Нептун

Нептуний, ₉₃ Нп

Нептун
Произношение	/ n ɛ p ˈ tj uː n i ə m / ( nep- TEW -nee-əm )
Появление	серебристый металлик
Массовое число	[237]
Нептуний в таблице Менделеева
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор сера хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Полагать Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Париж Гафний Тантал вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (стихия) Таллий Вести Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий актиний Торий Протактиний Уран Нептун Плутоний Америций Курий Берклий Калифорния Эйнштейний Фермий Менделеев Благородный Лоуренсий Резерфордий Дубниум Сиборгий борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперник нихоний Флеровий Московий Ливерморий Теннессин Оганессон вечера ↑ Например ↓ — уран ← нептуний → плутоний
Атомный номер ( Z )	93
Группа	группы f-блоков (без номера)
Период	период 7
Блокировать	f-блок
Электронная конфигурация	[ Рн ] 5f 4 6д 1 7 с 2
Электроны на оболочку	2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
Физические свойства
Фаза в СТП	твердый
Температура плавления	912±3 К (639±3°С, 1182±5°F)
Точка кипения	4447 К (4174 °C, 7545 °F) (экстраполировано)
Плотность (при 20°С)	20,48 г/см 3 ( 237 Например)
Теплота плавления	5,19 кДж/моль
Теплота испарения	336 кДж/моль
Молярная теплоемкость	29,46 Дж/(моль·К)
Давление пара П   (Па) 1 10 100 1 тыс. 10 тысяч 100 тыс. при Т   (К) 2194 2437
Атомные свойства
Стадии окисления	+2, +3, +4, +5 , +6, +7 ( амфотерный оксид)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 1,36.
Энергии ионизации	1-й: 604,5 кДж/моль
Атомный радиус	эмпирический: 155 вечера
Ковалентный радиус	190±13:00
Спектральные линии нептуния
Другие объекты недвижимости
Естественное явление	от распада
Кристаллическая структура	орторомбический ( oP8 )
Константы решетки	а = 472,3 вечера б = 488,7 вечера с = 666,3 вечера (при 20 ° C)
Теплопроводность	6,3 Вт/(м⋅К)
Электрическое сопротивление	1,220 мкОм⋅м (при 22 °C)
Магнитный заказ	парамагнитный
Номер CAS	7439-99-8
История
Мы	в честь планеты Нептун , названной в честь римского бога моря Нептуна.
Открытие	Эдвин Макмиллан и Филип Х. Абельсон (1940)
Изотопы нептуния
Основные изотопы Разлагаться abun­dance период полураспада ( т 1/2 ) режим pro­duct 235 Например синтезатор 396,1 д а 231 Хорошо е 235 В 236 Например синтезатор 1.54 × 10 5 и е 236 В б − 236 Мог а 232 Хорошо 237 Например след 2.144 × 10 6 и а 233 Хорошо 239 Например след 2,356 д б − 239 Мог

Нептуний — химический элемент ; он имеет символ Np и атомный номер 93. Радиоактивный актинид металла нептуний является первым трансурановым элементом . Он назван в честь Нептуна , планеты за Ураном в Солнечной системе, в честь которой назван уран. Атом нептуния имеет 93 протона и 93 электрона, из которых семь валентных электронов . Металлический нептуний имеет серебристый цвет и тускнеет на воздухе. Элемент встречается в трех аллотропных формах и обычно имеет пять степеней окисления в диапазоне от +3 до +7. Как и все актиниды, он радиоактивен , ядовит , пирофорен и способен накапливаться в костях , что делает обращение с нептунием опасным.

Хотя на протяжении многих лет было сделано много ложных заявлений об его открытии, этот элемент был впервые синтезирован Эдвином Макмилланом и Филипом Х. Абельсоном в Радиационной лаборатории Беркли в 1940 году. С тех пор большая часть нептуния производилась и до сих пор производится путем нейтронного облучения урана в ядерных реакторах. Подавляющее большинство из них образуется в качестве побочного продукта в обычных ядерных энергетических реакторах. Хотя сам нептуний в настоящее время не имеет коммерческого применения, он используется в качестве прекурсора для образования плутония-238 , который, в свою очередь, используется в радиоизотопных тепловых генераторах для обеспечения электроэнергией космических кораблей . Нептуний также использовался в детекторах высоких энергий нейтронов .

Самый долгоживущий изотоп нептуния, нептуний-237, является побочным продуктом ядерных реакторов и производства плутония . Этот изотоп и изотоп нептуний-239 также обнаруживаются в следовых количествах в урановых рудах из-за реакций захвата нейтронов и бета-распада .

Характеристики

Физический

Нептуний — твердый , серебристый, пластичный , радиоактивный -актинид металл . В таблице Менделеева он расположен справа от актинида урана , слева от актинида плутония и ниже лантаноида прометия . Нептуний — твердый металл, имеющий модуль объемного сжатия 118 ГПа , сравнимый с модулем упругости марганца . Металлический нептуний похож на уран с точки зрения физической обрабатываемости. При воздействии воздуха при нормальной температуре он образует тонкий оксидный слой. Эта реакция протекает быстрее с повышением температуры. Нептуний плавится при 639 ± 3 °C : эта низкая температура плавления , свойство, которое металл разделяет с соседним элементом плутонием (который имеет температуру плавления 639,4 °C), обусловлено гибридизацией 5f- и 6d-орбиталей и образованием направленных связи в металле. Температура кипения нептуния эмпирически не известна, и обычно приводимое значение 4174 ° C экстраполируется на основе давления паров элемента. Если быть точным, то это дало бы нептунию самый большой диапазон жидкого состояния среди всех элементов (между его точками плавления и кипения проходит 3535 К ).

Нептуний встречается по крайней мере в трёх аллотропах . Были сделаны некоторые утверждения о четвертом аллотропе, но они пока не доказаны. Такое разнообразие аллотропов характерно для актинидов . Кристаллические структуры нептуния, протактиния , урана и плутония не имеют явных аналогов среди лантаноидов и больше похожи на структуры 3d- переходных металлов .

Аллотропы нептуния

Аллотроп	α (измерено при 20 °C)	β (измерено при 313 °C)	γ (измерено при 600 °C)
Температура перехода	(α→β) 280 °С	(β→γ) 576 °С	(γ→жидкость) 639 °C
Кристаллическая структура	орторомбический	четырехугольный	Телоцентрированная кубическая
Символ Пирсона	оП8	ТП4	cI2
Космическая группа	Пнма	Р42 1 2	мне 3 метра
Плотность (г/см 3 , 237 Например)	20.45	19.36	18.08
Параметры решетки ( pm )	а = 472,3 б = 488,7 с = 666,3	а = 489,5 с = 338,9	а = 351,8

Фазовая диаграмма нептуния

α-нептуний принимает ромбическую структуру, напоминающую сильно искаженную объемноцентрированную кубическую структуру. Каждый атом нептуния координирован с четырьмя другими, а длина связи Np-Np составляет 260 пм. Это самый плотный из всех актинидов и пятый по плотности из всех встречающихся в природе элементов после рения , платины , иридия и осмия . α-нептуний обладает полуметаллическими свойствами, такими как прочная ковалентная связь и высокое электрическое сопротивление , а его металлические физические свойства ближе к металлоидам, чем к настоящим металлам. Некоторые аллотропы других актинидов также демонстрируют подобное поведение, хотя и в меньшей степени. Ожидается, что плотности разных изотопов нептуния в альфа-фазе будут заметно различаться: α- ²³⁵ Np должен иметь плотность 20,303 г/см. ³ ; а- ²³⁶ Np, плотность 20,389 г/см ³ ; а- ²³⁷ Np, плотность 20,476 г/см ³ .

β-нептуний приобретает искаженную тетрагональную плотноупакованную структуру. Четыре атома нептуния составляют элементарную ячейку, а длины связей Np–Np составляют 276 пм. γ-нептуний имеет объемноцентрированную кубическую структуру и имеет длину связи Np–Np 297 пм. γ-форма становится менее стабильной с увеличением давления, хотя температура плавления нептуния также увеличивается с давлением. β-Np/γ-Np/жидкость Тройная точка возникает при 725 °C и 3200 МПа .

Сплавы

Благодаря наличию валентных 5f-электронов нептуний и его сплавы, как и многие другие актиниды, проявляют очень интересное магнитное поведение. Они могут варьироваться от зонированного характера, характерного для переходных металлов, до поведения локального момента, типичного для скандия , иттрия и лантаноидов . Это связано с гибридизацией 5f-орбитали с орбиталями металлических лигандов , а также с тем фактом, что 5f-орбиталь релятивистски дестабилизирована и простирается наружу. Например, чистый нептуний парамагнитен , Np Al ₃ ферромагнитен Sn , Np Ge ₃ упорядочения, а Np 3 _{не имеет магнитного} может быть тяжелым фермионным материалом . В настоящее время проводятся исследования сплавов нептуния с ураном, америцием , плутонием , цирконием и железом , чтобы переработать долгоживущие изотопы отходов, такие как нептуний-237, в более короткоживущие изотопы, более полезные в качестве ядерного топлива.

сплав на основе нептуния один сверхпроводниковый Был обнаружен с формулой Np Pd ₅ Al ₂ . Такое явление в соединениях нептуния несколько удивительно, поскольку они часто обладают сильным магнетизмом, который обычно разрушает сверхпроводимость. Сплав имеет тетрагональную структуру с температурой перехода в сверхпроводимость -268,3 ° C (4,9 К).

Химический

Нептуний имеет пять степеней ионного окисления от +3 до +7 при образовании химических соединений, которые одновременно можно наблюдать в растворах. Это самый тяжелый актинид, который в стабильном соединении может потерять все свои валентные электроны. Наиболее стабильное состояние в растворе +5, но в твердых соединениях нептуния предпочтительна валентность +4. Металлический нептуний очень реакционноспособен. Ионы нептуния склонны к гидролизу и образованию координационных соединений .

Атомный

Атом нептуния имеет 93 электрона, расположенных в конфигурации [ Rn ] 5f ⁴ 6д ¹ 7 с ² . Это отличается от конфигурации, ожидаемой в соответствии с принципом Ауфбау, тем, что один электрон находится в подоболочке 6d, а не в подоболочке 5f, как ожидалось. Это происходит из-за подобия энергий электронов подоболочек 5f, 6d и 7s. При образовании соединений и ионов все валентные электроны могут быть потеряны, оставляя после себя инертное ядро ​​из внутренних электронов с электронной конфигурацией благородного газа радона; чаще всего теряются только некоторые валентные электроны. Электронная конфигурация триположительного иона Np ³⁺ это [Rn] 5f ⁴ , при этом первыми теряются самые внешние 7s и 6d электроны: это в точности аналогично гомологу лантаноида нептуния прометию и соответствует тенденции, установленной другими актинидами с их [Rn] 5f ^н электронные конфигурации в триположительном состоянии. Первый потенциал ионизации нептуния был измерен в 1974 году и составил не более 6,19 ± 0,12 эВ на основании предположения, что 7s-электроны будут ионизироваться раньше 5f и 6d; более поздние измерения уточнили это значение до 6,2657 эВ.

Изотопы

Основная статья: Изотопы нептуния

нептуния-237 4 n + 1 Цепочка распада , обычно называемая «серией нептуния».

двадцать четыре радиоизотопа нептуния, наиболее стабильным из которых является Охарактеризовано ²³⁷ Np с периодом полураспада 2,14 миллиона лет, ²³⁶ Np с периодом полураспада 154 000 лет и ²³⁵ Np с периодом полураспада 396,1 суток. Период полураспада всех остальных радиоактивных изотопов составляет менее 4,5 дней, а период полураспада большинства из них составляет менее 50 минут. Этот элемент также имеет как минимум четыре метасостояния , наиболее стабильным из которых является ^{236 м} Нп с периодом полураспада 22,5 часа.

изотопов нептуния варьируется Атомный вес от 219,032 u ( ²¹⁹ Np) до 244,068 u ( ²⁴⁴ Нп), однако ²²¹ Np пока не сообщалось. Большинство изотопов легче самого стабильного. ²³⁷ Np, распад в основном за счет захвата электронов , хотя их значительное количество, в первую очередь ²²⁹ Нп и ²³⁰ Np также демонстрирует различные уровни распада посредством альфа-излучения с образованием протактиния . ²³⁷ Сам Np, будучи бета-стабильной изобарой с массовым числом 237, распадается почти исключительно за счет альфа-излучения на ²³³ Pa , с очень редкими (происходящими примерно один раз на триллионы распадов) спонтанным делением и распадом кластеров (испускание ³⁰ Mg для формирования ²⁰⁷ Тл). Все известные изотопы, кроме одного, который тяжелее, распадаются исключительно за счет бета-излучения . Единственное исключение, ^{240 м} демонстрирует редкий (> 0,12%) распад за счет изомерного перехода . Np, помимо бета-излучения, ²³⁷ Np в конечном итоге распадается с образованием висмута -209 и таллия -205, в отличие от большинства других распространенных тяжелых ядер, которые распадаются на изотопы свинца . Эта цепочка распада известна как серия нептуния . Эта цепочка распада уже давно вымерла на Земле из-за короткого периода полураспада всех ее изотопов выше висмута-209, но теперь возрождается благодаря искусственному производству нептуния в тоннном масштабе.

Предполагается, что изотопы нептуний-235, -236 и -237 будут делящимися ; Экспериментально была показана только расщепляемость нептуния-237 с критической массой около 60 кг, что всего примерно на 10 кг больше, чем у обычно используемого урана-235 . Расчетные значения критических масс нептуния-235, -236 и -237 соответственно составляют 66,2 кг, 6,79 кг и 63,6 кг: значение нептуния-236 даже ниже, чем у плутония-239 . В частности, ²³⁶ Np также имеет низкое нейтронное сечение . Несмотря на это, нептуниевая атомная бомба так и не была построена: уран и плутоний имеют меньшие критические массы, чем ²³⁵ Нп и ²³⁷ Нп и ²³⁶ Np трудно очистить, поскольку его нет в отработанном ядерном топливе. и практически невозможно отделить в сколько-нибудь значительных количествах от ²³⁷ Например.

Происшествие

Самый долгоживущий изотоп нептуния. ²³⁷ Np, имеет период полураспада 2,14 миллиона лет, что более чем в 2000 раз короче возраста Земли . Следовательно, любой первичный нептуний распался бы в далеком прошлом. Всего лишь примерно через 80 миллионов лет концентрация даже самого долгоживущего изотопа, ²³⁷ Np, сократился бы до уровня менее одной триллионной (10 ⁻¹² ) от первоначальной суммы. Таким образом, нептуний присутствует в природе лишь в незначительных количествах, образуясь как промежуточные продукты распада других изотопов.

Следовые количества изотопов нептуния нептуний-237 и -239 встречаются в природе в виде продуктов распада в результате трансмутации реакций в урановых рудах . ²³⁹ Нп и ²³⁷ Np — наиболее распространенные из этих изотопов; они образуются непосредственно в результате захвата нейтронов атомами урана-238. Эти нейтроны возникают в результате спонтанного деления урана-238, естественного деления урана-235, вызванного нейтронами, расщепления ядер космическими лучами и легких элементов, поглощающих альфа-частицы и испускающих нейтрон. Период полураспада ²³⁹ Np очень короткий, хотя обнаружение его гораздо более долгоживущей дочери ²³⁹ Пу в природе в 1951 году окончательно установил его естественное происхождение. В 1952 году ²³⁷ Np был идентифицирован и выделен из концентратов урановой руды Бельгийского Конго : в этих минералах соотношение нептуния-237 к урану меньше или равно примерно 10. ⁻¹² до 1. Кроме того, ²⁴⁰ Np также должен присутствовать как промежуточный продукт распада ²⁴⁴ Pu , который был обнаружен в метеоритной пыли в морских отложениях на Земле.

Большая часть нептуния (и плутония), обнаруженного в настоящее время в окружающей среде, образовалась в результате ядерных взрывов в атмосфере, произошедших между взрывом первой атомной бомбы в 1945 году и ратификацией Договора о частичном запрещении ядерных испытаний в 1963 году. Эти взрывы и несколько атмосферных испытаний, проведенных с 1963 года, оцениваются примерно в 2500 кг. Подавляющее большинство из них состоит из долгоживущих изотопов. ²³⁶ Нп и ²³⁷ Нп, поскольку даже умеренно долгоживущие ²³⁵ Np (период полураспада 396 дней) распался бы до уровня менее одной миллиардной (10 ⁻⁹ ) его первоначальная концентрация за прошедшие десятилетия. Дополнительное очень небольшое количество нептуния, образующегося в результате нейтронного облучения природного урана в охлаждающей воде ядерного реактора, высвобождается при сбросе воды в реки или озера. Концентрация ²³⁷ Np в морской воде составляет примерно 6,5 × 10. ⁻⁵  миллибеккерели на литр : эта концентрация составляет от 0,1% до 1% от концентрации плутония.

Попав в приземную среду при контакте с кислородом воздуха , нептуний обычно довольно быстро окисляется , обычно до состояния +4 или +5. Независимо от степени окисления , этот элемент проявляет гораздо большую подвижность, чем другие актиниды, во многом благодаря его способности легко образовывать водные растворы с различными другими элементами. В одном исследовании, сравнивающем скорость диффузии нептуния (V), плутония (IV) и америция (III) в песчанике и известняке, нептуний проник более чем в десять раз лучше, чем другие элементы. Np(V) также будет эффективно реагировать при уровне pH выше 5,5, если нет карбонатов , и также было обнаружено, что в этих условиях он легко связывается с кварцем . Также было замечено, что он хорошо связывается с гетитом , коллоидами оксида железа и некоторыми глинами, включая каолинит и смектит . Np(V) не так легко связывается с частицами почвы в слабокислых условиях, как его собратья актиниды америций и кюрий, почти на порядок. Такое поведение позволяет ему быстро мигрировать по почве, находясь в растворе, не фиксируясь на месте, что еще больше способствует его мобильности. Np(V) также легко поглощается бетоном , что из-за радиоактивности элемента необходимо учитывать при строительстве ядерных отходов хранилищ . При поглощении бетоном он восстанавливается до Np(IV) за относительно короткий период времени. Восстанавливают Np(V) также гуминовые кислоты , если они присутствуют на поверхности гетита, гематита и магнетита . менее подвижен и эффективно адсорбируется туфом ; , гранодиоритом и бентонитом Np(IV ) хотя поглощение последним наиболее выражено в слабокислых условиях. Он также демонстрирует сильную тенденцию связываться с коллоидными частицами , и этот эффект усиливается в поверхностной почве с высоким содержанием глины . Такое поведение обеспечивает дополнительную помощь в наблюдаемой высокой подвижности элемента.

История

и

Таблица Дмитрия Менделеева 1871 года с пустым местом после урана.

опубликовал первую периодическую таблицу элементов Когда в начале 1870-х годов Дмитрий Менделеев , в ней после урана стоял знак «-», аналогичный нескольким другим местам для еще не открытых на тот момент элементов. Другие последующие таблицы известных элементов, в том числе публикация Казимира Фаянса об известных радиоактивных изотопах в 1913 году , также показывают пустое место после урана, элемента 92.

Вплоть до открытия в 1932 году последнего компонента атомного ядра, нейтрона , большинство учёных серьёзно не рассматривали возможность существования элементов тяжелее урана. Хотя ядерная теория в то время прямо не запрещала их существование, было мало свидетельств того, что это так. Однако открытие в конце 1933 года наведенной радиоактивности Ирен Энрико и Фредериком Жолио-Кюри открыло совершенно новый метод исследования элементов и вдохновило небольшую группу итальянских ученых во главе с Ферми начать серию экспериментов с нейтронной бомбардировкой. Хотя эксперимент Жолио-Кюри включал бомбардировку образца ²⁷ Al с альфа-частицами для производства радиоактивных ³⁰ P , Ферми понял, что использование нейтронов, не имеющих электрического заряда, скорее всего, даст даже лучшие результаты, чем положительно заряженные альфа-частицы. Соответственно, в марте 1934 года он начал систематически подвергать все известные тогда элементы нейтронной бомбардировке, чтобы определить, могут ли другие также стать радиоактивными.

После нескольких месяцев работы группа Ферми предварительно определила, что более легкие элементы будут рассеивать энергию захваченного нейтрона, испуская протон или альфа-частицу , а более тяжелые элементы обычно будут делать то же самое, испуская гамма-лучи . Последнее поведение позже приведет к бета-распаду нейтрона на протон, тем самым переместив полученный изотоп на одну позицию вверх в таблице Менделеева. Когда команда Ферми бомбардировала уран, они также наблюдали такое поведение, что убедительно свидетельствует о том, что полученный изотоп имел атомный номер 93. Ферми первоначально не хотел публиковать такое заявление, но после того, как его команда наблюдала несколько неизвестных периодов полураспада в уране. Продукты бомбардировки, которые не совпадали с продуктами ни одного известного изотопа, в июне 1934 года он опубликовал статью под названием « Возможное производство элементов с атомным номером выше 92 » . Для элемента 93 он предложил название аузений (атомный символ Ао) по греческому названию Аузония. для Италии.

Быстро было выдвинуто несколько теоретических возражений против утверждений статьи Ферми; точный процесс, который происходил, когда атом захватывал нейтрон в частности, в то время не был до конца понятен . Это, а также случайное открытие Ферми три месяца спустя того, что ядерные реакции могут быть вызваны медленными нейтронами, вызвали дальнейшие сомнения в умах многих ученых, особенно Аристида фон Гроссе и Иды Ноддак , в том, что в результате эксперимента был создан элемент 93. Хотя утверждение фон Гроссе о том, что Ферми был фактическое производство протактиния (элемент 91) было быстро проверено и опровергнуто. Предложение Ноддака о том, что уран распался на два или более фрагментов гораздо меньшего размера, было просто проигнорировано большинством, потому что существующая ядерная теория не предусматривала возможности, позволяющей сделать это возможным. Ферми и его команда утверждали, что на самом деле они синтезировали новый элемент, но вопрос оставался нерешенным в течение нескольких лет.

Хотя множество различных и неизвестных периодов полураспада радиоактивных веществ в результатах эксперимента показали, что происходит несколько ядерных реакций, группа Ферми не смогла доказать, что элемент 93 производится, если они не смогли изолировать его химически. Они и многие другие ученые пытались добиться этого, в том числе Отто Хан и Лиза Мейтнер , которые были одними из лучших радиохимиков в мире в то время и поддерживали утверждение Ферми, но все они потерпели неудачу. Намного позже было установлено, что основная причина этой неудачи заключалась в том, что предсказания химических свойств элемента 93 были основаны на периодической таблице, в которой отсутствовал ряд актинидов . В таком расположении протактиний располагался ниже тантала, уран — ниже вольфрама, а также предполагалось, что элемент 93, называвшийся в тот момент эка-рением, должен быть подобен элементам группы 7 , включая марганец и рений. Торий, протактиний и уран с их доминирующими степенями окисления +4, +5 и +6 соответственно обманули ученых, заставив их думать, что они принадлежат к ряду ниже гафния, тантала и вольфрама, а не ниже ряда лантаноидов, как это было в то время. рассматривается как случайность, и все члены которой имеют доминирующие состояния +3; нептуний, с другой стороны, имеет гораздо более редкое и нестабильное состояние +7, причем +4 и +5 являются наиболее стабильными. Обнаружив это плутоний и другие трансурановые элементы также имеют доминирующие состояния +3 и +4, наряду с открытием f-блока был прочно установлен актинидный ряд.

Хотя вопрос о том, произвел ли эксперимент Ферми элемент 93, зашел в тупик, появились еще два заявления об открытии этого элемента, хотя, в отличие от Ферми, они оба утверждали, что наблюдали его в природе. Первое из этих заявлений было сделано чешским инженером Одоленом Кобличем в 1934 году, когда он извлек небольшое количество материала из промывной воды нагретой настуранки . Он предложил для элемента название богемия , но после анализа выяснилось, что образец представляет собой смесь вольфрама и ванадия . Другое заявление, сделанное в 1938 году румынским физиком Хорией Хулубеем и французским химиком Иветт Кошуа , утверждало, что они открыли новый элемент с помощью спектроскопии в минералах. Они назвали свой элемент секваниум , но это утверждение было проигнорировано, поскольку преобладающая в то время теория заключалась в том, что если бы он вообще существовал, элемент 93 не существовал бы в природе. Однако, поскольку нептуний действительно встречается в природе в следовых количествах, как было продемонстрировано, когда он был обнаружен в урановой руде в 1952 году, вполне возможно, что Хулубей и Кошуа действительно наблюдали нептуний.

Хотя к 1938 году некоторые ученые, в том числе Нильс Бор , все еще не хотели признавать, что Ферми действительно создал новый элемент, он, тем не менее, был удостоен Нобелевской премии по физике в ноябре 1938 года «за демонстрацию существования новых радиоактивных элементов, производимых нейтронами». облучение и за связанное с ним открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами». Месяц спустя почти совершенно неожиданное открытие ядерного деления Ханом, Мейтнер и Отто Фришем положило конец возможности открытия Ферми элемента 93, поскольку большая часть неизвестных периодов полураспада, наблюдавшихся командой Ферми, была быстро идентифицирована. как и продукты деления .

Возможно, самая близкая из всех попыток получить недостающий элемент 93 была предпринята японским физиком Ёсио Нисиной в сотрудничестве с химиком Кенджиро Кимурой в 1940 году, незадолго до начала войны на Тихом океане в 1941 году: они бомбардировали ²³⁸ U с быстрыми нейтронами. Однако в то время как медленные нейтроны имеют тенденцию вызывать захват нейтронов посредством реакции (n, γ), быстрые нейтроны имеют тенденцию вызывать реакцию «выбивания» (n, 2n), когда один нейтрон добавляется, а еще два удаляются, что приводит к чистая потеря нейтрона. Нишина и Кимура, опробовав эту технику на ²³² И успешно произвел известный ²³¹ Th и его долгоживущая дочь бета-распада ²³¹ Па (оба происходят в естественной цепочке распада ²³⁵ U ), поэтому правильно приписали новый период полураспада в 6,75 дней, который они наблюдали, новому изотопу. ²³⁷ У. Они подтвердили, что этот изотоп также является бета-излучателем и, следовательно, должен распадаться на неизвестный нуклид. ²³⁷ 93. Они попытались изолировать этот нуклид, перенося его с предполагаемым более легким родственным рением, но не наблюдалось ни бета-, ни альфа-распада ренийсодержащей фракции: Таким образом, Нишина и Кимура правильно предположили, что период полураспада ²³⁷ 93, как и у ²³¹ Па, был очень продолжительным, и, следовательно, его активность была бы настолько слабой, что ее невозможно было бы измерить их оборудованием, что завершило бы, таким образом, последний и ближайший безуспешный поиск трансурановых элементов.

Открытие

60-дюймовый циклотрон в радиационной лаборатории Лоуренса Калифорнийского университета в Беркли, август 1939 года.

По мере продвижения исследований ядерного деления в начале 1939 года Эдвин Макмиллан из Радиационной лаборатории Беркли решил Калифорнийского университета в Беркли провести эксперимент по бомбардировке урана с использованием мощного 60-дюймового (1,52 м) циклотрона , который недавно был построен в университете. . Цель заключалась в том, чтобы разделить различные продукты деления, образовавшиеся в результате бомбардировки, используя огромную силу, которую осколки приобретают в результате взаимного электрического отталкивания после деления. Хотя он не обнаружил из этого ничего примечательного, Макмиллан все же наблюдал два новых периода полураспада бета-распада в самой мишени из триоксида урана, а это означало, что все, что производило радиоактивность, не отталкивало друг друга сильно, как обычные продукты деления. Он быстро понял, что один из периодов полураспада близко соответствует известному 23-минутному периоду распада урана-239, но другой период полураспада, составляющий 2,3 дня, был неизвестен. Макмиллан передал результаты своего эксперимента химику и коллеге-профессору из Беркли. Эмилио Сегре пытается изолировать источник радиоактивности. Оба ученых начали свою работу, используя преобладающую теорию о том, что химический состав элемента 93 аналогичен рению, но Сегре быстро определил, что образец Макмиллана совсем не похож на рений. Вместо этого, когда он прореагировал на него с фтористым водородом (HF) в присутствии сильного окислителя , он повел себя во многом как редкоземельные элементы . Поскольку эти элементы составляют большой процент продуктов деления, Сегре и Макмиллан решили, что период полураспада, должно быть, был просто еще одним продуктом деления, назвав статью «Неудачный поиск трансурановых элементов».

Однако по мере того, как стало доступно больше информации о делении, вероятность того, что осколки ядерного деления все еще могли присутствовать в мишени, становилась все более отдаленной. Макмиллан и несколько ученых, в том числе Филип Х. Абельсон , снова попытались определить причину неизвестного периода полураспада. В начале 1940 года Макмиллан понял, что его эксперимент с Сегре 1939 года не смог достаточно строго проверить химические реакции радиоактивного источника. В новом эксперименте Макмиллан попытался подвергнуть неизвестное вещество воздействию HF в присутствии восстановителя , чего он раньше не делал. образца Эта реакция привела к осаждению с помощью HF, что окончательно исключило возможность того, что неизвестное вещество было редкоземельным металлом. Вскоре после этого Абельсон, получивший ученую степень в университете, посетил Беркли на короткий отпуск, и Макмиллан попросил более способного химика помочь с разделением результатов эксперимента. Абельсон очень быстро заметил, что все, что имело период полураспада в 2,3 дня, не имело химического состава, подобного любому известному элементу, и на самом деле было больше похоже на уран, чем на редкоземельный металл. Это открытие, наконец, позволило изолировать источник, а позже, в 1945 году, привело к классификации этого источника. актинидный ряд . В качестве последнего шага Макмиллан и Абельсон подготовили гораздо больший образец бомбардируемого урана, период полураспада которого составлял 23 минуты. ²³⁹ U и убедительно продемонстрировали, что неизвестный период полураспада в 2,3 дня увеличивается одновременно с уменьшением 23-минутной активности посредством следующей реакции:

${\ce {{^{238}_{92}U}+{^{1}_{0}n}->{^{239}_{92}U}->[\beta ^{-}][23\ {\ce {min}}]{^{239}_{93}Np}->[\beta ^{-}][2.355\ {\ce {days}}]{^{239}_{94}Pu}}}$ (Время полураспада .)

Это доказало, что неизвестный радиоактивный источник возник в результате распада урана, а в сочетании с предыдущими наблюдениями о том, что источник химически отличается от всех известных элементов, вне всякого сомнения доказало, что был открыт новый элемент. Макмиллан и Абельсон опубликовали свои результаты в статье под названием «Радиоактивный элемент 93» в журнале Physical Review от 27 мая 1940 года. В статье они не предложили названия элемента, но вскоре остановились на названии «Нептуний», поскольку Нептун — следующая планета после Урана в нашей солнечной системе, в честь которой назван уран. Успех Макмиллана и Абельсона по сравнению с промахом Нишины и Кимуры можно объяснить благоприятным периодом полураспада ²³⁹ Np для радиохимического анализа и быстрого распада ²³⁹ U, в отличие от более медленного распада ²³⁷ U и чрезвычайно длительный период полураспада ²³⁷ Например.

Последующие события

Было также обнаружено, что бета-распад ²³⁹ Np должен производить изотоп элемента 94 (теперь называемый плутонием ), но количества, задействованные в первоначальном эксперименте Макмиллана и Абельсона, были слишком малы, чтобы выделить и идентифицировать плутоний вместе с нептунием. Открытию плутония пришлось подождать до конца 1940 года, когда Гленн Т. Сиборг и его команда идентифицировали изотоп плутоний-238 .

В 1942 году Хан и Фриц Штрассман , а также независимо Курт Старке сообщили о подтверждении элемента 93 в Берлине. Группа Хана не стала исследовать элемент 94, вероятно, потому, что их обескуражила неспособность Макмиллана и Абельсона изолировать его. Поскольку на тот момент у них был доступ к более мощному циклотрону в Париже, группа Хана, вероятно, смогла бы обнаружить элемент 94, если бы попыталась, хотя и в крошечных количествах (несколько беккерелей ).

Уникальные радиоактивные характеристики нептуния позволили отследить его прохождение через различные соединения в химических реакциях. Поначалу это был единственный доступный метод, позволяющий доказать, что его химический состав отличается от других элементов. Поскольку первый открытый изотоп нептуния имел такой короткий период полураспада, Макмиллан и Абельсон не смогли подготовить образец, который был бы достаточно большим для проведения химического анализа нового элемента с использованием доступной на тот момент технологии. Однако после открытия долгоживущих ²³⁷ Изотоп Np в 1942 году Гленном Сиборгом и Артуром Валем , образование весимых количеств нептуния стало реалистичной задачей. Первоначально его период полураспада был определен примерно в 3 миллиона лет (позже он был изменен до 2,144 миллиона лет), что подтвердило предсказания Нишины и Кимуры об очень долгом периоде полураспада.

Ранние исследования этого элемента были несколько ограничены, поскольку большинство физиков-ядерщиков и химиков в Соединенных Штатах в то время были сосредоточены на огромных усилиях по исследованию свойств плутония в рамках Манхэттенского проекта . Исследования этого элемента продолжались в рамках незначительной части проекта, и первый крупный образец нептуния был выделен в 1944 году.

С тех пор большая часть исследований свойств нептуния была сосредоточена на понимании того, как удержать его как часть ядерных отходов. Поскольку у него есть изотопы с очень длительным периодом полураспада, он вызывает особую озабоченность в контексте проектирования защитных сооружений, которые могут функционировать в течение тысяч лет. Он нашел ограниченное применение в качестве радиоактивного индикатора и прекурсора для различных ядерных реакций с получением полезных изотопов плутония. Однако большая часть нептуния, образующегося в качестве побочного продукта реакции на атомных электростанциях, считается отходами.

Производство

Блок-схема , показывающая процесс Purex и вероятную степень окисления нептуния в технологическом растворе.

Синтез

Подавляющее большинство нептуния, существующего в настоящее время на Земле, было получено искусственно в результате ядерных реакций. Нептуний-237 является наиболее часто синтезируемым изотопом, поскольку он единственный, который может быть получен путем захвата нейтронов , а также имеет достаточно длительный период полураспада, чтобы можно было легко изолировать весовые количества. Таким образом, это, безусловно, наиболее распространенный изотоп, используемый в химических исследованиях элемента.

• Когда ²³⁵ Атом урана захватывает нейтрон, тот переходит в возбужденное состояние ²³⁶ У. ​Около 85,5% возбужденного ²³⁶ Ядра урана делятся, а остальные распадаются до основного состояния. ²³⁶ U, испуская гамма-излучение . Другие формы захвата нейтронов ²³⁷ U, который имеет период полураспада 7 дней и быстро распадается до ²³⁷ Np через бета-распад . Во время бета-распада возбужденное ²³⁷ U испускает электрон, а атомное слабое взаимодействие превращает нейтрон в протон , создавая таким образом ²³⁷ Например.

${\begin{cases}{\ce {^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{236m}_{92}U ->[][120 \ {\ce {ns}}] ^{236}_{92}U + \gamma}}\\{\ce {^{236}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{237}_{92}U ->[\beta^-][6.75 \ {\ce {d}}] ^{237}_{93}Np}}\end{cases}}$

• ²³⁷ U также образуется в результате реакции ( n ,2n) с ²³⁸ У. ​Это происходит только с очень энергичными нейтронами.
• ²³⁷ Np — продукт -распада альфа ²⁴¹ Am , который производится нейтронным облучением урана-238 .

Более тяжелые изотопы нептуния быстро распадаются, а более легкие изотопы нептуния не могут быть получены путем захвата нейтронов, поэтому химическое отделение нептуния от охлажденного отработавшего ядерного топлива дает почти чистый ²³⁷ Например. Короткоживущие тяжелые изотопы ²³⁸ Нп и ²³⁹ Np, полезный в качестве радиоактивных индикаторов , производится путем нейтронного облучения ²³⁷ Нп и ²³⁸ U соответственно, а более долгоживущие более легкие изотопы ²³⁵ Нп и ²³⁶ Np получают путем облучения ²³⁵ U с протонами и дейтронами в циклотроне .

Искусственный ²³⁷ Металлический Np обычно выделяют реакцией ²³⁷ NpF ₃ с жидким барием или литием при температуре около 1200° C и чаще всего извлекается из отработанных ядерных топливных стержней в килограммовых количествах как побочный продукт при производстве плутония .

2 NpF ₃ + 3 Ba → 2 Np + 3 BaF ₂

По массе выбросы нептуния-237 примерно на 5% превышают выбросы плутония и примерно 0,05% выбросов отработанного ядерного топлива. Однако даже эта фракция по-прежнему составляет более пятидесяти тонн в год во всем мире.

Методы очистки

Извлечение урана и плутония из отработавшего ядерного топлива для повторного использования является одним из важнейших процессов ядерного топливного цикла . имеет длительный период полураспада, чуть более 2 миллионов лет, Поскольку альфа-излучатель ²³⁷ Np — один из основных изотопов младших актинидов, выделяемых из отработанного ядерного топлива. Для выделения нептуния использовалось множество методов разделения, действующих в малых и больших масштабах. Целью мелкомасштабных операций по очистке является получение чистого нептуния как предшественника металлического нептуния и его соединений, а также выделение и концентрирование нептуния в пробах для анализа.

Большинство методов разделения ионов нептуния используют различное химическое поведение различных степеней окисления нептуния (от +3 до +6 или иногда даже +7) ​​в растворе. Среди методов, которые используются или применялись, являются: экстракция растворителем (с использованием различных экстрагентов , обычно мультидентатных производных β-дикетона, фосфорорганических соединений и аминных соединений), хроматография с использованием различных ионообменных или хелатных смол, соосаждение (возможные матрицы включают LaF ₃ , BiPO ₄ , BaSO ₄ , Fe(OH) ₃ и MnO ₂ ), электроосаждение и биотехнологические методы. В настоящее время на коммерческих заводах по переработке используется процесс Purex, включающий экстракцию урана и плутония растворителем трибутилфосфатом .

Химия и соединения

Основная статья: Соединения нептуния

Химический раствор

Ионы нептуния в растворе

В водном растворе нептуний может существовать в любой из пяти возможных степеней окисления (от +3 до +7), и каждая из них имеет характерный цвет. Стабильность каждой степени окисления сильно зависит от различных факторов, таких как наличие окислителей или восстановителей , pH раствора, наличие координационных комплексообразующих лигандов и даже концентрации нептуния в растворе.

Окисление состояние	Представительный комплекс
+2	[K(2.2.2-crypt)][NpCp' 3 ]
+3	Хлорид нептуния(III) , NpCl 3
+4	Оксид нептуния(IV) , NpO 2
+5	Фторид нептуния(V) , NpF 5
+6	Фторид нептуния(VI) , NpF 6
+7	Оксид-гидроксид нептуния(VII) , NpO 2 (OH) 3

В кислых растворах ионы от нептуния (III) до нептуния (VII) существуют в виде Np. ³⁺ , например ⁴⁺ , НпО ⁺
₂ , Нпо ²⁺
₂ и NpO ⁺
₃ . В основных растворах они существуют в виде оксидов и гидроксидов Np(OH) ₃ , NpO ₂ , NpO ₂ OH, NpO ₂ (OH) ₂ и NpO. ³⁻
₅ . Для характеристики нептуния в основных растворах проведено не так много работ. Например ³⁺ и Нп ⁴⁺ легко восстанавливаются и окисляются друг с другом, как и NpO ⁺
₂ и NpO ²⁺
₂ .

Нептун (III)

Np(III) или Np ³⁺ существует в виде гидратных комплексов в кислых растворах, Np(H
_2О ) ³⁺
_н . Это темно-сине-фиолетовый цвет, аналогичный своему более светлому родственнику — розовому редкоземельному иону Pm. ³⁺ . В присутствии кислорода он быстро окисляется до Np(IV), если не присутствуют также сильные восстановители. Тем не менее, это второй наименее легко гидролизуемый ион нептуния в воде, образующий NpOH. ²⁺ ион. Например ³⁺ является преобладающим ионом нептуния в растворах с pH 4–5.

Нептун (IV)

Нп(IV) или Нп ⁴⁺ в кислых растворах бледно-желто-зеленый, где он существует в виде гидратных комплексов ( Np(H
_2О ) ⁴⁺
_н ). Достаточно неустойчив к гидролизу в кислых водных растворах при pH 1 и выше, образуя NpOH. ³⁺ . В основных решениях Np ⁴⁺ имеет тенденцию гидролизоваться с образованием нейтрального гидроксида нептуния(IV) (Np(OH) ₄ ) и оксида нептуния(IV) (NpO ₂ ).

Neptunium(V)

Np(V) или NpO ⁺
₂ – зелено-синий в водном растворе, в котором она ведет себя как сильная кислота Льюиса . Это стабильный ион и является наиболее распространенной формой нептуния в водных растворах. В отличие от соседних гомологов UO ⁺
₂ и ПуО ⁺
₂ , Нпо ⁺
₂ не происходит самопроизвольной диспропорции, за исключением очень низкого pH и высокой концентрации:

2 Нпо ⁺
₂ + 4 часа ⁺ ⇌ Например ⁴⁺ + НпО ²⁺
₂ + 2 Н ₂ О

В основных растворах гидролизуется с образованием NpO ₂ OH и NpO.
₂ (О) ⁻
₂ .

Нептун (VI)

Np(VI) или NpO ²⁺
₂ , ион нептунила имеет светло-розовый или красноватый цвет в кислом растворе и желто-зеленый в противном случае. Это сильная кислота Льюиса. и является основным ионом нептуния, встречающимся в растворах с pH 3–4. Хотя он стабилен в кислых растворах, он довольно легко восстанавливается до иона Np(V), и он не так стабилен, как гомологичные шестивалентные ионы его соседей урана и плутония ( ионы уранила и плутонила ). В основных растворах гидролизуется с образованием оксо- и гидроксо-ионов NpO ₂ OH. ⁺ , (NpO
₂ )
₂ (О) ²⁺
₂ и (NpO
₂ )
₃ (О) ⁺
₅ .

Нептун (7)

Np(VII) в сильноосновном растворе имеет темно-зеленый цвет . Хотя его химическая формула в основном растворе часто упоминается как NpO. ³⁻
₅ , это упрощение, и реальная структура, вероятно, ближе к гидроксогруппам, таким как [NpO
₄ (ОН)
₂ ] ³⁻
. Np(VII) впервые был получен в виде основного раствора в 1967 году. В сильнокислом растворе Np(VII) находится в виде NpO. ⁺
₃ ; вода быстро восстанавливает его до Np(VI). Продукты его гидролиза не охарактеризованы.

Гидроксиды

Оксиды и гидроксиды нептуния тесно связаны с его ионами. В целом гидроксиды Np на различных уровнях окисления менее стабильны, чем актиниды, стоящие перед ним в периодической таблице, такие как торий и уран, и более стабильны, чем актиниды после него, такие как плутоний и америций. Это явление связано с тем, что стабильность иона увеличивается по мере увеличения отношения атомного номера к радиусу иона. Таким образом, актиниды, расположенные выше в периодической таблице, легче подвергаются гидролизу .

Гидроксид нептуния(III) достаточно стабилен в кислых растворах и в средах, лишенных кислорода, но в присутствии воздуха быстро окисляется до IV состояния. Он не растворяется в воде. Гидроксиды Np(IV) существуют главным образом в виде электрически нейтрального Np(OH) ₄ и его умеренная растворимость в воде совершенно не зависит от pH раствора. Это предполагает, что другой гидроксид Np(IV), Np(OH) ⁻
₅ , не имеет значительного присутствия.

Поскольку ион Np(V) NpO ⁺
₂ очень стабилен, он может образовывать гидроксид только при высоких уровнях кислотности. При помещении в 0,1 М раствор перхлората натрия он не реагирует существенно в течение нескольких месяцев, хотя более высокая молярная концентрация, равная 3,0 М, приводит к почти немедленной реакции с твердым гидроксидом NpO ₂ OH. Гидроксид Np(VI) более реакционноспособен, но все же достаточно стабилен в кислых растворах. Он образует соединение NpO ₃ · H ₂ O в присутствии озона при различных давлениях углекислого газа . Np(VII) недостаточно изучен, и о нейтральных гидроксидах не сообщалось. Вероятно, он существует в основном как [NpO
₄ (ОН)
₂ ] ³⁻
.

Оксиды

Сообщалось о трех безводных оксидах нептуния: NpO ₂ , Np ₂ O ₅ и Np ₃ O ₈ , хотя некоторые исследования заявили, что существуют только первые два из них, предполагая, что заявления о Np ₃ O ₈ на самом деле являются результатом ошибочного анализа Np ₂ O ₅ . Однако, поскольку полная степень реакций, происходящих между нептунием и кислородом, еще не исследована, неясно, какое из этих утверждений верно. Хотя оксиды нептуния не были получены с нептунием в столь высоких степенях окисления, как это возможно с соседним актинидом урана, оксиды нептуния более стабильны при более низких степенях окисления. Такое поведение иллюстрируется тем, что NpO ₂ можно получить простым сжиганием нептуниевых солей оксикислот на воздухе.

Зеленовато-коричневый NpO ₂ очень стабилен в широком диапазоне давлений и температур и не претерпевает фазовых переходов при низких температурах. Он действительно демонстрирует фазовый переход от гранецентрированной кубической формы к орторомбической при давлении около 33–37 ГПа, хотя при сбросе давления он возвращается в исходную фазу. Он остается стабильным при давлении кислорода до 2,84 МПа и температуре до 400 °C. Np ₂ O ₅ имеет черно-коричневый цвет, моноклинную структуру с размером решетки 418×658×409 пикометров. Он относительно нестабилен и разлагается на NpO ₂ и O ₂ при 420–695 °С. Хотя Np ₂ O ₅ изначально подвергался нескольким исследованиям, в которых утверждалось, что он получен взаимопротиворечащими методами, в конечном итоге его удалось успешно получить нагреванием пероксида нептуния до 300–350 ° C в течение 2–3 часов или нагреванием его под слоем воды. в ампуле при 180°С.

Нептуний также образует большое количество оксидных соединений с самыми разными элементами, хотя оксиды нептуната, образующиеся с щелочными и щелочноземельными металлами, на сегодняшний день являются наиболее изученными. Тройные оксиды нептуния обычно образуются при взаимодействии NpO ₂ с оксидом другого элемента или при осаждении из щелочного раствора. Li ₅ NpO ₆ получают взаимодействием Li ₂ O и NpO ₂ при 400 °C в течение 16 часов или взаимодействием Li ₂ O ₂ с NpO ₃ · H ₂ O при 400 °C в течение 16 часов в кварцевой трубке и токе кислорода. . Нептунатные соединения K ₃ NpO ₅ , Cs ₃ NpO ₅ и Rb ₃ NpO ₅ образуются по сходной реакции:

NpO ₂ + 3 MO ₂ → M ₃ NpO ₅ (M = K, Cs, Rb)

Оксидные соединения KNpO ₄ , CsNpO ₄ и RbNpO ₄ образуются в результате реакции Np(VII) ( [NpO
₄ (ОН)
₂ ] ³⁻
) с соединением нитрата щелочного металла и озона . Дополнительные соединения были получены путем взаимодействия NpO ₃ и воды с твердыми щелочами и щелочными пероксидами при температуре 400–600 °С в течение 15–30 часов. Некоторые из них включают Ba ₃ (NpO ₅ ) ₂ , Ba ₂ Na NpO ₆ и Ba ₂ LiNpO ₆ . Также значительное количество оксидов шестивалентного нептуния образуется при взаимодействии твердого NpO ₂ с различными оксидами щелочных или щелочноземельных металлов в среде проточного кислорода. Многие из полученных соединений также имеют эквивалентное соединение, заменяющее нептуний ураном. Некоторые охарактеризованные соединения включают Na ₂ Np ₂ O ₇ , Na ₄ NpO ₅ , Na ₆ NpO ₆ и Na ₂ NpO ₄ . Их можно получить путем нагревания различных комбинаций NpO ₂ и Na ₂ O до различных температурных порогов, а дальнейшее нагревание также приведет к тому, что эти соединения проявят различные аллотропы нептуния. Оксиды нептуната лития Li ₆ NpO ₆ и Li ₄ NpO ₅ могут быть получены аналогичными реакциями NpO ₂ и Li ₂ O.

большое количество дополнительных щелочных и щелочных соединений оксида нептуния, таких как Cs ₄ Np ₅ O ₁₇ и Cs ₂ Np ₃ O ₁₀ С помощью различных способов производства было охарактеризовано . Также было обнаружено, что нептуний образует тройные оксиды со многими дополнительными элементами в группах с 3 по 7, хотя эти соединения гораздо менее изучены.

Галогениды

Дополнительная информация: гексафторид нептуния.

Хотя галогенидные соединения нептуния изучены не так хорошо, как его оксиды, довольно большое их количество успешно охарактеризовано. Из них фториды нептуния были наиболее широко исследованы, в основном из-за их потенциального использования при отделении этого элемента от ядерных отходов. о четырех бинарных соединениях фторида нептуния: Np F ₃ , NpF ₄ , NpF ₅ и NpF ₆ Сообщалось . Первые два довольно стабильны и впервые были получены в 1947 году посредством следующих реакций:

НпО ₂ + 1 ⁄ 2 H ₂ + 3 HF → NpF ₃ + 2 H ₂ O (400°С)

НПФ ₃₊ ​ 1 ⁄ 2 О ₂ + HF → NpF ₄ + 1 ⁄ 2 H ₂ O (400°С)

Позднее NpF ₄ был получен непосредственно путем нагревания NpO ₂ до различных температур в смесях либо фтористого водорода , либо чистого газообразного фтора. NpF ₅ гораздо сложнее получить, и большинство известных методов получения включают взаимодействие соединений NpF ₄ или NpF ₆ с различными другими фторидными соединениями. NpF ₅ разлагается на NpF ₄ и NpF ₆ при нагревании примерно до 320 °C.

NpF ₆ или гексафторид нептуния чрезвычайно летучи, как и соседние с ним актинидные соединения гексафторид урана (UF ₆ ) и гексафторид плутония (PuF ₆ ). Эта нестабильность привлекла большой интерес к этому соединению в попытке разработать простой метод извлечения нептуния из отработанных топливных стержней атомных электростанций. NpF ₆ был впервые получен в 1943 году путем реакции NpF ₃ и газообразного фтора при очень высоких температурах, а первые объемные количества были получены в 1958 году путем нагревания NpF ₄ и капания на него чистого фтора в специально подготовленном аппарате. Дополнительные методы, с помощью которых удалось успешно получить гексафторид нептуния, включают взаимодействие BrF ₃ и BrF ₅ с NpF ₄ и взаимодействие нескольких различных соединений оксида и фторида нептуния с безводными фторидами водорода.

нептуния оксифторида четырех соединениях _{: NpO 2} F, NpOF ₃ , NpO ₂ F ₂ и NpOF ₄ Сообщалось о , хотя ни одно из них не было тщательно изучено. NpO ₂ F ₂ представляет собой розоватое твердое вещество, которое можно получить путем взаимодействия NpO ₃ · H ₂ O и Np ₂ F ₅ с чистым фтором при температуре около 330 °C. NpOF ₃ и NpOF ₄ можно получить путем взаимодействия оксидов нептуния с безводным фтористым водородом при различных температурах. Нептуний также образует множество фторидных соединений с различными элементами. Некоторые из них, которые были охарактеризованы, включают CsNpF ₆ , Rb ₂ NpF ₇ , Na ₃ NpF ₈ и K ₃ NpO ₂ F ₅ .

два хлорида нептуния , Np Cl ₃ и NpCl ₄ Охарактеризованы несколько попыток получить NpCl ₅ . Хотя было предпринято , они не увенчались успехом. NpCl ₃ получают путем восстановления диоксида нептуния водородом и четыреххлористым углеродом ( C Cl ₄ ), а NpCl ₄ - путем реакции оксида нептуния с CCl ₄ при температуре около 500 °C. Сообщалось также о других соединениях хлорида нептуния, включая NpOCl ₂ , Cs ₂ NpCl ₆ , Cs ₃ NpO ₂ Cl ₄ и Cs ₂ NaNpCl ₆ . нептуния бромиды NpBr3 ; _NpBr4 и _Также производятся последний - путем реакции бромида алюминия с NpO ₂ при 350 °C, а первый - почти идентично, но с присутствием цинка . нептуния Йодид Np I ₃ также получен тем же методом, что и NpBr ₃ .

, пниктиды

соединения нептуния Халькогенные и пниктогенные хорошо изучены прежде всего в рамках исследования их электронных и магнитных свойств, а также их взаимодействия в природной среде. Соединения пниктидов и карбидов также вызвали интерес из-за их присутствия в топливе нескольких современных ядерных реакторов, хотя последняя группа не проводила столько исследований, как первая.

Халькогениды

большое разнообразие соединений сульфида Охарактеризовано нептуния, включая чистые сульфидные соединения Np S , NpS ₃ , Np ₂ S ₅ , Np ₃ S ₅ , Np ₂ S ₃ и Np ₃ S ₄ . Из них _{Np 2} S ₃ , полученный реакцией NpO ₂ с сероводородом и сероуглеродом наиболее хорошо изучен при температуре около 1000 °C, и известны три аллотропные формы. Форма α существует примерно до 1230 °C, форма β — до 1530 °C, а форма γ, которая также может существовать в виде Np ₃ S ₄ , при более высоких температурах. NpS можно получить путем взаимодействия Np ₂ S ₃ и металлического нептуния при 1600 °C, а Np ₃ S ₅ можно получить путем разложения Np ₂ S ₃ при 500 °C или путем взаимодействия серы и гидрида нептуния при 650 °C. Np ₂ S ₅ получают нагреванием смеси Np ₃ S ₅ и чистой серы до 500 °С. Все сульфиды нептуния, за исключением β- и γ-форм Np ₂ S _3, изоструктурны . эквивалентному сульфиду урана, а некоторые, включая NpS, α-Np ₂ S ₃ и β-Np ₂ S ₃ , также изоструктурны эквивалентному сульфиду урана сульфид плутония. оксисульфиды NpOS, Np ₄ O ₄ S и Np ₂ O ₂ Также получены S, хотя последние три изучены недостаточно. NpOS был впервые получен в 1985 году путем вакуумной упаковки NpO. ₂ , Np ₃ S ₅ и чистую серу в кварцевой трубке и нагревание до 900 °С в течение одной недели.

нептуния селенида Сообщалось, что соединения включают Np Se , NpSe ₃ , Np ₂ Se ₃ , Np ₂ Se ₅ , Np ₃ Se ₄ и Np ₃ Se ₅ . Все они были получены только путем нагревания гидрида нептуния и металлического селена до различных температур в вакууме в течение длительного периода времени, и известно, что Np ₂ Se ₃ существует в аллотропе γ только при относительно высоких температурах. два оксиселенидных Известны _{соединения нептуния, NpOSe и Np 2} O ₂ Se, которые образуются аналогичными методами путем замены гидрида нептуния диоксидом нептуния. Известные теллурида соединения нептуния Np Te , NpTe ₃ , Np ₃ Te ₄ , Np ₂ Te ₃ и Np ₂ O ₂ Te образуются по процедурам, аналогичным селенидам, а Np ₂ O ₂ Te изоструктурен эквивалентным соединениям урана и плутония. . Соединений нептуния с полонием не обнаружено.

Пниктиды и карбиды

нептуния Нитрид (Np N ) был впервые получен в 1953 году путем реакции гидрида нептуния и газообразного аммиака при температуре около 750 ° C в кварцевой капиллярной трубке. Позже его стали производить путем реакции различных смесей азота и водорода с металлическим нептунием при различных температурах. Его также получают восстановлением диоксида нептуния двухатомным газообразным азотом при 1550 ° C. NpN изоморфен мононитриду урана (UN) и мононитриду плутония (PuN) и имеет температуру плавления 2830 ° C при давлении азота около 1 МПа. двух соединениях фосфида Сообщалось о нептуния: Np P и Np ₃ P ₄ . Первый имеет гранецентрированную кубическую структуру и готовится путем превращения металлического нептуния в порошок и последующей реакции его с газообразным фосфином при 350 °C. Np ₃ P ₄ можно получить путем реакции металлического нептуния с красным фосфором лишний фосфор при 740 °C в вакууме, а затем сублимировать . Соединение не реагирует с водой, но реагирует с азотной кислотой с образованием раствора Np(IV).

три соединения арсенида Получены нептуния: Np As , NpAs ₂ и Np ₃ As ₄ . Первые два были сначала получены путем нагревания мышьяка и гидрида нептуния в вакуумной трубке в течение примерно недели. Позже NpAs также был получен путем помещения металлического нептуния и мышьяка в вакуумную трубку, разделения их кварцевой мембраной и нагревания до температуры чуть ниже точки плавления нептуния, равной 639 ° C, что немного выше, чем точка сублимации мышьяка, равная 615 ° C. С. Np ₃ As ₄ получают по аналогичной методике с использованием йода в качестве переносчика . NpAs ₂ Кристаллы _{имеют коричнево-золотой цвет, а Np 3} As ₄ — черный. нептуния Соединение антимонида Np Sb было получено в 1971 году путем помещения равных количеств обоих элементов в вакуумную трубку, нагревания их до температуры плавления сурьмы, а затем дальнейшего нагревания до 1000 ° C в течение шестнадцати дней. Эта процедура также приводит к образованию следовых количеств дополнительного антимонидного соединения Np ₃ Sb ₄ . одном соединении нептуния и висмута , NpBi. Сообщалось также об

нептуния О карбидах Np C , Np ₂ C ₃ и NpC ₂ (предварительно) сообщалось, но они не охарактеризованы подробно, несмотря на высокую важность и полезность карбидов актинидов в качестве топлива для усовершенствованных ядерных реакторов. NpC является нестехиометрическим соединением , и его лучше обозначить как NpC _x (0,82 ≤ x ≤ 0,96). Его можно получить в результате реакции гидрида нептуния с графитом при 1400 °С или путем нагревания составляющих элементов вместе в дуговой электропечи с использованием вольфрамового электрода. Он реагирует с избытком углерода с образованием чистого Np ₂ C ₃ . NpC ₂ образуется при нагревании NpO ₂ в графитовом тигле при температуре 2660–2800 °С.

Прочие неорганические

Гидриды

Нептуний реагирует с водородом аналогично своему соседу плутонию, образуя гидриды NpH _{2+ x} ( гранецентрированный кубический ) и NpH ₃ ( гексагональный ). Они изоструктурны соответствующим гидридам плутония, хотя в отличие от PuH _{2+ x} параметры решетки NpH _{2+ x} становятся больше с увеличением содержания водорода ( x ). Гидриды требуют особой осторожности при обращении, поскольку они разлагаются в вакууме при температуре 300 °C с образованием мелкодисперсного металлического нептуния, который является пирофорным .

Фосфаты, сульфаты и карбонаты

Будучи химически стабильными, фосфаты нептуния исследовались на предмет потенциального использования для иммобилизации ядерных отходов. Пирофосфат нептуния (α-NpP ₂ O ₇ ), зеленое твердое вещество, был получен в реакции между диоксидом нептуния и фосфатом бора при 1100 ° C, хотя фосфат нептуния (IV) до сих пор оставался неуловимым. ряд соединений NpM ₂ (PO ₄ ) ₃ , где М – щелочной металл ( Li , Na , K , Rb или Cs Известен некоторые сульфаты ). Охарактеризованы нептуния, как водные, так и твердые, находящиеся в различных степенях окисления нептуния (наблюдаются с IV по VI). Кроме того, карбонаты нептуния были исследованы с целью лучшего понимания поведения нептуния в геологических хранилищах и окружающей среде, где он может вступать в контакт с водными растворами карбонатов и бикарбонатов и образовывать растворимые комплексы.

Металлоорганический

Структура нептуноцена

Известно и химически охарактеризовано несколько пептунийорганических соединений, хотя и не так много, как урана, из-за нехватки нептуния и его радиоактивности. Наиболее известными птунорганическими соединениями являются циклопентадиенильные и циклооктатетраенильные соединения и их производные. Трехвалентное циклопентадиенильное соединение Np(C ₅ H ₅ ) ₃ · THF было получено в 1972 году реакцией Np(C ₅ H ₅ ) ₃ Cl с натрием , хотя более простое Np(C ₅ H ₅ ) получить не удалось. Циклопентадиенил четырехвалентного нептуния, красновато-коричневый комплекс, был синтезирован в 1968 году путем взаимодействия хлорида нептуния (IV) с циклопентадиенидом калия:

NpCl ₄ + 4 KC ₅ H ₅ → Np(C ₅ H ₅ ) ₄ + 4 KCl

Он растворим в бензоле и ТГФ и менее чувствителен к кислороду и воде, чем Pu (C ₅ H ₅ ) ₃ и Am (C ₅ H ₅ ) ₃ . Другие циклопентадиенильные соединения Np(IV) известны по многим лигандам : они имеют общую формулу (C ₅ H ₅ ) ₃ NpL, где L представляет собой лиганд. Нептуноцен , Np(C ₈ H ₈ ) ₂ , был синтезирован в 1970 году путем взаимодействия хлорида нептуния(IV) с K ₂ (C ₈ H ₈ ). Он изоморфен ураноцену и и плутоноцену , и химически они ведут себя одинаково: все три соединения нечувствительны к воде или разбавленным основаниям, но чувствительны к воздуху, быстро реагируют с образованием оксидов и лишь слабо растворимы в бензоле толуоле . Другие известные производные циклооктатетраенила нептуния включают Np(RC ₈ H ₇ ) ₂ (R = этанол , бутанол ) и KNp(C ₈ H ₈ )·2THF, который изоструктурен соответствующему соединению плутония. Кроме того, были получены гидрокарбилы нептуния , а сольватированные трииодидные комплексы нептуния являются предшественниками многих органонептуниевых и неорганических соединений нептуния.

Координационные комплексы

Существует большой интерес к координационной химии нептуния, поскольку все его пять степеней окисления демонстрируют свое особое химическое поведение, а на координационную химию актинидов сильно влияет сжатие актинидов (большее, чем ожидалось, уменьшение ионных радиусов поперек актинидный ряд, аналог лантаноидного сокращения ).

Твердотельный

Известно немного координационных соединений нептуния (III), поскольку Np (III) легко окисляется кислородом воздуха в водном растворе. Однако формальдегидсульфоксилат натрия может восстанавливать Np(IV) до Np(III), стабилизируя более низкую степень окисления и образуя различные труднорастворимые координационные комплексы Np(III), такие как Np
₂ (С
₂2О
₄ )
₃ ·11H ₂ O, Нп
₂ (С
₆6Ч
₅ АсО
₃ )
₃ ·H ₂ O и Np
₂ [С
₆6Ч
₄ (ОН)СОО]
₃ .

Сообщалось о многих координационных соединениях нептуния (IV), первое из которых (Et
₄ Н)Np(NCS)
₈ , который изоструктурен аналогичному координационному соединению урана(IV). Известны и другие координационные соединения Np(IV), некоторые из которых включают другие металлы, такие как кобальт ( CoNp
₂2F
₁₀ ·8H ₂ O, образуется при 400 К) и медь ( CuNp
₂2F
₁₀ ·6H ₂ O, образуется при 600 К). Известны и сложные нитратные соединения: экспериментаторы, получившие их в 1986 и 1987 годах, получили монокристаллы медленным упариванием раствора Np(IV) при температуре окружающей среды в концентрированной азотной кислоте и избытке 2,2'- пиримидина .

Координационная химия нептуния (V) широко исследовалась благодаря наличию катион-катионных взаимодействий в твердом состоянии, которые уже были известны для актинильных ионов. нептунила Некоторые известные такие соединения включают димер Na.
₄ (NpO
₄ )
₂2С
₁₂ О
₁₂ ·8H ₂ O и гликолат нептуния , оба из которых образуют зеленые кристаллы.

Соединения нептуния (VI) варьируются от простого оксалата NpO.
₂2С
₂2О
₄ (который нестабилен и обычно превращается в Np(IV)) к таким сложным соединениям, как зеленый (NH
₄ )
₄ Нпо
₂ (КО
₃ )
₃ . Обширные исследования были проведены на соединениях формы M
₄ АнО
₂ (КО
₃ )
₃ , где М представляет собой одновалентный катион, а An представляет собой уран, нептуний или плутоний.

С 1967 г., когда был открыт нептуний(VII), были получены и изучены некоторые координационные соединения с нептунием в степени окисления +7. Первое сообщение о таком соединении первоначально было охарактеризовано как Co(NH
₃ )
₆ Нпо
₅ · n H ₂ O в 1968 году, но в 1973 году было предложено иметь формулу [Co(NH
₃ )
₆ ][NpO
₄ (ОН)
₂ ] ·2H ₂ O, исходя из того, что Np(VII) встречается как [NpO
₄ (ОН)
₂ ] ³⁻
в водном растворе. Это соединение образует темно-зеленые призматические кристаллы с максимальной длиной ребра 0,15–0,4 мм .

В водном растворе

нептуния Большинство известных в растворе координационных комплексов содержат элемент в степенях окисления +4, +5 и +6: координационных комплексов нептуния(III) и (VII) проведено лишь несколько исследований. В первом случае NpX ²⁺ и NpX ⁺
₂ (X = Cl , Br ) были получены в 1966 г. в концентрированных растворах LiCl и LiBr соответственно: для последнего в экспериментах 1970 г. было обнаружено, что NpO ³⁺
_{Ион 2} может образовывать сульфатные комплексы в кислых растворах, например NpO.
₂ ТАК ⁺
₄ и NpO
₂ (ТАК
₄ ) ⁻
₂ ; Было обнаружено, что они имеют более высокие константы стабильности, чем ион нептунила ( NpO ²⁺
₂ ). Известно очень много комплексов для других степеней окисления нептуния: неорганическими лигандами являются галогениды , иодат , азид , нитрид , нитрат , тиоцианат , сульфат , карбонат , хромат и фосфат . Известно, что многие органические лиганды могут использоваться в координационных комплексах нептуния: к ним относятся ацетат , пропионат , гликолат , лактат , оксалат , малонат , фталат , меллитат и цитрат .

По аналогии с соседями ураном и плутонием порядок ионов нептуния по способности к комплексообразованию равен Np ⁴⁺ > НпО ²⁺
₂ ≥ например ³⁺ > НпО ⁺
₂ . (Относительный порядок двух средних ионов нептуния зависит от используемых лигандов и растворителей.) Последовательность устойчивости комплексов Np(IV), Np(V) и Np(VI) с одновалентными неорганическими лигандами: F ⁻ > Ч
₂ ПО ⁻
₄ > СКН ⁻ > НЕТ ⁻
₃ > кл. ⁻ > ClO ⁻
₄ ; порядок двухвалентных неорганических лигандов - CO. ²⁻
₃ > ГПО ²⁻
₄ > ТАК ²⁻
₄ . Они соответствуют силе соответствующих кислот . Двухвалентные лиганды образуют более сильные комплексообразователи, чем одновалентные. НпО ⁺
₂ также может образовывать комплексные ионы [ NpO ⁺
₂2М ³⁺
] (M = Al , Ga , Sc , In , Fe , Cr , Rh ) в растворе хлорной кислоты : сила взаимодействия между двумя катионами следует порядку Fe > In > Sc > Ga > Al. Ионы нептунила и уранила также могут вместе образовывать комплекс.

Приложения

производстве плутония-

Основная статья: Плутоний-238

Важное использование ²³⁷ Np используется в качестве прекурсора при производстве плутония-238 , где его облучают нейтронами с образованием ²³⁸ Pu — альфа-излучатель радиоизотопных тепловых генераторов для космических кораблей и военного применения. ²³⁷ Np захватит нейтрон с образованием ²³⁸ Np и бета-распад с периодом полураспада чуть более двух дней до ²³⁸ Мог.

${\ce {^{237}_{93}Np + ^{1}_{0}n -> ^{238}_{93}Np ->[\beta^-][2.117 \ {\ce {d}}] ^{238}_{94}Pu}}$

²³⁸ Pu также присутствует в значительных количествах в отработавшем ядерном топливе , но его необходимо отделить от других изотопов плутония . Облучение нептуния-237 электронными пучками, вызывающее тормозное излучение , также дает довольно чистые образцы изотопа плутония-236 , который можно использовать в качестве индикатора для определения концентрации плутония в окружающей среде.

Оружие

Нептуний расщепляется и теоретически может использоваться в качестве топлива в реакторе на быстрых нейтронах или в ядерном оружии с критической массой около 60 килограммов. В 1992 году Министерство энергетики США рассекретило заявление о том, что нептуний-237 «может быть использован для ядерного взрывного устройства». Не считается, что настоящее оружие когда-либо было создано с использованием нептуния. По состоянию на 2009 год мировое производство нептуния-237 коммерческими энергетическими реакторами составляло более 1000 критических масс в год, но извлечение изотопа из облученных топливных элементов было бы крупным промышленным предприятием.

В сентябре 2002 года исследователи Лос-Аламосской национальной лаборатории на короткое время получили первую известную критическую массу ядра , используя нептуний в сочетании с оболочками из обогащенного урана ( урана-235 ), обнаружив, что критическая масса голой сферы из нептуния-237 «колеблется от килограммовые веса от пятидесяти до шестидесяти лет», показывая, что он «примерно такой же хороший материал для бомбы, как [уран-235]». В марте 2004 года федеральное правительство Соединенных Штатов разработало планы по перемещению американских запасов выделенного нептуния на полигон ядерных отходов в Неваде .

Физика

²³⁷ Np используется в устройствах для обнаружения нейтронов высоких энергий (МэВ).

в

с ионизационной камерой Нептуний накапливается в коммерческих бытовых детекторах дыма в результате распада (обычно) 0,2 микрограмма америция-241, первоначально присутствующего в качестве источника ионизирующего излучения . При периоде полураспада 432 года америций-241 в ионизационном детекторе дыма включает около 3% нептуния через 20 лет и около 15% через 100 лет.

В окислительных условиях нептуний-237 является наиболее подвижным актинидом в глубокого геологического хранилища условиях проекта Юкка-Маунтин в Неваде . Это делает его и его предшественников, таких как америций-241, кандидатами на уничтожение путем ядерной трансмутации . Из-за длительного периода полураспада нептуний станет основным источником общей радиотоксичности на горе Юкка через 10 000 лет. Поскольку неясно, что произойдет с непереработанным хранилищем отработавшего топлива за такой длительный период времени, извлечение и трансмутация нептуния после переработки отработавшего топлива может помочь минимизировать загрязнение окружающей среды, если ядерные отходы можно будет мобилизовать через несколько тысяч лет. .

роль и

Нептуний не играет биологической роли, так как он имеет короткий период полураспада и в природе встречается лишь в небольших количествах. Тесты на животных показали, что он не всасывается через пищеварительный тракт . При введении он концентрируется в костях, из которых медленно высвобождается.

Мелкодисперсный металлический нептуний представляет опасность пожара, поскольку нептуний пирофорен ; мелкие зерна самопроизвольно воспламеняются на воздухе при комнатной температуре.

Библиография

• Этвуд, Дэвид А. (2013). Радионуклиды в окружающей среде . Джон Уайли и сыновья. ISBN  9781118632697 .
• Эмсли, Джон (2011). Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от Аризоны . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, США. ISBN  978-0-199-60563-7 .
• Хоффман, Клаус (2001). Отто Хан: достижения и ответственность . Спрингер. Бибкод : 2002ohar.book.....H . ISBN  978-0-387-95057-0 .
• Лемир, Роберт Дж. (2001). Химическая термодинамика нептуния и плутония . Амстердам: Эльзевир. ISBN  978-0-444-50379-4 .
• Роудс, Ричард (2012). Создание атомной бомбы (изд., посвященному 25-летию). Нью-Йорк: Саймон и Шустер. ISBN  978-1-451-67761-4 .
• Ёсида, Зенко; Джонсон, Стивен Г.; Кимура, Такауми; Крсул, Джон Р. (2006). «Нептуний». В Морссе, Лестер Р.; Эдельштейн, Норман М.; Фугер, Жан (ред.). Химия актинидных и трансактинидных элементов (PDF) . Том. 3 (3-е изд.). Дордрехт, Нидерланды: Springer. стр. 699–812. дои : 10.1007/1-4020-3598-5_6 . ISBN  978-1-4020-3555-5 . Архивировано из оригинала (PDF) 17 января 2018 г.

Литература

• Путеводитель по элементам - переработанное издание , Альберт Ствертка (Oxford University Press; 1998). ISBN   0-19-508083-1
• Лестер Р. Морсс, Норман М. Эдельштейн, Жан Фюгер (Hrsg.): Химия актинидных и трансактинидных элементов , Springer-Verlag, Dordrecht 2006, ISBN   1-4020-3555-1 .
• Ида Ноддак (1934). «Об элементе 93» . Журнал прикладной химии . 47 (37): 653–655. Бибкод : 1934АнгЧ..47..653Н . дои : 10.1002/anie.19340473707 .
• Эрик Шерри, Очень краткое введение в периодическую таблицу, Oxford University Press, Оксфорд, 2011 г., ISBN   978-0-19-958249-5 .

Внешние ссылки

• Нептуний в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
• В лаборатории создана первая в мире сфера из нептуния. Архивировано 25 сентября 2006 г. в Wayback Machine , Министерства энергетики США. Новости исследований
• Банк данных по опасным веществам NLM – нептуний, радиоактивный
• Нептуний: информационный бюллетень о здоровье человека , заархивировано 6 февраля 2004 г. в Wayback Machine.
• C&EN: Это элементарно: Таблица Менделеева - Нептуний