, 2015, с. 47
  11. MAGNETIC AND ELECTRONIC PROPERTIES OF NEPTUNIUM AND PLUTONIUM COMPOUNDS(англ.)
  12. а б Yoshida, Johnson, Kimura, Krsul, 2010, с. 718
  13. Штучна радіоактивність
  14. Петрянов-Соколов, 1983, с. 350
  15. а б Петрянов-Соколов, 1983, с. 352
  16. Seaborg Announces Fissionable Neptunium(англ.)
  17. From mussolinium to the atom bomb(англ.)
  18. Even Enrico Makes Mistakes…(англ.)
  19. Валь, Боннер, 1954, с. 177
  20. Fontani, Costa, Orna, 2015, с. 327
  21. Report of the National Academy of Sciences(англ.)
  22. а б Yoshida, Johnson, Kimura, Krsul, 2010, с. 704
  23. УРАН В ПРИРОДНЫХ СРЕДАХ(рос.)
  24. реакція (n, 2n) означає, що у ядро влітає нейтрон, воно переходить у збуджений стан, і випускає два нейтрони
  25. Yoshida, Johnson, Kimura, Krsul, 2010, с. 702
  26. Destruction of long-lived radioactive waste(англ.)