Neptunium, element 93 op het periodiek systeem der elementen, was het eerste transuraanelement dat synthetisch werd geproduceerd en het eerste transuraanelement uit de actinideserie dat werd ontdekt. De ontdekking kwam na verschillende valse bevindingen van het element, waaronder Enrico Fermi ‘ s poging om uranium te bombarderen met neutronen. Dat experiment resulteerde in de ontdekking van splijting, of splijting atomen.
Neptunium is ingeklemd op het periodiek systeem tussen uranium en plutonium, die ook radioactief zijn., Alle drie deze elementen, vernoemd naar planeten, hebben tussen 92 en 94 protonen in hun kernen, groot genoeg om een kernsplijtingsreactie te ondergaan, of “atoom splitsing.”Als gevolg van deze mogelijkheid, uranium en plutonium worden beide op grote schaal gebruikt in kerncentrales en wapens.
Neptunium werd echter significant later in de geschiedenis ontdekt dan elk van zijn buren in het periodiek systeem, en wordt niet veel gebruikt., Neptunium blijft een belangrijk element om te bestuderen, omdat het wordt geproduceerd door nucleaire reacties van uranium en plutonium en kan duren als schadelijk radioactief afval voor miljoenen jaren, volgens een rapport uit 2003 van de Pacific Northwest Nuclear Laboratory. Inzicht in de chemie van neptunium is essentieel om een veilige opslag van nucleair afval op lange termijn te garanderen.
alleen de feiten
- atoomnummer (aantal protonen in de kern): 93
- Atoomsymbool (op het periodiek systeem van elementen): NP
- atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 237
- dichtheid: 11.,48 ounce per kubieke inch (19,86 gram per kubieke cm)
- fase bij kamertemperatuur: vaste stof
- smeltpunt: 644 graden Celsius
- kookpunt: 7.052 F (3.900 C)
- aantal natuurlijke isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 4 — Neptunium-237 tot en met neptunium-240. Er zijn nog 21 bekende isotopen gecreëerd in een lab.,
- meest voorkomende isotoop: Np-237
Discovery: Third time ‘ s a charm
volgens John Emsley in zijn boek “Nature’ s Building Blocks: an A-Z guide to the Elements” (Oxford University Press, 1999), de Italiaanse wetenschapper Enrico Fermi was de eerste die beweerde dat hij element 93 ontdekte, in 1934. Hij veronderstelde dat elementen zwaarder dan uranium (element 92) konden worden gemaakt door uranium te bombarderen met neutronen., Theoretisch zou dit een neutrale massa-eenheid toevoegen aan de uraniumatomen, die dan beta-verval zouden ondergaan, of verlies van een negatieve lading die een neutron in een proton verandert, wat resulteert in een element met 93 protonen in totaal. Fermi ‘ s experiment produceerde geen element; in plaats van de neutronen te fuseren met de uraniumatomen, splitsten ze de uraniumatomen in vele fragment radio-isotopen. Fermi werd bekritiseerd voor zijn valse bewering, en wist niet op het moment dat hij daadwerkelijk had uitgevoerd de eerste atoom splijting, of kernsplijting, experiment.,slechts vier jaar later, in 1938, maakten de Roemeense natuurkundige Horia Hulubei en de Franse scheikundige Yvette Cauchois een soortgelijk foutrapport over de ontdekking van element 93. Ze beweerden dat ze het element vonden in een natuurlijk mineraalmonster. In die tijd verwierpen wetenschappers dit, omdat ze geloofden dat er geen elementen met meer protonen dan uranium (transuranen) in de natuur aanwezig waren.
Element 93 werd geaccepteerd als een bestaand element in 1940 aan de University of California, Berkeley., Professor Edwin McMillan en afgestudeerde student Philip Abelson gebruikten een techniek vergelijkbaar met Fermi, maar met een belangrijk verschil: ze gebruikten langzaam bewegende neutronen. McMillan gebruikte een cyclotron om de neutronen te vertragen en richtte ze vervolgens op een uranium-238 doel. Deze keer werkten de neutronen eigenlijk om element 93 te creëren door te fuseren met de uraniumatomen in plaats van ze uit elkaar te breken. Abelson analyseerde de resulterende steekproef, en merkte ongewone bètastraling op die een nieuwe isotoop (later genoemd NP-289) toonde aanwezig was., McMillan en Abelson besloten het element neptunium te noemen omdat Neptunus de volgende planeet is voorbij Uranus in het zonnestelsel. De ontdekking was het eerste transuraniumelement dat in een lab werd gesynthetiseerd en McMillan kreeg in 1951 een Nobelprijs.
bronnen van neptunium
hoewel wetenschappers dachten dat neptunium alleen synthetisch kon worden gemaakt, zijn sindsdien sporen van vier van de 25 isotopen van neptunium in de natuur aangetroffen, volgens het Los Alamos National Laboratory., Uranium, gevonden in rots, bodem en water, ondergaat een natuurlijke kernreactie die resulteert in kleine hoeveelheden isotopen Np-237 tot NP-240.
het grootste deel van neptunium is echter antropogeen, dat wil zeggen het wordt gecreëerd als een bijproduct van reacties in kerncentrales. Wetenschappers kunnen neptunium in grote hoeveelheden uit verbruikte splijtstof halen. Door zijn lange halfwaardetijd van 2,14 miljoen jaar is NP-237 de meest voorkomende isotoop van neptunium. De meeste andere isotopen van neptunium hebben een korte halveringstijd en verval binnen enkele dagen.,
eigenschappen van neptunium
Neptunium maakt deel uit van de actinidenreeks, rij 5f van het periodiek systeem. Deze rij (samen met de lanthanide rij hierboven) wordt vaak hieronder afgebeeld en apart van de rest van het periodiek systeem omdat het te lang is om op een pagina met normale afmetingen te passen. Alle 15 actinide-elementen hebben zeer grote atomaire straling en zijn radioactief.Neptunium is een zilvermetaal en is zeer reactief, met vier verschillende oxidatietoestanden. Wanneer het combineert met andere elementen komt het voor als verschillende gekleurde oplossingen (paars, geel, groen en roze)., Zelfs op zichzelf, neptunium komt voor als drie verschillende allotropen, of fysieke vormen, afhankelijk van de temperatuur. Het is de dichtste van de actiniden en kan een vloeistof voor de grootste temperatuurwaaier van om het even welk bekend element blijven.
kunnen we het gebruiken?
De huidige toepassingen van Neptunium zijn beperkt. Neptunium wordt alleen beschouwd als splijtbare splijtstof en wordt niet daadwerkelijk gebruikt. Neptunium-237 wordt echter gebruikt om plutonium-238 te maken, dat vervolgens wordt gebruikt in speciale energiegeneratoren die satellieten, ruimtevaartuigen en Vuurtorens voor een lange periode van tijd kunnen aandrijven., Neptunium-237 wordt ook gebruikt in kernfysisch onderzoek als onderdeel van een apparaat dat hoge-energetische neutronen detecteert.
kan het ons schaden?
Er kan radioactief neptunium in uw huis aanwezig zijn! Neptunium accumuleert in een gemeenschappelijk huishoudelijk voorwerp: ioniserende rookmelders. Om rook te detecteren, zendt een ander actinide-element, americium-241, straling uit en verandert in neptunium-237. Maar geen zorgen te maken: de hoeveelheid radioactief materiaal in rookmelders is verwaarloosbaar en veroorzaakt geen schade aan de menselijke gezondheid, volgens Emsley. Rookmelders bevatten minder dan 0,00000001 ounces (0.,0000003 gram) americium, dat zo langzaam vervalt dat slechts ongeveer 0,2 procent van deze toch al kleine hoeveelheid elk jaar omgezet wordt in neptunium. volgens een artikel van Berkeley Lab uit 2005 houden wetenschappers zich echter bezig met de langetermijnopslag van neptunium in verbruikte splijtstof. Hoewel neptunium slechts een klein percentage van het totale radioactieve afval uitmaakt, vormt het een bijzonder gevaar omdat het langdurig en moeilijk te winnen is., Amy Hixon, universitair docent aan het Notre Dame College Of Engineering, heeft de minder bekende actinide-elementen bestudeerd en onderzocht hoe ze het best kunnen worden ingedamd. “het neptunium dat aanwezig is in een gebruikte splijtstofstaaf kan miljoenen jaren meegaan, en ik overdrijf niet,” zei Hixon toen ze de realiteit van het bevatten van neptunium uitlegde. Haar lab bestudeert hoe neptunium en andere actiniden door materialen bewegen die geologische opslagplaatsen simuleren, zoals die voor de Yucca Mountain in Nevada., Hoewel deze diepe opslaglocaties algemeen worden aanvaard als de veiligste opslag op lange termijn, zijn er momenteel geen in de Verenigde Staten actief. De Yucca Mountain Nuclear Waste Repository werd in 2011 ontbonden onder de regering-Obama. De regering-Trump heeft alle financiering voor onderzoek naar Deep borehole waste geschrapt, maar het Congres kan de financiering in de volgende begrotingscyclus voor 2018 heroverwegen.