Neptun, pierwiastek 93 w układzie okresowym pierwiastków, był pierwszym pierwiastkiem transuranowym, który został wytworzony syntetycznie i pierwszym odkrytym pierwiastkiem transuranowym z serii aktynowców. Jego odkrycie nastąpiło po kilku fałszywych odkryciach pierwiastka, w tym próbie bombardowania uranu neutronami Enrico Fermiego. Eksperyment ten zaowocował odkryciem rozszczepienia, czyli rozszczepienia atomów.
Neptun jest umieszczony w układzie okresowym pomiędzy Uranem i plutonem, które również są radioaktywne., Wszystkie trzy z tych pierwiastków, nazwane po planetach, mają od 92 do 94 protonów w jądrach, wystarczająco dużych, aby poddać się reakcji rozszczepienia jądrowego lub ” rozszczepieniu atomu.”Ze względu na tę zdolność, Uran i Pluton są szeroko stosowane w elektrowniach jądrowych i broni.
Neptun został jednak odkryty znacznie później w historii niż którykolwiek z jego sąsiadów układu okresowego i nie jest szeroko stosowany., Neptun pozostaje ważnym elementem do badań, ponieważ jest wytwarzany w reakcjach jądrowych uranu i plutonu i może trwać jako szkodliwe odpady radioaktywne przez miliony lat, zgodnie z raportem z 2003 roku przeprowadzonym przez Pacific Northwest Nuclear Laboratory. Zrozumienie chemii neptunu jest niezbędne do zapewnienia bezpiecznego długoterminowego składowania odpadów jądrowych.
tylko fakty
- liczba atomowa (liczba protonów w jądrze): 93
- symbol atomowy (na układzie okresowym pierwiastków): Np
- masa atomowa (średnia masa atomu): 237
- gęstość: 11.,48 uncji na cal sześcienny (19.86 gramów na cm sześcienny)
- Faza w temperaturze pokojowej: ciało stałe
- temperatura topnienia: 1,191 stopni Fahrenheita (644 stopni Celsjusza)
- temperatura wrzenia: 7,052 F (3,900 C)
- liczba naturalnych izotopów (atomów tego samego pierwiastka o różnej liczbie neutronów): 4 — Neptunium-237 przez neptunium-240. W laboratorium powstaje 21 dodatkowych znanych izotopów.,
- najczęstszy izotop: Np-237
odkrycie: trzeci raz jest urokiem
według Johna Emsleya w jego książce, „Nature' s building blocks: an A-Z guide to the Elements” (Oxford University Press, 1999), włoski naukowiec Enrico Fermi jako pierwszy stwierdził, że odkrył pierwiastek 93 w 1934 roku. Postawił hipotezę, że pierwiastki cięższe od uranu (pierwiastek 92) mogą zostać wytworzone przez bombardowanie uranu neutronami., Teoretycznie dodałoby to jedną neutralną jednostkę masy do atomów uranu, które następnie uległyby rozpadowi beta lub utracie ładunku ujemnego, który zamienia neutron w proton, co skutkowałoby powstaniem pierwiastka o łącznej liczbie 93 protonów. Eksperyment Fermiego nie doprowadził do wytworzenia pierwiastka; zamiast neutronów stapiających się z atomami uranu, podzieliły one Atomy uranu na wiele radioizotopów fragmentarycznych. Fermi był krytykowany za fałszywe twierdzenie i nie wiedział w tym czasie, że faktycznie przeprowadził pierwszy eksperyment rozszczepienia atomów.,
zaledwie cztery lata później, w 1938 roku, rumuński fizyk Horia Hulubei i francuska chemiczka Yvette Cauchois sporządzili podobny fałszywy raport o odkryciu pierwiastka 93. Twierdzili, że znaleźli pierwiastek w naturalnie występującej próbce minerałów. W tym czasie naukowcy odrzucili to, wierząc, że w przyrodzie nie ma pierwiastków o większej liczbie protonów niż uran (pierwiastki transuraniowe).
Element 93 został przyjęty jako istniejący element w 1940 roku na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley., Profesor Edwin McMillan i absolwent Philip Abelson używali techniki podobnej do Fermiego, ale z jedną ważną różnicą: używali wolno poruszających się neutronów. McMillan użył maszyny zwanej cyklotronem do spowolnienia neutronów, a następnie skierował je w cel uranu-238. Tym razem neutrony faktycznie pracowały nad stworzeniem pierwiastka 93, łącząc się z atomami uranu, zamiast je rozbijać. Abelson przeanalizował otrzymaną próbkę i zauważył niezwykłe promieniowanie beta, które wykazało obecność nowego izotopu (nazwanego później Np-289)., McMillan i Abelson postanowili nazwać pierwiastek neptunium, ponieważ Neptun jest kolejną planetą poza Uranem w Układzie Słonecznym. Odkrycie to było pierwszym pierwiastkiem transuraniowym, który został zsyntetyzowany w laboratorium i przyniosło Mcmillanowi Nagrodę Nobla w 1951 roku.
Źródła neptunu
chociaż naukowcy uważali, że Neptun może zostać wytworzony tylko syntetycznie, to śladowe ilości czterech z 25 izotopów neptunu zostały znalezione w naturze, według Los Alamos National Laboratory., Uran, znajdujący się w skale, glebie i wodzie, ulega naturalnej reakcji jądrowej, w wyniku której powstają niewielkie ilości izotopów Np-237 do Np-240.
większość neptunu jest jednak antropogeniczna, to znaczy powstaje jako produkt uboczny reakcji w elektrowniach jądrowych. Naukowcy mogą wydobywać Neptun ze zużytego paliwa jądrowego w dużych ilościach. Ze względu na długi okres półtrwania wynoszący 2,14 mln lat, np-237 jest najliczniejszym izotopem powstałego neptunu. Większość innych izotopów neptunu ma krótki okres półtrwania i rozpad w ciągu kilku dni.,
właściwości neptunu
Neptun należy do serii aktynowców, rzędu 5f układu okresowego. Rząd ten (wraz z rzędem lantanowców powyżej) jest często przedstawiany poniżej i oddzielnie od reszty układu okresowego, ponieważ jest zbyt długi, aby zmieścić się na stronie o normalnych wymiarach. Wszystkie 15 pierwiastków aktynowcowych ma bardzo duże promienie atomowe i jest radioaktywne.
Neptun jest metalem srebra i jest bardzo reaktywny, z czterema różnymi stanami utleniania. W połączeniu z innymi elementami występuje w różnych kolorach (fioletowym, żółtym, zielonym i różowym)., Nawet sam Neptun występuje jako trzy różne alotropy lub formy fizyczne, w zależności od temperatury. Jest to najgęstszy z aktynowców i może pozostać cieczą dla największego zakresu temperatur dowolnego znanego pierwiastka.
Czy możemy go używać?
obecne zastosowania Neptunium są ograniczone. Neptun został uznany za rozszczepialne paliwo jądrowe, które w rzeczywistości nie zostało użyte. Jednak Neptun-237 jest używany do tworzenia plutonu-238, który jest następnie używany w specjalnych generatorach energii, które mogą zasilać satelity, statki kosmiczne i latarnie morskie przez długi czas., Neptun-237 jest również wykorzystywany w badaniach fizyki jądrowej jako część urządzenia wykrywającego wysokoenergetyczne neutrony.
czy może nam zaszkodzić?
w Twoim domu może być radioaktywny Neptun! Neptun gromadzi się we wspólnym elemencie gospodarstwa domowego: jonizujących czujkach dymu. Aby wykryć dym, inny pierwiastek aktynowcowy, americium-241, emituje promieniowanie i zamienia się w Neptun-237. Ale nie musisz się martwić: ilość materiałów radioaktywnych w czujnikach dymu jest znikoma i nie powoduje żadnych szkód dla zdrowia ludzkiego, według Emsley. Detektory dymu zawierają mniej niż 0,00000001 uncji (0 .,0000003 gramów) ameryku, który rozpada się tak wolno, że tylko około 0,2 procent tej już niewielkiej ilości zamienia się każdego roku w Neptun.
naukowcy są jednak zaniepokojeni długoterminowym przechowywaniem neptunium obecnego w wypalonym paliwie jądrowym, zgodnie z artykułem opublikowanym w 2005 roku przez Berkeley Lab. Chociaż Neptun stanowi tylko niewielki procent całkowitych odpadów promieniotwórczych, stanowi szczególne zagrożenie, ponieważ jest długotrwały i trudny do wydobycia., Amy Hixon, adiunkt w Notre Dame College of Engineering, badała mniej znane pierwiastki aktynowcowe i jak najlepiej je zawierać.
„Neptun obecny w zużytym paliwie jądrowym może trwać miliony lat, i nie przesadzam” – powiedziała Hixon, wyjaśniając rzeczywistość zawierającą Neptun. Jej laboratorium bada, w jaki sposób Neptun i inne aktynidy przemieszczają się przez materiały symulujące repozytoria geologiczne, takie jak te proponowane dla Góry Yucca w Nevadzie., Chociaż te głębokie składowiska są ogólnie akceptowane jako najbezpieczniejsze przechowywanie długoterminowe, nie ma obecnie żadnych działających w Stanach Zjednoczonych. Yucca Mountain nuclear Waste repozytorium zostało zdefundowane pod administracją Obamy w 2011 roku. Administracja Trumpa ograniczyła wszystkie fundusze na badania odpadów głębokich otworów wiertniczych, ale Kongres może ponownie rozważyć finansowanie w następnym cyklu budżetowym na 2018.