Neptunium, element 93 på den periodiske tabel med elementer, var det første transuraniumelement, der blev produceret syntetisk, og det første actinid-serie transuraniumelement, der blev opdaget. Dens opdagelse kom efter flere falske fund af elementet, herunder Enrico fermis forsøg på at bombardere uran med neutroner. Dette eksperiment resulterede i opdagelsen af fission eller opdeling af atomer.
Neptunium er klemt inde i det periodiske system mellem uran og plutonium, som også er radioaktivt., Alle tre af disse elementer, opkaldt efter planeter, har mellem 92 og 94 protoner i deres kerner, store nok til at gennemgå en nuklear fissionsreaktion, eller “atomopdeling.”På grund af denne kapacitet er uran og plutonium begge meget udbredt i atomkraftværker og våben.
Neptunium blev imidlertid opdaget markant senere i historien end nogen af dets periodiske bord naboer og bruges ikke i vid udstrækning., Neptunium fortsat være et vigtigt element til at studere fordi det er produceret af nukleare reaktioner af uran og plutonium, og kan vare så skadelige radioaktivt affald, der i millioner af år, ifølge en rapport fra 2003 af Pacific Northwest Nukleare Laboratorium. Det er vigtigt at forstå neptuniums kemi for at sikre sikker opbevaring af nukleart affald på lang sigt.
Lidt fakta
- Atomnummer (antallet af protoner i kernen): 93
- Atomic symbol (på den periodiske tabel af elementer): Np
- atomvægt (gennemsnitlige masse af atom): 237
- Massefylde: 11.,48 ounce per kubikcentimeter (19.86 gram per kubik-cm)
- Fase ved stuetemperatur: solid
- Smeltepunkt: 1,191 grader Fahrenheit (644 grader Celsius)
- Kogepunkt: 7,052 F (3,900 C)
- Antallet af naturlige isotoper (atomer af samme grundstof med et forskelligt antal neutroner): 4 — Neptunium-237 gennem neptunium-240. Der er 21 yderligere kendte isotoper oprettet i et laboratorium.,
- de Fleste fælles isotop: Np-237
Discovery: Tredje gang er en charme
Ifølge John Emsley i sin bog, “Naturens byggesten: En a-Z Guide Elementer” (Oxford University Press, 1999), italiensk scientist Enrico Fermi var de første til at kræve, at han opdagede element, 93, i 1934. Han antog, at elementer tungere end uran (element 92) kunne skabes ved at bombardere uran med neutroner., Teoretisk, dette ville tilføje en neutral masseenhed til uranatomerne, som derefter ville gennemgå beta-henfald, eller tab af en negativ ladning, der forvandler en neutron til en proton, hvilket resulterer i et element med 93 samlede protoner. Fermi ‘ s eksperiment ikke ender med at producere et element; i stedet for neutroner fusionere med uranatomer, de opdele uranatomer i mange fragment radioisotoper. Fermi blev kritiseret for sin falske påstand og vidste ikke på det tidspunkt, at han faktisk havde udført det første atomopdeling eller fission.,kun fire år senere i 1938 lavede den rumænske fysiker Horia Hulubei og den franske kemiker Yvette Cauchois en lignende falsk rapport om at opdage element 93. De hævdede, at de fandt elementet i en naturligt forekommende mineralprøve. På det tidspunkt afviste forskere dette og troede, at der ikke var elementer med flere protoner end uran (transuraniumelementer) i naturen.
Element, 93 blev accepteret som et eksisterende element i 1940 på University of California, Berkeley., Professor Ed .in McMillan og kandidatstuderende Philip Abelson brugte en teknik svarende til Fermi, men med en vigtig forskel: de brugte langsomt bevægende neutroner. McMillan brugte en maskine kaldet en cyklotron at bremse neutroner og derefter rettet dem mod en uran-238 mål. Denne gang arbejdede neutronerne faktisk for at skabe element 93 ved at smelte sammen med uranatomerne i stedet for at bryde dem fra hinanden. Abelson analyserede den resulterende prøve og bemærkede usædvanlig beta-stråling, der viste en ny isotop (senere kaldet Np-289) var til stede., McMillan og Abelson besluttede at kalde elementet neptunium, fordi Neptun er den næste planet ud over Uranus i solsystemet. Opdagelsen var det første transuraniumelement, der blev syntetiseret i et laboratorium og tjente McMillan en Nobelpris i 1951.
kilder til neptunium
selvom forskere plejede at tro, at neptunium kun kunne oprettes syntetisk, er der siden fundet spormængder af fire af neptuniums 25 isotoper i naturen, ifølge Los Alamos National Laboratory., Uran, der findes i sten, jord og vand, gennemgår en naturlig nuklear reaktion, der resulterer i små mængder isotoper Np-237 til Np-240.
størstedelen af neptunium er imidlertid menneskeskabt; det vil sige, det er skabt som et biprodukt af reaktioner i atomkraftværker. Forskere kan udvinde neptunium fra brugt nukleart brændsel i store mængder. På grund af sin lange halveringstid på 2,14 millioner år er NP-237 den mest rigelige isotop af neptunium skabt. De fleste andre isotoper af neptunium har korte halveringstider og forfald inden for få dage.,
egenskaber af neptunium
Neptunium er medlem af actinid-serien, række 5f i det periodiske bord. Denne række (sammen med lanthanidrækken ovenfor) er ofte afbildet nedenfor og adskilt fra resten af det periodiske bord, fordi det er for lang tid at passe på en side med normale dimensioner. Alle 15 actinidelementer har meget store atomradier og er radioaktive.
Neptunium er et sølvmetal og er meget reaktivt med fire forskellige o .idationstilstande. Når det kombineres med andre elementer, forekommer det som forskellige farvede løsninger (lilla, gul, grøn og lyserød)., Selv på egen hånd forekommer neptunium som tre forskellige allotroper eller fysiske former afhængigt af temperaturen. Det er den tætteste af actiniderne og kan forblive en væske for det største temperaturområde for ethvert kendt element.
kan vi bruge det?
Neptuniums nuværende applikationer er begrænsede. Neptunium er kun blevet betragtet, ikke faktisk brugt, som et fissilt nukleart brændsel. Imidlertid bruges neptunium-237 til at skabe plutonium-238, som derefter bruges i specielle energigeneratorer, der kan drive satellitter, rumfartøjer og fyrtårne i lang tid., Neptunium-237 bruges også i kernefysikforskning som en del af en enhed, der registrerer neutroner med høj energi.
kan det skade os?
der kan være radioaktivt neptunium i dit hus! Neptunium akkumuleres i en fælles husholdningsartikel: ioniserende røgdetektorer. For at detektere røg udsender et andet actinidelement, americium-241, stråling og bliver til neptunium-237. Men ingen grund til at bekymre sig: mængden af radioaktivt materiale i røgdetektorer er ubetydelig og forårsager ingen skade på menneskers sundhed, ifølge Emsley. Røgdetektorer indeholder mindre end 0.00000001 ounces (0.,0000003 gram) americium, som henfalder så langsomt, at kun omkring 0,2 procent af denne allerede lille mængde konverterer til neptunium hvert år.
forskere er imidlertid bekymrede over langtidsopbevaring af neptunium, der findes i brugt nukleart brændsel, ifølge en artikel fra 2005 udgivet af Berkeley Lab. Selvom neptunium kun udgør en lille procentdel af det samlede radioaktive affald, udgør det en særlig trussel, fordi det er langvarigt og svært at udvinde., Amy Hi .on, en adjunkt ved Notre Dame College of Engineering, har studeret de mindre kendte aktinidelementer, og hvordan de bedst kan indeholde dem.
“neptunium til stede i en brugt nuklear brændstofstang kan vare i millioner af år, og jeg overdriver ikke,” sagde Hi .on, da hun forklarede virkeligheden med at indeholde neptunium. Hendes laboratorium undersøger, hvordan neptunium og andre actinider bevæger sig gennem materialer, der simulerer geologiske depoter, som det, der er foreslået til Yucca Mountain i Nevada., Selvom disse dybe lagringssteder generelt accepteres som den sikreste langtidsopbevaring, er der ingen, der i øjeblikket opererer i USA. Den Yucca Mountain Nukleart Affald Repository blev defunded under Obama-administrationen i 2011. Trump-administrationen har skåret alle midler til forskning i dybt borehul, men kongressen kan genoverveje finansieringen i den næste budgetcyklus for 2018.