Il nettunio, elemento 93 sulla tavola periodica degli elementi, fu il primo elemento transuranico ad essere prodotto sinteticamente e il primo elemento transuranico della serie di attinidi ad essere scoperto. La sua scoperta è arrivata dopo diverse false scoperte dell’elemento, incluso il tentativo di Enrico Fermi di bombardare l’uranio con neutroni. Quell’esperimento ha portato alla scoperta della fissione, o scissione di atomi.
Il nettunio è inserito nella tavola periodica tra uranio e plutonio, anch’essi radioattivi., Tutti e tre questi elementi, prende il nome pianeti, hanno tra 92 e 94 protoni nei loro nuclei, abbastanza grande per subire una reazione di fissione nucleare, o “atomo scissione.”Grazie a questa capacità, l’uranio e il plutonio sono entrambi ampiamente utilizzati nelle centrali nucleari e nelle armi.
Il nettunio, tuttavia, è stato scoperto significativamente più tardi nella storia rispetto a uno dei suoi vicini della tavola periodica e non è ampiamente utilizzato., Il nettunio rimane un elemento importante da studiare perché è prodotto da reazioni nucleari di uranio e plutonio e può durare come rifiuti radioattivi nocivi per milioni di anni, secondo un rapporto del 2003 del Pacific Northwest Nuclear Laboratory. Comprendere la chimica del nettunio è essenziale per garantire uno stoccaggio sicuro delle scorie nucleari a lungo termine.
Solo i fatti
- numero Atomico (numero di protoni nel nucleo): 93
- simbolo Atomico (sulla tavola periodica degli elementi): Np
- peso Atomico (media massa dell’atomo): 237
- Densità: 11.,48 once per pollice cubico (19.86 grammi per cm cubo)
- Fase a temperatura ambiente: tinta
- punto di Fusione: 1,191 gradi Fahrenheit (644 gradi Celsius)
- punto di Ebollizione: 7,052 F (3,900 C)
- Numero di isotopi naturali (gli atomi di uno stesso elemento con diverso numero di neutroni): 4 — Nettunio-237 attraverso nettunio-240. Ci sono 21 isotopi noti aggiuntivi creati in un laboratorio.,
- isotopo Più comune: Np-237
la Scoperta: la Terza volta è un fascino
Secondo John Emsley nel suo libro, “la Natura dell’Edificio Blocchi: Un a-Z Guida per gli Elementi” (Oxford University Press, 1999), scienziato italiano Enrico Fermi è stato il primo a rivendicare ha scoperto elemento 93, nel 1934. Ha ipotizzato che gli elementi più pesanti dell’uranio (elemento 92) potrebbero essere creati bombardando l’uranio con neutroni., Teoricamente, ciò aggiungerebbe un’unità di massa neutra agli atomi di uranio, che subirebbero quindi il decadimento beta, o la perdita di una carica negativa che trasforma un neutrone in un protone, risultando in un elemento con 93 protoni totali. L’esperimento di Fermi non ha finito per produrre un elemento; invece dei neutroni che si fondono con gli atomi di uranio, hanno diviso gli atomi di uranio in molti radioisotopi di frammenti. Fermi è stato criticato per la sua falsa affermazione, e non sapeva al momento che aveva effettivamente eseguito il primo atomo scissione, o fissione, esperimento.,
Solo quattro anni dopo, nel 1938, il fisico rumeno Horia Hulubei e il chimico francese Yvette Cauchois fecero un falso rapporto simile sulla scoperta dell’elemento 93. Hanno affermato di aver trovato l’elemento in un campione minerale naturale. A quel tempo, gli scienziati rifiutarono questo, credendo che nessun elemento con più protoni dell’uranio (elementi transuranici) fosse presente in natura.
L’elemento 93 fu accettato come elemento esistente nel 1940 all’Università della California, Berkeley., Il professor Edwin McMillan e lo studente laureato Philip Abelson hanno usato una tecnica simile a Fermi, ma con una differenza importante: hanno usato neutroni a movimento lento. McMillan ha usato una macchina chiamata ciclotrone per rallentare i neutroni e poi li ha diretti verso un bersaglio di uranio-238. Questa volta, i neutroni hanno effettivamente lavorato per creare l’elemento 93 fondendosi con gli atomi di uranio invece di separarli. Abelson analizzò il campione risultante e notò un’insolita radiazione beta che mostrava la presenza di un nuovo isotopo (in seguito denominato Np-289)., McMillan e Abelson decisero di chiamare l’elemento nettunio perché Nettuno è il prossimo pianeta oltre Urano nel sistema solare. La scoperta fu il primo elemento transuranio ad essere sintetizzato in un laboratorio e valse a McMillan un premio Nobel nel 1951.
Fonti di nettunio
Sebbene gli scienziati pensassero che il nettunio potesse essere creato solo sinteticamente, tracce di quattro dei 25 isotopi del nettunio sono state trovate in natura, secondo il Los Alamos National Laboratory., Uranio, trovato nella roccia, suolo e acqua, subisce una reazione nucleare naturale che si traduce in piccole quantità di isotopi Np-237 a Np-240.
La maggior parte del nettunio, tuttavia, è antropogenica; cioè, è creato come sottoprodotto delle reazioni nelle centrali nucleari. Gli scienziati possono estrarre il nettunio dal combustibile nucleare esaurito in grandi quantità. A causa della sua lunga emivita di 2,14 milioni di anni, Np-237 è l’isotopo più abbondante del nettunio creato. La maggior parte degli altri isotopi del nettunio hanno brevi emivita e decadimento in pochi giorni.,
Proprietà del nettunio
Il nettunio è un membro della serie di attinidi, riga 5f della tavola periodica. Questa riga (insieme alla riga di lantanidi sopra) è spesso raffigurata sotto e separatamente dal resto della tavola periodica perché è troppo lunga per adattarsi a una pagina con dimensioni normali. Tutti i 15 elementi attinidici hanno raggi atomici molto grandi e sono radioattivi.
Il nettunio è un metallo argentato ed è molto reattivo, con quattro diversi stati di ossidazione. Quando si combina con altri elementi si presenta come diverse soluzioni colorate (viola, giallo, verde e rosa)., Anche da solo, il nettunio si presenta come tre diversi allotropi, o forme fisiche, a seconda della temperatura. È il più denso degli attinidi e può rimanere un liquido per la più ampia gamma di temperature di qualsiasi elemento noto.
Possiamo usarlo?
Le applicazioni attuali del Nettunio sono limitate. Il nettunio è stato solo considerato, non effettivamente utilizzato, come combustibile nucleare fissile. Tuttavia, il nettunio – 237 viene utilizzato per creare plutonio-238, che viene quindi utilizzato in speciali generatori di energia in grado di alimentare satelliti, veicoli spaziali e fari per un lungo periodo di tempo., Il nettunio-237 viene anche utilizzato nella ricerca di fisica nucleare come parte di un dispositivo che rileva neutroni ad alta energia.
Può farci del male?
Potrebbe esserci nettunio radioattivo in casa tua! Il nettunio si accumula in un oggetto domestico comune: rilevatori di fumo ionizzanti. Per rilevare il fumo, un altro elemento attinidico, americio-241, emette radiazioni e si trasforma in nettunio-237. Ma non c’è bisogno di preoccuparsi: la quantità di materiale radioattivo nei rilevatori di fumo è trascurabile e non causa danni alla salute umana, secondo Emsley. Rilevatori di fumo contengono meno di 0.00000001 once (0.,0000003 grammi) di americio, che decade così lentamente che solo circa lo 0,2% di questa già piccola quantità si converte in nettunio ogni anno.
Gli scienziati sono, tuttavia, interessati allo stoccaggio a lungo termine del nettunio presente nel combustibile nucleare esaurito, secondo un articolo del 2005 pubblicato da Berkeley Lab. Sebbene il nettunio costituisca solo una piccola percentuale dei rifiuti radioattivi totali, rappresenta una minaccia particolare perché è duraturo e difficile da estrarre., Amy Hixon, assistente professore al Notre Dame College of Engineering, ha studiato gli elementi attinidi meno familiari e come contenerli al meglio.
“Il nettunio presente in una barra di combustibile nucleare usata può durare per milioni di anni, e non sto esagerando”, ha detto Hixon mentre spiegava la realtà di contenere il nettunio. Il suo laboratorio studia come il nettunio e altri attinidi si muovono attraverso materiali che simulano depositi geologici, come quello proposto per Yucca Mountain in Nevada., Anche se questi siti di archiviazione profonda sono generalmente accettati come il più sicuro di stoccaggio a lungo termine, non ce ne sono attualmente operanti negli Stati Uniti. Il deposito di scorie nucleari di Yucca Mountain è stato defunded sotto l’amministrazione Obama nel 2011. L’amministrazione Trump ha tagliato tutti i finanziamenti per la ricerca sui rifiuti di pozzi profondi, ma il Congresso potrebbe riconsiderare i finanziamenti nel prossimo ciclo di bilancio per 2018.