Tämä on lupaava artikkeli.

Neptunium

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
UraaniNeptuniumPlutonium
Pm

Np

-  
 
 
Np-TableImage.png
Yleistä
Nimi Neptunium
Tunnus Np
Järjestysluku 93
Luokka aktinoidi
Lohko f-lohko
Ryhmä -
Jakso 7
Tiheys 20,45[1]×103 kg/m3
Väri hopeisen metallinen
Löytövuosi, löytäjä 1940, Edwin McMillan ja Philip H. Abelson
Atomiominaisuudet
Atomipaino 237.0482[2] amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 155[3] pm
Kovalenttisäde 190[3] pm
Van der Waalsin säde 221[3] pm
Orbitaalirakenne [Rn] 5f4 6d1 7s2
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
Hapetusluvut +VI, +V, +IV, +III
Kiderakenne Ortorombinen, kuutiollinen tai tetragonaalinen
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste 913 K (640[2] °C)
Kiehumispiste 4 175 K (3 902[2] °C)
Moolitilavuus 11,59[2]×10−3 m3/mol
Höyrystymislämpö 335[1] kJ/mol
Sulamislämpö 10[1] kJ/mol
Muuta
Elektronegatiivisuus 1,36[1] (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti luotettavaa dataa ei saatavissa kJ/kg K
Sähkönjohtavuus 8,3 • 105[1] S/m
Lämmönjohtavuus 6[1] W/(m×K)
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Neptunium (lat. neptunium) on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Np, järjestysluku 93 ja CAS-numero 7439-99-8. Neptunium kuuluu aktinoideihin ja on ensimmäinen transuraani. Se sijaitsee jaksollisessa järjestelmässä uraanin jälkeen ja ennen plutoniumia. Neptuniumin pysyvintä isotooppia Np-237:ää muodostuu ydinreaktioissa. Alkuaineen moolimassa on 237 u. Se on hopeanhohtoinen metalli ja sen tiheys on likipitäen 20 000 kg/m³. Neptunium on nimetty planeetta Neptunuksen mukaan ja se löydettiin 1940 pommitettaessa uraania neutroneilla. Neptuniumia on käytetty lähinnä mittalaitteissa.

Ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neptuniumkuula

Fysikaaliset ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neptunium on hopeisen harmaa radioaktiivinen metalli. Sen sulamispiste on 640 °C ja tiheys 20,45 g/cm3. Neptuniumilla on kolme allotroppista muotoa. Huoneenlämmössä neptunium on alfa-muodossa, jolloin sen kiderakenne on rombinen. Yli 280 °C lämpötilassa se on beta-muodossa, jolloin sen kiderakenne on tetraedrinen. Yli 577 °C neptunium on gamma-muodossaan, ja sen kiderakenne on kuutiollinen.[4][5]

Kemialliset ominaisuudet ja yhdisteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neptunium on suhteellisen reaktiivinen. Se reagoi nopeasti muun muassa hapen kanssa muodostaen neptuniumoksidia. Se reagoi monien epämetallien kanssa, mutta ei reagoi emästen kanssa. Neptunium muodostaa joitakin erikoisia yhdisteitä, kuten neptuniumdialuminidin (NpAl2) ja neptuniumberyllidin (NpBe3). Näiden erikoisuus on se, että näissä kaksi metallia muodostavat yhdisteen, joka ei ole lejeerinki. Neptunium-jauhe on pyroforista, eli helposti syttyvää.[5][6]

Neptuniumilla on useita hapetusasteita. Hapetusasteella +III neptunium on vesiliuoksessa violettia ja hapetuasteella +IV kellertävän vihreää, +V (NpO2+) on happoliuoksissa vihreää ja emäksisissä liuoksissa keltaista, +VI (NpO22+) vaaleanpunaista ja +VII vihreää. Tärkeimmät hapetusasteet ovat +IV ja +V. Hapettavassa ympäristössä neptunium on dioksokationina NpO2+, joka on veteen liukenevaa. Neptunium muodostaa oksidit Np3O8, Np2O5 ja NpO2. Korkeissa pH:issa neptunium muodostaa hydroksidin NpO2OH:n, joka ei liukene veteen.[4][2][7][8]

Neptunium reagoi vedyn kanssa tuottaen hydridit NpH2 ja NpH3. Halideja tunnetaan useilla hapetusasteilla, joista tavallisimmat ovat +III, +IV. Neptunium muodostaa myös hyvin voimakkaat hapettimet NpF6 ja NpF5, joita voidaan valmistaa antamalla NpF4 reagoida fluorin kanssa.[2][9]

Neptuniumilla on kompleksiyhdisteitä monilla eri hapetusasteilla. Hapetusluvulla +VII se muodostaa emäksisissä olosuhteissa sekä sähköllä hapettaen [NpO4(OH)2]3-. Hapetusasteilla +VI ja +V hallitsevat spesiekset ovat oksokationit NpO22+ ja NpO2+, joka voidaan koordinoida esimerkiksi fluoridilla, joka stabiloi samalla oksokationin. Hapetusluvulla +IV neptuniumilla on paljon erilaisia kompleksiyhdisteitä muun muassa nitraatin ja sulfaatin kanssa sekä joitakin kelaatteja. Hapetusluvulla +III neptunium muodostaa halidien kanssa komplekseja. Hapetusasteilla +VII, +VI ja +V tavallisia yhdisteitä ovat neptuniumfluoridikompleksit, joissa on kiinni jokin alkalimetalli, kuten natrium. Esimerkiksi hapetusluvulla +V neptunium muodostaa Na3NpF8.[10]

Neptuniumilla tunnetaan joitakin organometalliyhdisteitä. Tavallisin ligandi on syklopentadieeni, jonka kanssa neptunium voi reagoida hapetusluvuilla +III ja +IV.[11]

Haitallisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neptunium on haitallista ihmiselle sen radioaktiivisen luonteen takia. Elimistössä neptunium kertyy luustoon ja maksaan.[2][4]

Isotoopit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neptuniumin kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia. Neptuniumilla on kaksi isotooppia, joiden puoliintumisajat ovat tuhansia vuosia: 236Np yli 10 000 vuotta ja 237Np yli 200 000 vuotta.

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
225Np 6 ms α
226Np 35 ms α
227Np 0,51 s α
228Np 61,4 s α,EC
229Np 4,0 min α, EC
230Np 4,6 min EC, β+
231Np 48,8 min α, EC
232Np 14,7 min EC, β+
233Np 36,2 min EC
234Np 4,4 d EC, β+
235Np 396,1 d EC
236Np 1,54 • 105 a EC, β-, α
236m1Np 22,5 h EC, β-
Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
237Np 2,114 • 106 a α
237m1Np 45 ns
238Np 2,117 d β-
238m1Np 112 ns β-
239Np 2,3565 d β-
240Np 61,9 min β-
240m1Np 7,22 min β-, IT
241Np 13,9 min β-
242Np 5,5 min β-
242m1Np 2,2 min β-
243Np 1,8 min β-
244Np 2,29 min β-

Lähde:[12][3]

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Syklotroni Berkeleyn yliopistossa, jossa neptunium löydettiin ensimmäisen kerran.

Neptunium oli ensimmäinen löydetty transuraani. Sen löysivät Edwin McMillan ja Philip Abelson Berkeleyssä vuonna 1940. Samaan aikaan Berliinissä K. Starke onnistui myös valmistaa neptuniumia. Hän tutki kollegoidensa Fritz Strassmannin ja Otto Hahnin kanssa neptuniumin ominaisuuksia, mutta he eivät julkaiseet tuloksia toisen maailmansodan takia vasta kuin vuonna 1942. He pommittivat neutroneilla uraania, jolloin syntyi neptuniumia. Neptunium on nimetty Neptunus-planeetan mukaan. Se myös sijaitsee uraanin ja plutoniumin välissä jaksollisessa järjestelmässä samoin kuin Neptunus sijaitsee Uranuksen ja Pluton välissä.[13][14][15]

Esiintyminen ja eristäminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neptuniumia löytyy luonnosta hyvin pieni määrä uraanimalmeista. Neptuniumia valmistetaan tavallisesti pommittamalla uraania neutroneilla syklotronilla. Neptuniumia syntyy ydinvoimaloissa, kun polttoaineena käytetään uraania.[16][14][4]

235U(n,γ) → 236U(n,γ) → 237- + 237Np[16]
235U(n,2n) → 237U → β- + 237Np[16]

Neptuniumia eristetään yleensä ioninvaihdon, uuttamisen tai kromatografisin menetelmin. Np(+IV) voidaan saostaa vesiliuoksista fluoridin avulla. Eristämisen hankaluus yleensä johtuu siitä, että neptuniumin konsentraatio on hyvin pieni suhteessa uraaniin. Uraani eristetään yleensä neptuniumista siten, että uraani on hapetusasteella +VI, sillä tälläisessä ympäristössä neptunium on hapetusasteella +IV.

Puhdasta metallista neptuniumia voidaan valmistaa antamalla neptuniumtrifluoridin reagoida kuuman (1 200 °C) bariumin tai litiumin kanssa.[5][2]

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neptuniumia on käytetty neutroni-ilmaisimissa eli mittalaitteissa, joiden tarkoituksena on ilmaista onko ympäristössä neutroneja. Neptuniumista voidaan valmistaa sitä neutroneilla pommittamalla plutoniumia, jota käytetään muun muassa avaruusteknologiassa.[13][4]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Jukka Lehto & Xiaolin Hou: Chemistry and Analysis of Radionuclides. Weinheim: Wiley-VCH, 2011. ISBN 978-3-528-32658-7. (englanniksi)
  • N. N. Greenwood & A. Earnshaw: Chemistry of the Elements. Oxford: Elsevier Ltd, 1997. ISBN 978-0-7506-3365-9. (englanniksi)

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f Technical data - Neptunium periodictable.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
  2. a b c d e f g h Neptunium 3rd1000.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
  3. a b c d Neptunium americanelements.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
  4. a b c d e Neptunium chemicool.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
  5. a b c Neptunium, Chemical Element chemistryexplained.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
  6. Greenwood & Earnshaw s. 1264
  7. Lehto & Hou s. 278-279
  8. Greenwood & Earnshaw s. 1267
  9. Greenwood & Earnshaw s. 1267-1270
  10. Greenwood & Earnshaw s. 1273-1278
  11. Greenwood & Earnshaw s. 1278-1279
  12. Isotopes of Neptunium (Z=93) Berkeley Laboratory. Viitattu 4.8.2015.
  13. a b Marko Hamilo: Neptunium oli ensimmäinen transuraani Helsingin Sanomat. 11. lokakuuta 2005. Viitattu 4.8.2015.
  14. a b Neptunium infoplease.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
  15. Siegfried Engels & Alois Nowak (suom. Jouko Koskikallio): Kemian Keksintöjä - Alkuaineiden Löytöhistoria, s. 252. Jyväskylä: Gummerus Kirjapaino Oy, 1983. ISBN 952-903976-x.
  16. a b c Lehto & Hou s. 277