Neptunium, element 93 på det periodiska systemet av element, var det första transuraniumelementet som producerades syntetiskt och det första aktinidserien transuraniumelementet som skulle upptäckas. Dess upptäckt kom efter flera falska fynd av elementet, inklusive Enrico Fermis försök att bombardera uran med neutroner. Experimentet resulterade i upptäckten av fission eller splittring av atomer.
Neptunium är inklämt på det periodiska bordet mellan uran och plutonium, som också är radioaktiva., Alla tre av dessa element, uppkallade efter planeter, har mellan 92 och 94 protoner i sina kärnor, tillräckligt stora för att genomgå en kärnfission reaktion ,eller ” atom delning.”På grund av denna förmåga används uran och plutonium både i stor utsträckning i kärnkraftverk och vapen.
Neptunium upptäcktes dock betydligt senare i historien än någon av dess periodiska grannar och används inte i stor utsträckning., Neptunium är fortfarande ett viktigt element för att studera eftersom det produceras av kärnreaktioner av uran och plutonium och kan vara som skadligt radioaktivt avfall i miljontals år, enligt en 2003-rapport från Pacific Northwest Nuclear Laboratory. Att förstå neptuniums kemi är viktigt för att säkerställa säker långsiktig lagring av kärnavfall.
bara fakta
- atomnummer (antal protoner i kärnan): 93
- Atomsymbol (på det periodiska systemet av element): Np
- atomvikt (atomens genomsnittliga massa): 237
- densitet: 11.,48 uns per kubiktum (19,86 gram per kubik cm)
- fas vid rumstemperatur: fast
- Smältpunkt: 1,191 grader Fahrenheit (644 grader Celsius)
- kokpunkt: 7,052 f (3,900 c)
- antal naturliga isotoper (atomer av samma element med ett annat antal neutroner): 4 — Neptunium-237 genom neptunium-240. Det finns ytterligare 21 kända isotoper skapade i ett labb.,
- Mest förekommande isotop: Np-237
Upptäckten: Tredje gången är en charm
Enligt John Emsley i sin bok, ”Naturens byggstenar: En a-Z Guide to the Element” (Oxford University Press, 1999), italiensk vetenskapsman Enrico Fermi var den första att hävda att han upptäckt element 93, 1934. Han hypoteser att element tyngre än uran (element 92) skulle kunna skapas genom att bombardera uran med neutroner., Teoretiskt skulle detta lägga till en neutral massenhet till uranatomerna, som sedan skulle genomgå betaförfall, eller förlust av en negativ laddning som förvandlar en neutron till en proton, vilket resulterar i ett element med 93 totala protoner. Fermis experiment slutade inte producera ett element; istället för neutronerna som smälte med uranatomerna delade de uranatomerna i många fragment radioisotoper. Fermi kritiserades för sitt falska påstående, och visste inte vid den tiden att han faktiskt hade utfört det första atomen splittring, eller fission, experiment.,
bara fyra år senare 1938 gjorde Rumänsk fysiker Horia Hulubei och fransk kemist Yvette Cauchois en liknande falsk rapport om att upptäcka element 93. De hävdade att de hittade elementet i ett naturligt förekommande mineralprov. Vid den tiden avvisade forskare detta och trodde inga element med mer protoner än uran (transuranelement) var närvarande i naturen.
Element 93 accepterades som ett befintligt element 1940 vid University of California, Berkeley., Professor Edwin McMillan och doktoranden Philip Abelson använde en teknik som liknar Fermi, men med en viktig skillnad: de använde långsamma neutroner. McMillan använde en maskin som kallas en cyclotron för att sakta ner neutronerna och riktade dem sedan till ett uran-238-mål. Den här gången arbetade neutronerna faktiskt för att skapa element 93 genom att smälta med uranatomerna istället för att bryta dem ifrån varandra. Abelson analyserade det resulterande provet och noterade ovanlig betastrålning som visade en ny isotop (senare namngiven Np-289) var närvarande., McMillan och Abelson bestämde sig för att kalla elementet neptunium eftersom Neptunus är nästa planet bortom Uranus i solsystemet. Upptäckten var det första transuranet som syntetiserades i ett labb och gav McMillan ett Nobelpris 1951.
källor till neptunium
även om forskare brukade tro att neptunium endast kunde skapas syntetiskt, har spårmängder av fyra av neptuniums 25 isotoper sedan hittats i naturen, enligt Los Alamos National Laboratory., Uran, som finns i berg, jord och vatten, genomgår en naturlig kärnreaktion som resulterar i små mängder isotoper Np-237 till Np-240.
majoriteten av neptunium är dock antropogen; det vill säga det skapas som en biprodukt av reaktioner i kärnkraftverk. Forskare kan extrahera neptunium från använt kärnbränsle i stora mängder. På grund av sin långa halveringstid på 2,14 miljoner år är NP-237 den mest rikliga isotopen av neptunium skapad. De flesta andra isotoper av neptunium har korta halveringstider och förfall inom några dagar.,
egenskaper hos neptunium
Neptunium är medlem i aktinidserien, rad 5f i det periodiska systemet. Denna rad (tillsammans med lanthanide-raden ovan) är ofta avbildad nedan och separat från resten av det periodiska bordet eftersom det är för långt att passa på en sida med normala dimensioner. Alla 15 aktinidelement har mycket stora atomradier och är radioaktiva.
Neptunium är en silvermetall och är mycket reaktiv, med fyra olika oxidationstillstånd. När den kombineras med andra element förekommer det som olika färgade lösningar (lila, gul, grön och rosa)., Även på egen hand sker neptunium som tre olika allotroper eller fysiska former, beroende på temperaturen. Det är den tätaste av aktiniderna och kan förbli en vätska för det största temperaturområdet för något känt element.
kan vi använda den?
Neptuniums nuvarande program är begränsade. Neptunium har bara ansetts, faktiskt inte används, som ett klyvbart kärnbränsle. Neptunium-237 används emellertid för att skapa plutonium-238, som sedan används i speciella energigeneratorer som kan driva satelliter, rymdfarkoster och fyrar under lång tid., Neptunium-237 används också i kärnfysikforskning som en del av en enhet som detekterar neutroner med hög energi.
kan det skada oss?
det kan finnas radioaktivt neptunium i ditt hus! Neptunium ackumuleras i ett gemensamt hushållsartiklar: joniserande rökdetektorer. För att upptäcka rök avger ett annat aktinidelement, americium-241, strålning och blir till neptunium-237. Men oroa dig inte: mängden radioaktivt material i rökdetektorer är försumbar och orsakar ingen skada för människors hälsa, enligt Emsley. Rökdetektorer innehåller mindre än 0.00000001 uns (0.,0000003 gram) av americium, som sönderfaller så långsamt att endast cirka 0,2 procent av denna redan lilla mängd omvandlas till neptunium varje år.
forskare är dock oroade över den långsiktiga lagringen av neptunium som finns i använt kärnbränsle, enligt en artikel från 2005 som publicerades av Berkeley Lab. Även om neptunium bara utgör en liten andel av det totala radioaktiva avfallet utgör det ett särskilt hot eftersom det är långvarigt och svårt att extrahera., Amy Hixon, biträdande professor vid Notre Dame College of Engineering, har studerat de mindre kända aktinidelementen och hur man bäst innehåller dem.
”neptuniumet som finns i en begagnad kärnbränslestång kan vara i miljontals år, och jag överdriver inte”, sa Hixon som hon förklarade verkligheten att innehålla neptunium. Hennes labb studerar hur neptunium och andra aktinider rör sig genom material som simulerar geologiska förråd, som den som föreslogs för Yucca Mountain i Nevada., Även om dessa djupa lagringsplatser är allmänt accepterade som det säkraste långtidslagret, finns det ingen som för närvarande arbetar i USA. Den Yucca Mountain kärnavfallsförvar var defunded under Obama-administrationen under 2011. Trump-administrationen har minskat all finansiering för djup borrhålsavfallsforskning, men kongressen kan ompröva finansieringen i nästa budgetcykel för 2018.