Neptunium, element 93 på den periodiske tabell over elementene, var den første transuranium element til å bli produsert syntetisk og den første actinide serien transuranium element for å bli oppdaget. Det ble funnet kom etter flere falske funn av elementet, inkludert Enrico Fermi forsøk på å bombardere uran med nøytroner. Eksperimentet resulterte i oppdagelsen av fisjon, eller splitte atomer.
Neptunium er klemt på den periodiske tabellen mellom uran og plutonium, som også er radioaktive., Alle disse tre elementene, oppkalt etter planeter, har mellom 92 og 94 protoner i deres kjerner, stor nok til å gjennomgå en kjernefysisk fisjon reaksjon, eller «atom splitting.»På grunn av denne evnen, uran og plutonium er både mye brukt i kjernekraftverk og våpen.
Neptunium, men ble oppdaget betydelig senere i historien enn noen av sine periodiske tabell naboer, og er ikke mye brukt., Neptunium er fortsatt et viktig element for å studere fordi det er produsert av kjernefysiske reaksjoner av uran og plutonium og kan vare så farlig radioaktivt avfall i millioner av år, ifølge en rapport 2003 av Pacific Northwest Kjernefysisk Laboratorium. Forståelse neptunium er kjemi er viktig for å sikre trygg og langsiktig lagring av kjernefysisk avfall.
Bare fakta
- atomnummer (antall protoner i kjernen): 93
- Atomic symbol (på den periodiske tabell over elementene): Np
- atomvekt (gjennomsnitt massen av et atom): 237
- Tetthet: 11.,48 gram per kubikk tommer (19.86 gram per kubikk cm)
- Fase i romtemperatur: solid
- Smeltepunkt: 1,191 grader Fahrenheit (644 grader Celsius)
- kokepunkt: 7,052 F (3,900 C)
- Antall naturlige isotoper (atomer av samme grunnstoff med et ulikt antall nøytroner): 4 — Neptunium-237 gjennom neptunium-240. Det er 21 flere kjente isotoper som er opprettet i en lab.,
- vanligste isotopen: Np-237
Discovery: Tredje gang er sjarmen
Ifølge John Emsley i sin bok, «Naturens byggesteiner: En A til Z Guide for Elementene» (Oxford University Press, 1999), italiensk forsker Enrico Fermi var den første til å hevde at han oppdaget element 93, i 1934. Han hypotese om at elementer tyngre enn uran (element 92) kan opprettes ved å bombardere uran med nøytroner., I teorien, ville dette legge til en nøytral masse enhet til uran-atomer, som da ville gjennomgå beta forfall, eller tap av en negativ ladning som blir et nøytron til et proton, noe som resulterer i et element med 93 totalt protoner. Fermi er eksperimentet ikke ende opp med å produsere et element; i stedet for nøytroner festes med uran atomer, de dele uran atomer i mange fragment radioisotopes. Fermi var kritisert for sin falske krav, og visste ikke på det tidspunktet at han faktisk hadde utført den første atom splitting, eller fisjon, eksperiment.,
Bare fire år senere, i 1938, rumensk fysiker Horia Hulubei og fransk kjemiker Yvette Cauchois laget en lignende falsk rapport for å oppdage element 93. De hevdet at de fant element i et naturlig forekommende mineral eksempel. På den tiden, forskere avviste dette, tror ingen elementer med mer protoner enn uran (transuranium elementer) var til stede i naturen.
– Element 93 ble akseptert som et eksisterende element i 1940 ved University of California, Berkeley., Professor Edwin McMillan og graduate student Philip Abelson brukt en teknikk som ligner på Fermi, men med en viktig forskjell: de brukte langsomme nøytroner. McMillan brukt en maskin som kalles en cyclotron for å bremse nøytroner og deretter ledet dem på en uran-238 mål. Denne gangen, nøytroner faktisk arbeidet for å skape element 93 ved å fusjonere med uran atomer i stedet for å bryte dem fra hverandre. Abelson analysert den resulterende eksempel, og bemerket uvanlig beta stråling som viste en ny isotop (senere kalt Np-289) var til stede., McMillan og Abelson bestemte seg for å ringe element neptunium fordi Neptun er den neste planet utenfor Uranus i solsystemet. Oppdagelsen var den første transuranium element for å bli fremstilt i et laboratorium, og tjent McMillan nobelprisen i 1951.
Kilder til neptunium
Selv om forskere som brukes til å tenke neptunium bare kunne lages syntetisk, spormengder av fire av neptunium er 25 isotoper har siden blitt funnet i naturen, i henhold til Los Alamos National Laboratory., Uran, som finnes i stein, jord og vann, gjennomgår en naturlig kjernefysisk reaksjon som resulterer i små mengder av isotoper Np-237 til Np-240.
flertallet av neptunium, imidlertid, er menneskeskapte, at er, det er laget som et biprodukt av reaksjoner i kjernekraftverk. Forskere kan trekke ut neptunium fra brukt kjernebrensel i store mengder. På grunn av sin lange halveringstid 2.14 millioner år, Np-237 er den mest tallrike isotop av neptunium opprettet. De fleste andre isotoper av neptunium har kort halveringstid og forfall i løpet av dager.,
Egenskaper av neptunium
Neptunium er medlem av actinide serien, rad 5f av den periodiske tabellen. Dette rad (sammen med lanthanide rad over) er ofte avbildet nedenfor og separat fra resten av den periodiske tabellen fordi den er for lang til å passe inn på en side med normale dimensjoner. Alle 15 actinide elementer har svært store atomic radier, og de er radioaktive.
Neptunium er en sølvfarget metall og er svært reaktive, med fire forskjellige oksidasjon stater. Når det kombineres med andre elementer, for det skjer så forskjellige fargede løsninger (lilla, gul, grønn og rosa)., Selv på sin egen, neptunium oppstår som tre forskjellige allotropes, eller fysiske former, avhengig av temperaturen. Det er den tetteste av actinides og kan være en væske for den største temperatur spekter av noen kjent element.
Kan vi bruke det?
Neptunium er aktuelle programmer er begrenset. Neptunium har bare vært vurdert, faktisk ikke brukt, som en spaltbart kjernefysisk brensel. Imidlertid, neptunium-237 brukes til å lage plutonium-238, som deretter brukes i spesielle energi generatorer som kan drive satellitter, romsonder og fyrtårn for en lang periode av tid., Neptunium-237 er også brukt i kjernefysikk forskning som en del av en enhet som registrerer høy-energi nøytroner.
Kan det skade oss?
Det kan være radioaktive neptunium i huset! Neptunium akkumuleres i en felles husholdning element: ioniserende røykvarslere. Å oppdage røyk, en annen actinide element, americium-241, avgir stråling og blir til neptunium-237. Men ingen grunn til bekymring: den mengden av radioaktivt materiale i røykvarslere er ubetydelig, og forårsaker ingen skade på menneskers helse, i henhold til Emsley. Røykvarslere inneholder mindre enn 0.00000001 gram (0.,0000003 gram) av americium, som desintegrerer så sakte at bare om lag 0,2 prosent av dette allerede liten mengde konverterer til neptunium hvert år.
Forskere er imidlertid opptatt med langvarig lagring av neptunium til stede i kjernebrensel, i henhold til 2005 en artikkel publisert av Berkeley Lab. Selv om neptunium utgjør bare en liten andel av den totale radioaktivt avfall, det utgjør en særlig trussel fordi det er langvarig og vanskelig å trekke., Amy Hixon, assisterende professor ved Notre Dame College of Engineering, har studert mindre kjent actinide elementer og hvordan du best kan inneholde dem.
«Den neptunium til stede i en brukt kjernebrensel stang kan vare i millioner av år, og jeg overdriver ikke,» Hixon, sa hun forklarte realitet inneholder neptunium. Hennes lab studier hvor neptunium og andre actinides gå gjennom materialet for å simulere geologiske depoter, som den som er foreslått for Yucca Mountain i Nevada., Selv om disse dype lagring nettsteder er allment akseptert som den sikreste langsiktig lagring, det er ingen som for tiden opererer i Usa. Den Yucca Mountain Kjernefysisk Avfall Depotet var defunded under Obama-administrasjonen i 2011. Trump administrasjon har kuttet all finansiering for dype borehullet avfall forskning, men Kongressen kan revurdere finansiering i neste budsjett syklus for 2018.