Neptunium, Element 93 im Periodensystem der Elemente, war das erste Transuranelement, das synthetisch hergestellt und das erste Transuranelement der Aktinidreihe entdeckt wurde. Seine Entdeckung erfolgte nach mehreren falschen Befunden des Elements, einschließlich Enrico Fermis Versuch, Uran mit Neutronen zu bombardieren. Dieses Experiment führte zur Entdeckung der Spaltung oder Spaltung von Atomen.
Neptunium liegt im Periodensystem zwischen Uran und Plutonium, die ebenfalls radioaktiv sind., Alle drei dieser Elemente, die nach Planeten benannt sind, haben zwischen 92 und 94 Protonen in ihren Kernen, die groß genug sind, um eine Kernspaltungsreaktion oder „Atomspaltung“ zu erfahren.“Aufgrund dieser Fähigkeit sind Uran und Plutonium sowohl in Kernkraftwerken als auch in Waffen weit verbreitet.
Neptunium wurde jedoch deutlich später in der Geschichte als einer seiner Periodensystem Nachbarn entdeckt und ist nicht weit verbreitet., Neptunium bleibt ein wichtiges zu untersuchendes Element, da es durch Kernreaktionen von Uran und Plutonium erzeugt wird und laut einem Bericht des Pacific Northwest Nuclear Laboratory aus dem Jahr 2003 Millionen von Jahren als schädlicher radioaktiver Abfall bestehen kann. Das Verständnis der Chemie von Neptunium ist unerlässlich, um eine sichere langfristige Lagerung von Atommüll zu gewährleisten.
Nur die Fakten
- Ordnungszahl (Anzahl der Protonen im Kern): 93
- Atomsymbol (im Periodensystem der Elemente): Np
- Atomgewicht (durchschnittliche Masse des Atoms): 237
- Dichte: 11.,48 unzen pro Kubikzoll (19,86 Gramm pro Kubikzentimeter)
- Phase bei Raumtemperatur: fest
- Schmelzpunkt: 1,191 Grad Fahrenheit (644 Grad Celsius)
- Siedepunkt: 7,052 F (3,900 C)
- Anzahl der natürlichen Isotope (Atome desselben Elements mit einer anderen Anzahl von Neutronen): 4 — Neptunium-237 bis Neptunium-240. Es gibt 21 weitere bekannte Isotope, die in einem Labor erstellt wurden.,
- Most common isotope: Np-237
Entdeckung: Third time ‚ s a charm
Nach John Emsley in seinem Buch „Nature‘ s Building Blocks: Ein a-Z Guide to the Elements (Oxford University Press, 1999), italienischer Wissenschaftler, Enrico Fermi war der erste, der behauptet, er entdeckte element 93, in 1934. Er stellte die Hypothese auf, dass Elemente, die schwerer als Uran (Element 92) sind, durch Bombardierung von Uran mit Neutronen erzeugt werden könnten., Theoretisch würde dies den Uranatomen eine neutrale Masseneinheit hinzufügen, die dann einem Beta-Zerfall oder dem Verlust einer negativen Ladung unterzogen würde, die ein Neutron in ein Proton verwandelt, was zu einem Element mit 93 Gesamtprotonen führt. Fermis Experiment führte nicht dazu, ein Element zu produzieren; Anstatt die Neutronen mit den Uranatomen zu verschmelzen, teilten sie die Uranatome in viele Fragmentradiisotope auf. Fermi wurde für seine falsche Behauptung kritisiert und wusste zu der Zeit nicht, dass er tatsächlich das erste Atom-Splitting-oder Spaltexperiment durchgeführt hatte.,
Nur vier Jahre später, 1938, machten die rumänische Physikerin Horia Hulubei und die französische Chemikerin Yvette Cauchois einen ähnlichen falschen Bericht über die Entdeckung von Element 93. Sie behaupteten, dass sie das Element in einer natürlich vorkommenden Mineralprobe gefunden hätten. Zu dieser Zeit lehnten Wissenschaftler dies ab und glaubten, dass in der Natur keine Elemente mit mehr Protonen als Uran (Transuranelemente) vorhanden waren.
Element 93 wurde 1940 an der University of California, Berkeley als bestehendes Element akzeptiert., Professor Edwin McMillan und Doktorand Philip Abelson verwendeten eine Fermi-ähnliche Technik, jedoch mit einem wichtigen Unterschied: Sie verwendeten sich langsam bewegende Neutronen. McMillan benutzte eine Maschine namens Cyclotron, um die Neutronen zu verlangsamen, und richtete sie dann auf ein Uran-238-Ziel. Dieses Mal arbeiteten die Neutronen tatsächlich daran, Element 93 zu erzeugen, indem sie mit den Uranatomen fusionierten, anstatt sie auseinander zu brechen. Abelson analysierte die resultierende Probe und stellte ungewöhnliche Betastrahlung fest, die zeigte, dass ein neues Isotop (später Np-289 genannt) vorhanden war., McMillan und Abelson beschlossen, das Element Neptunium zu nennen, weil Neptun der nächste Planet jenseits von Uranus im Sonnensystem ist. Die Entdeckung war das erste Transuranelement, das in einem Labor synthetisiert wurde und McMillan 1951 den Nobelpreis einbrachte.
Quellen von Neptunium
Obwohl Wissenschaftler früher dachten, Neptunium könne nur synthetisch erzeugt werden, wurden laut Los Alamos National Laboratory Spuren von vier der 25 Isotope von Neptunium in der Natur gefunden., Uran, das in Gestein, Boden und Wasser vorkommt, unterliegt einer natürlichen Kernreaktion, die zu geringen Mengen an Isotopen Np-237 bis Np-240 führt.
Die Mehrheit des Neptuniums ist jedoch anthropogen; das heißt, es wird als Nebenprodukt von Reaktionen in Kernkraftwerken erzeugt. Wissenschaftler können Neptunium in großen Mengen aus abgebrannten Kernbrennstoffen extrahieren. Aufgrund seiner langen Halbwertszeit von 2, 14 Millionen Jahren ist Np-237 das am häufigsten vorkommende Isotop von Neptunium. Die meisten anderen Isotope von neptunium haben kurze Halbwertszeiten und zerfallen innerhalb weniger Tage.,
Eigenschaften von Neptunium
Neptunium ist ein Mitglied der Aktinidreihe, Zeile 5f des Periodensystems. Diese Zeile (zusammen mit der obigen Lanthanid-Zeile) wird häufig unten und getrennt vom Rest des Periodensystems dargestellt, da sie zu lang ist, um auf eine Seite mit normalen Abmessungen zu passen. Alle 15 Aktinidelemente haben sehr große atomare Radien und sind radioaktiv.
Neptunium ist ein Silbermetall und sehr reaktiv, mit vier verschiedenen Oxidationszuständen. Wenn es mit anderen Elementen kombiniert wird, tritt es als verschiedenfarbige Lösungen auf (lila, gelb, grün und rosa)., Selbst für sich genommen tritt Neptunium je nach Temperatur als drei verschiedene allotrope oder physikalische Formen auf. Es ist das dichteste der Aktinide und kann eine Flüssigkeit für den größten Temperaturbereich eines bekannten Elements bleiben.
Können wir es verwenden?
Die aktuellen Anwendungen von Neptunium sind begrenzt. Neptunium wurde nur als spaltbarer Kernbrennstoff betrachtet, nicht wirklich verwendet. Neptunium-237 wird jedoch zur Herstellung von Plutonium-238 verwendet, das dann in speziellen Energieerzeugern verwendet wird, die Satelliten, Raumfahrzeuge und Leuchttürme über einen langen Zeitraum mit Strom versorgen können., Neptunium-237 wird auch in der Kernphysikforschung als Teil eines Geräts verwendet, das energiereiche Neutronen detektiert.
Kann es uns Schaden?
Möglicherweise befindet sich radioaktives Neptunium in Ihrem Haus! Neptunium sammelt sich in einem gemeinsamen Haushaltsgegenstand an: ionisierenden Rauchmeldern. Um Rauch zu erkennen, emittiert ein anderes Aktinidelement, Americium-241, Strahlung und verwandelt sich in Neptunium-237. Aber kein Grund zur Sorge: Die Menge an radioaktivem Material in Rauchmeldern ist vernachlässigbar und schadet laut Emsley der menschlichen Gesundheit nicht. Rauchmelder enthalten weniger als 0.00000001 Unzen (0.,0000003 Gramm) Americium, das so langsam zerfällt, dass nur etwa 0,2 Prozent dieser bereits geringen Menge jedes Jahr in Neptunium umgewandelt werden.
Wissenschaftler beschäftigen sich jedoch mit der Langzeitlagerung von Neptunium in abgebrannten Kernbrennstoffen, so ein 2005 von Berkeley Lab veröffentlichter Artikel. Obwohl Neptunium nur einen kleinen Prozentsatz des gesamten radioaktiven Abfalls ausmacht, stellt es eine besondere Bedrohung dar, da es langlebig und schwer zu extrahieren ist., Amy Hixon, Assistenzprofessorin am Notre Dame College of Engineering, hat die weniger bekannten Aktinidelemente untersucht und wie sie am besten eingedämmt werden können.
„Das in einem gebrauchten Kernbrennstoffstab enthaltene Neptunium kann Millionen von Jahren halten, und ich übertreibe nicht“, sagte Hixon, als sie die Realität der neptuniumhaltigen Substanz erklärte. Ihr Labor untersucht, wie sich Neptunium und andere Actinide durch Materialien bewegen, die geologische Lagerstätten simulieren, wie sie für den Yucca Mountain in Nevada vorgeschlagen wurden., Obwohl diese Tiefenlager allgemein als die sicherste Langzeitlagerung akzeptiert werden,gibt es derzeit keine in den Vereinigten Staaten. Das Atommüll-Endlager Yucca Mountain wurde 2011 unter der Obama-Regierung verunreinigt. Die Trump-Regierung hat alle Mittel für die Forschung zu Tiefbohrungen gekürzt, aber der Kongress kann die Finanzierung im nächsten Haushaltszyklus für 2018 überdenken.