le Neptunium, élément 93 du tableau périodique des éléments, a été le premier élément transuranium à être produit synthétiquement et le premier élément transuranium de la série des actinides à être découvert. Sa découverte est survenue après plusieurs fausses découvertes de l’élément, y compris la tentative d’Enrico Fermi de bombarder l’uranium avec des neutrons. Cette expérience a abouti à la découverte de la fission, ou la division des atomes.
le Neptunium est pris en sandwich sur le tableau périodique entre l’uranium et le plutonium, qui sont également radioactifs., Ces trois éléments, nommés d « après les planètes, ont entre 92 et 94 protons dans leurs noyaux, assez grand pour subir une réaction de fission nucléaire, ou « division de l » atome. »En raison de cette capacité, l’uranium et le plutonium sont largement utilisés dans les centrales nucléaires et les armes.
le Neptunium, cependant, a été découvert beaucoup plus tard dans l’histoire que l’un de ses voisins du tableau périodique, et n’est pas largement utilisé., Le Neptunium reste un élément important à étudier car il est produit par des réactions nucléaires d’uranium et de plutonium et peut durer des millions d’années en tant que déchets radioactifs nocifs, selon un rapport de 2003 du Pacific Northwest Nuclear Laboratory. La compréhension de la chimie du neptunium est essentielle pour assurer un stockage sûr à long terme des déchets nucléaires.
les faits
- numéro Atomique (nombre de protons dans le noyau): 93
- symbole Atomique (sur le tableau périodique des éléments): Np
- poids Atomique (moyenne de la masse de l’atome): 237
- Densité: 11.,48 onces par pouce cube (19,86 grammes par cm cube)
- Phase à température ambiante: solide
- point de fusion: 1,191 degrés Fahrenheit (644 degrés Celsius)
- point D’ébullition: 7,052 F (3,900 C)
- Nombre d’isotopes naturels (atomes du même élément avec un nombre différent de neutrons): 4-Neptunium-237 à. Il y a 21 isotopes connus supplémentaires créés dans un laboratoire.,
- isotope le plus commun: Np-237
découverte: la troisième fois est un charme
selon John Emsley dans son livre, « nature’s building blocks: an A-Z Guide to the Elements » (Oxford University Press, 1999), le scientifique italien Enrico Fermi a été le premier à affirmer avoir découvert l’élément 93, en 1934. Il a émis l’hypothèse que des éléments plus lourds que l’uranium (élément 92) pourraient être créés en bombardant l’uranium avec des neutrons., Théoriquement, cela ajouterait une unité de masse neutre aux atomes d’uranium, qui subiraient alors une désintégration bêta, ou la perte d’une charge négative qui transforme un neutron en proton, résultant en un élément avec 93 protons totaux. L’expérience de Fermi n’a pas fini par produire un élément; au lieu que les neutrons fusionnent avec les atomes d’uranium, ils ont divisé les atomes d’uranium en de nombreux radioisotopes fragmentés. Fermi a été critiqué pour sa fausse affirmation, et ne savait pas à l’époque qu’il avait réellement effectué la première expérience de fractionnement d’atomes, ou fission.,
quatre ans plus tard, en 1938, le physicien Roumain Horia Hulubei et la chimiste française Yvette Cauchois ont fait un faux rapport similaire sur la découverte de l’élément 93. Ils ont affirmé avoir trouvé l’élément dans un échantillon minéral naturel. À l’époque, les scientifiques ont rejeté cela, estimant qu’aucun élément contenant plus de protons que l’uranium (éléments transuraniens) n’était présent dans la nature.
l’Élément 93 a été accepté comme un élément existant en 1940 à l’Université de Californie, Berkeley., Le professeur Edwin McMillan et L’étudiant diplômé Philip Abelson ont utilisé une technique similaire à Fermi, mais avec une différence importante: ils ont utilisé des neutrons à déplacement lent. McMillan a utilisé une machine appelée cyclotron pour ralentir les neutrons, puis les a dirigés vers une cible à l’uranium 238. Cette fois, les neutrons ont effectivement travaillé pour créer l’élément 93 en fusionnant avec les atomes d’uranium au lieu de les séparer. Abelson a analysé l’échantillon résultant, et a noté un rayonnement bêta inhabituel qui a montré qu’un nouvel isotope (plus tard nommé Np-289) était présent., McMillan et Abelson ont décidé d’appeler l’élément neptunium parce que Neptune est la prochaine planète au-delà D’Uranus dans le système solaire. La découverte a été le premier élément de transuranium à être synthétisé dans un laboratoire et a valu à McMillan un prix Nobel en 1951.
Sources de neptunium
bien que les scientifiques pensaient que le neptunium ne pouvait être créé que par synthèse, des traces de quatre des 25 isotopes du neptunium ont depuis été trouvées dans la nature, selon le laboratoire national de Los Alamos., L’Uranium, trouvé dans la roche, le sol et l’eau, subit une réaction nucléaire naturelle qui se traduit par de petites quantités d’isotopes Np-237 à Np-240.
cependant, la majorité du neptunium est anthropique; c’est-à-dire qu’il est créé comme sous-produit des réactions dans les centrales nucléaires. Les scientifiques peuvent extraire le neptunium du combustible nucléaire usé en grande quantité. En raison de sa longue demi-vie de 2,14 millions d’années, Np-237 est l’isotope le plus abondant du neptunium créé. La plupart des autres isotopes du neptunium ont des demi-vies courtes et se désintègrent en quelques jours.,
Propriétés du neptunium
le Neptunium fait partie de la série des actinides, rangée 5f du tableau périodique. Cette ligne (avec la ligne de lanthanide ci-dessus) est souvent représentée ci-dessous et séparément du reste du tableau périodique car elle est trop longue pour tenir sur une page avec des dimensions normales. Les 15 éléments actinidiques ont de très grands rayons atomiques et sont radioactifs.
le Neptunium est un métal argenté très réactif, avec quatre États d’oxydation différents. Lorsqu’il se combine avec d’autres éléments, il se présente sous la forme de solutions colorées différentes (violet, jaune, vert et rose)., Même seul, le neptunium se présente sous la forme de trois allotropes différents, ou formes physiques, en fonction de la température. C’est le plus dense des actinides et peut rester un liquide pour la plus grande plage de température de n’importe quel élément connu.
Pouvons-nous l’utiliser?
Les applications actuelles du Neptunium sont limitées. Le Neptunium n’a été considéré, pas réellement utilisé, que comme combustible nucléaire fissile. Cependant, le neptunium – 237 est utilisé pour créer du plutonium-238, qui est ensuite utilisé dans des générateurs d’énergie spéciaux pouvant alimenter des satellites, des engins spatiaux et des phares pendant une longue période., Le Neptunium – 237 est également utilisé dans la recherche en physique nucléaire en tant que partie d’un dispositif qui détecte les neutrons de haute énergie.
Peut-il nous porter préjudice?
Il peut y avoir du neptunium radioactif dans votre maison! Le Neptunium s’accumule dans un objet domestique commun: les détecteurs de fumée ionisants. Pour détecter la fumée, un autre élément actinide, l’américium-241, émet un rayonnement et se transforme en neptunium-237. Mais pas besoin de s’inquiéter: la quantité de matières radioactives dans les détecteurs de fumée est négligeable et ne cause aucun dommage à la santé humaine, selon Emsley. Les détecteurs de fumée contiennent moins de 0,00000001 onces (0.,0000003 grammes) d’américium, qui se désintègre si lentement que seulement environ 0,2% de cette quantité déjà faible se convertit en neptunium chaque année.
Les scientifiques sont cependant préoccupés par le stockage à long terme du neptunium présent dans le combustible nucléaire usé, selon un article publié en 2005 par Berkeley Lab. Bien que le neptunium ne représente qu’un faible pourcentage du total des déchets radioactifs, il constitue une menace particulière car il est durable et difficile à extraire., Amy Hixon, professeure adjointe au Notre Dame College of Engineering, a étudié les éléments d’actinide moins familiers et la meilleure façon de Les contenir.
« le neptunium présent dans une tige de combustible nucléaire irradié peut durer des millions d’années, et je n’exagère pas », a déclaré Hixon en expliquant la réalité de contenir le neptunium. Son laboratoire étudie comment le neptunium et d’autres actinides se déplacent à travers des matériaux simulant des dépôts géologiques, comme celui proposé pour Yucca Mountain au Nevada., Bien que ces sites de stockage profond soient généralement acceptés comme le stockage à long terme le plus sûr, il n’y en a pas actuellement aux États-Unis. Le dépôt de déchets nucléaires de Yucca Mountain a été démantelé sous L’administration Obama en 2011. L’administration Trump a coupé tout financement pour la recherche sur les déchets de forage profond, mais le Congrès pourrait reconsidérer le financement dans le prochain cycle budgétaire pour 2018.