Neptunium

Hööftartikel: Isotopen vun Neptunium
Iso	VN	t_½	VO	VE (MeV)	VP
²³⁵Np	nee	396,1 d	α	5,192	²³¹Pa
²³⁵Np	nee	396,1 d	ε	0,124	²³⁵U
²³⁶Np	nee	1,54 · 10⁵ a	ε	0,940	²³⁶U
			β^-	0,490	²³⁶Pu
			α	5,020	²³²Pa
²³⁷Np	nee	2,144 · 10⁶ a	α	4,959	²³³Pa
²³⁸Np	nee	2,117 d	β^-		²³⁸Pu
²³⁹Np	nee	2,355 d	β^-		²³⁹Pu

Neptunium is en cheemsch Element mit dat Atomteken Np un de Atomtall 93. Dorbi hannelt sik dat üm en Swoormetall, dat giftig un radioaktiv is, un in’t Periodensystem to de Grupp vun de Actinoiden höört. Neptunium is dat eerste Transuran, also dat eerste Element achter dat Uran, de in de Natur – afsehn vun Plutoniumsporen, de eerst na Inföhren vun den Begreep opdeckt weern – nich vörkamt. De Naam is ut dat Sünnsystem afleidt, woneem de Planeten Uranus, Neptun un Pluto openanner folgt, jüst so as in’t Periodensystem de Elementen Uran, Neptunium un Plutonium.

Historie

In’n Mai 1934 hett sik Ida Noddack to de Lücken in’t Periodensystem vun de Elementen utlaten, de dat dormols noch geven het. An’t Enn vun ehr Arbeit schreev se wieter över de Mööglichkeit vun Transuranen^[1]. Wenige Weken later hett Enrico Fermi to dit Thema dree Arbeiten publizeert^[2]^[3]^[4]. In’n November 1934 hett sik Noddack kritisch mit de vörgeevliche Opdecken vun’t Element 93 vun Fermi utenannersett. In ehr Afhanneln hett se ünner annern de Opdecken vun de neutroneninduzeert Karnsplitten vörweg nahmen. Se segg, dat dat mööglich weer, dat swore Karns in verschedene grote Stücken verfallt, wenn se mit Neutronen beschaten warrt. Disse Brookstücken weer denn woll Isotopen vun bekannte Elementen, aver keen Navers vun de bestrahlten Elementen^[5].

Dat radioaktive Element Neptunium is 1940 to’n eersten mol dör E. M. McMillan un P. H. Abelson bi’t Bescheten vun Uran mit Neutronen synthetiseert worrn^[6]^[7]^[8].

\mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2,355\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu}

Anmarken: De angeven Tieten sünd Halfweertstieten.

In’t Johr 1942 hebbt Arthur C. Wahl un Glenn T. Seaborg dat Neptunium-Isotop ²³⁷Np opdeckt. Dat entsteiht ut ²³⁷U, wat en β-Strahler mit en Halfweertstiet vun ruchweg söven Daag is. Ut ²³⁸U warrt dat dör en (n, 2n)-Vörgang billt. ²³⁷Np is en α-Strahler mit en Halfweertstiet vun 2,144 · 10⁶ Johren.^[9]

\mathrm {^{238}_{\ 92}U\ {\xrightarrow[{}]{(n,\ 2n)}}\ _{\ 92}^{237}U\ {\xrightarrow[{7\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{237}Np\ {\xrightarrow[{2,144\ x\ 10^{6}\ a}]{\alpha }}\ _{\ 92}^{233}U}

Ut ²³³U, ²³⁵U un ²³⁸U weern 1950 dör Bescheten mit Deuteronen de Neptunium-Isotopen ²³¹Np, ²³²Np un ²³³Np tüügt^[10]. In’t Johr 1958 weer ut hoochanriekert ²³⁵U dör Bescheten mit Deuteronen de Neptunium-Isotopen ²³⁴Np, ²³⁵Np un ²³⁶Np tüügt^[11]. De 1-Stünnen Neptunium-Aktivität, de vörher dat ²⁴¹Np torekent weer, höört dorgegen to dat Isotop ²⁴⁰Np.^[12]

Winnen un Dorstellen

En nickelbeschicht Neptunium-Kugel in Halfschalen vun hoochanriekert Uran (swart anlopen)

Winnen vun Neptunium-Isotopen

Neptunium entsteiht as „Biprodukt“ bi’t Energiewinnen in Karnreakters. Een Tünn verbrukten Karnbrennstoff schall ruchweg 500 g Neptunium bargen^[13]. Neptunium, dat op dissen Weg entstahn is, besteiht meist blots ut dat Isotop ²³⁷Np. Entstahn deit dat ut dat Uran-Isotop ²³⁵U dör dubbelten Neutroneninfang mit ansluten β-Zerfall.

\mathrm {^{235}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{236}U_{m}\ {\xrightarrow[{120\ ns}]{}}\ _{\ 92}^{236}U\ +\ \gamma }

\mathrm {^{236}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{237}U\ {\xrightarrow[{6,75\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{237}Np}

Dorstellen vun elementar Neptunium

Metallsch Neptunium kann dör Redukschoon ut sien Verbinnen dorstellt warrn. As eerst is Neptunium(III)-fluorid mit elementar Barium oder Lithium bi 1200 °C to’n reageeren bröcht worrn:

\mathrm {2\ NpF_{3}\ +\ 3\ Ba\ \longrightarrow \ 2\ Np\ +\ 3\ BaF_{2}}

Egenschoppen

physikaalsch

Neptinium is en Metall mit en sülvern Utsehn, dat cheemsch reaktiv is un in tomindst dree verschedene Modifikatschonen vörkummt^[14]:

Modifikatschonen bi Atmosphärendruck
Phasenbeteken	bestännig Temperaturrebeet	Dicht (Temperatur)	Kristallsystem
α-Np		20,25 g/cm³ (20 °C)	orthorhombsch
β-Np	över 280 °C	19,36 g/cm³ (313 °C)	tetragonal
γ-Np	över 577 °C	18,0 g/cm³ (600 °C)	kuubsch

cheemsch

Neptunium bill en Reeg vu Verbinnen, in de dat in de Oxidatschoonsstopen +3 bit +7 hebben kann. Tosamen mit Plutonium billt Neptunium dormit de höchste Oxidatschoonsstoop vun all Actinoiden. In waterige Lösen hebbt de Neptinium-Ionen tyypsche Klören: so is Np³⁺ purpurvigelett, Np⁴⁺ geelgröön, Np^VO₂⁺ gröön, Np^VIO₂²⁺ rosaroot un Np^VIIO₂³⁺ deepgröön^[15].

bioloogsch

En bioloogsche Funkschoon is vun’t Neptunium nich bekannt^[16], as dat ok to vermoden is bi en Elemente, dat in de Natur nich vörkummt. Anaerobe Mikroorganismen künnt mit Mn(II/III)- un Fe(II)-Spezies Np(V) to Np(IV) reduzeeren.^[17]. Bito weern de Fakters ünnersöcht, de de Biosorpschoon^[18]^[19] un Bioakkumulatschoon^[20] vun’t Neptunium dör Bakterien beinflussen doot.

Isotopen

Vun’t Neptunium sünd aktuell twintig Isotopen un fief Karnisomeren bekannt. De längste Halfweertstiet hett dorbi dat ²³⁷Np mit 2,144 Mio. Johren, folgt vun ²³⁶Np mit 154.000 Johren un ²³⁵Np mit 396,1 Daag. De annern Isomeren un Isotopen hebbt Halfweertstieten twüschen 45 Nanosekunnen un 4,4 Daag.

²³⁵Np verfallt to 99,99740 % dör Elektroneninfang to Uran ²³⁵U un in de annern 0,00260 % dör Alphaverfall to Protactinium ²³¹Pa, dat sik een Stoop achter ²³⁵U op de Uran-Actinium-Reeg befinnt.

²³⁶Np maakt in 87,3 % vun all Fäll en Elektroneninfang un wannelt sik dorbi in Uran ²³⁶U. In 12,5 % vun de Fäll warrt dorut Plutonium ²³⁶Pu dör Betaverfall un in de restlichen 0,16 % dörlöpt dat en Alphaverfall un wannelt sik to Protactinium ²³²Pa. Dat Uran ²³⁶U liggt op de Thorium-Reeg un verfallt mit 23,42 Millionen Johren Halfweertstiet to Thorium ²³²Th. Dat ²³⁶Pu verfallt wieter mit en Halfweertstiet vun 2,858 Johren^[21] dör Alphaverfall to ²³²U, wat dorna mit 68,9 Johren to ²²⁸Th.

²³⁷Np verfallt dör Alphaverfall to Protactinium ²³³Pa. Dat Neptunium-Isotop is de offizielle Utagngspunkt vun de Neptunium-Reeg, en Verfallskeed, de bi’t Isotop Thallium ²⁰⁵Tl ophöört.

Splittborkeit

As bi de all Transuranen is ok bi de Neptunium-Isotopen Karnsplitten mööglich, de dör Neutronen utlöst waart. De Isotopen, de in’n Karn en ungrade Neutronentall hebbt – vun de Isotopen mit grote Halfweertstiet also dat ²³⁶Np – hebbt en groten Wirkdweersnitt för’t Splitten mit thermische Neutronen. Bi’t ²³⁶Np liggt de bi 2600 Barn^[22], dat also licht to splitten geiht.

Bi dat in’n Karnbrennstoff anfallen ²³⁷Np bedriggt de dorgegen blots 20 Millibarn^[22]. Man, dat Isotop is dör annere karnphysikaalsche Egenschoppen egent, üm mit dat Splitten dör gaue Neutronen in’t reine Material en Kedenreakschoon oprecht to hollen. In’t Los Alamos National Laboratory is sien kritische Masse in Experimenten op ruchweg 60 kg bestimmt worrn^[23]^[24]. Dat heet, ²³⁷Np is en Material, dat för Karnwapen insett warrn künn^[25]^[26].

Anwennen

Dat Isotop ²³⁷Np, dat in Karnreakters ut ²³⁵U brööt warrt, kann to’n Winnen vun ²³⁸Pu bruukt warrn, wat in Radionuklidbatterien nütt warrt. Dorto warrt dat – tosamen mit lütte Mengden vun annere Neptuniumisotopen – vun afbrennten Karnbrennstoff afscheedt un in Brennstääv füllt, de blots Neptunium bargt. De warrt den wedder in Karnreakters insett, woneem se mit Neutronen bestrahlt warrt. Dorbi warrt ut dat ²³⁷Np dat Isotop ²³⁸Pu brööt.

\mathrm {^{237}_{\ 93}Np\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 93}^{238}Np\ {\xrightarrow[{2,117\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{238}Pu}

Verbinnen

Neptunium-Ionen in de Oxidationsstopen +3 bit +7 in waterige Lösen.

Oxiden

Oxiden sünd vun’t Neptunium in de Oxidatschoonsstopen +4 bit +6 bekannt:Neptunium(IV)-oxid (NpO₂), Neptunium(V)-oxid (Np₂O₅) un Neptunium(VI)-oxid (NpO₃ · H₂O)^[27]. Neptuniumdioxid (NpO₂) is dat cheemsch bestännigste Oxid vun’t Neptunium un warrt in Brennstääv verwennt.

Halogeniden

För Neptunium sünd Halogeniden in de Oxidatschoonsstopen +3 bit +6 bekannt^[28]. Verbinnen vun all veer Halogenen Fluor, Chlor, Brom un Jod sünd in de Stoop +3 bekannt. In de Oxidatschoonsstoop +6 is sünners dat Neptuniumhexafluorid (NpF₆) vun gröttere Bedüden. Dat is en orangen Faststoff, de licht flüchtig is un al bi 56 °C in’n gasförmigen Tostand wesselt. In disse Egenschop is dat jüst so as dat Uranhexafluorid un dat Plutoniumhexafluorid un kann dorüm jüst so ok bi’t Anriekern un bi’t Isotopenscheden insett warrn.

Oxidatschoonstall	F	Cl	Br	I
+6	Neptunium(VI)-fluorid NpF₆ orange
+5	Neptunium(V)-fluorid NpF₅ hellblau
+4	Neptunium(IV)-fluorid NpF₄ gröön	Neptunium(IV)-chlorid NpCl₄ rootbruun	Neptunium(IV)-bromid NpBr₄ düsterroot
+3	Neptunium(III)-fluorid NpF₃ vigelett	Neptunium(III)-chlorid NpCl₃ gröön	Neptunium(III)-bromid NpBr₃ gröön	Neptunium(III)-iodid NpI₃ vigelett

Metallorgaansche Verbinnen

Analog to Uranocen, en Organometallverbinnen in de Uran vun twee Cyclooctatetraen-Liganden komplexeert is, sünd solke Komplexe ok vun Neptunium dorstellt worrn^[29].

Sekerheit

En Inorden na de Gefohrstoffverordnung gifft dat nich, vun wegen dat dor blots de cheemschen Gefohren binnen staht. De speelt bi Neptunium keen Rull gegenöver de Gefohr, de vun de Radioaktivität utgeiht.

Literatur

Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Transurane:
- Deel A 1 II, S. 14–17
- Deel A 2, S. 100–118, 180–181, 250–253, 258
- Deel B 1, S. 1–9
- Deel C, S. 2–3, 7–10, 82–83, 92–114, 157–159, 174–175, 189–194, 200–201, 228, 245, 248–249, 251, 272
- Deel D 1, S. 27–30, 37–58, 100–105
C. Keller: „Die Chemie des Neptuniums“, in: Fortschr. chem. Forsch., 1969/70, 13/1, S. 1–124; Eerste Siet.
Zenko Yoshida, Stephen G. Johnson, Takaumi Kimura, John R. Krsul: Neptunium, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Rgv.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S. 699–812; DOI: 10.1007/1-4020-3598-5_6.
RADIOCHEMISTRY OF NEPTUNIUM 1974.
Kurt Starke: „Zur Frühgeschichte des Neptuniums“, in: Isotopes in Environmental and Health Studies, 1990, 26 (8), S. 349–351; DOI: 10.1080/10256019008624331.

Borns

↑ Ida Noddack: „Das Periodische System der Elemente und seine Lücken“, in: Angewandte Chemie, 1934, 47 (20), S. 301–305; DOI: 10.1002/ange.19340472002.
↑ E. Fermi: „Radioactivity Induced by Neutron Bombardment“, in: Nature, 1934, 133, S. 757–757; DOI: 10.1038/133757a0.
↑ E. Fermi: „Element No. 93“, in: Nature, 1934, 133, S. 863–864; DOI: 10.1038/133863e0.
↑ E. Fermi: „Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92“, in: Nature, 1934, 133, S. 898–899; DOI: 10.1038/133898a0.
↑ Ida Noddack: „Über das Element 93“, in: Angewandte Chemie, 1934, 47 (37), S. 653–655; DOI: 10.1002/ange.19340473707
↑ E. McMillan, P. H. Abelson: „Radioactive Element 93“, in: Physical Review, 1940, 57, S. 1185–1186; DOI: 10.1103/PhysRev.57.1185.2.
↑ „Neue Elemente“, in: Angewandte Chemie, 1947, 59 (2), S. 61–61.
↑ A. B. Garrett: „The Chemistry of Elements 93, 94, 95 and 96 (Neptunium, Plutonium, Americium and Curium)“, in: The Ohio Journal of Science, 1947, XLVII (3), S. 103–106; PDF.
↑ K. Wirtz: „Die neuen Elemente Neptunium, Plutonium, Americium und Curium“, in: Zeitschrift für Naturforschung, 1946, 1, S. 543–544.
↑ L. B. Magnusson, S. G. Thompson, G. T. Seaborg: „New Isotopes of Neptunium“, in: Physical Review, 1950, 78 (4), S. 363–372; DOI: 10.1103/PhysRev.78.363
↑ J. E. Gindler, J. R. Huizenga, D. W. Engelkemeir: „Neptunium Isotopes: 234, 235, 236“, in: Physical Review, 1958, 109 (4), S. 1263–1267; DOI: 10.1103/PhysRev.109.1263
↑ Richard M. Lessler, Maynard C. Michel: „Isotopes Np²⁴⁰ and Np²⁴¹“, in: Physical Review, 1960, 118 (1), S. 263–264; DOI: 10.1103/PhysRev.118.263
↑ Klaus Hoffmann: Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente, Urania-Verlag, Leipzig, Jena, Berlin, 1979, S. 233
↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3, S. 413–419.
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Oplaag, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1956.
↑ The Biochemical Periodic Tables – Neptunium
↑ J. E. Banaszak, S. M. Webb, B. E. Rittmann, J.-F. Gaillard, D. T. Reed: „Fate of Neptunium in an anaerobic, methanogenic microcosm“, in: Mat Res Soc Symp Proc., 1999, 556, S. 1141–1149; PDF
↑ T. Sasaki, T. Kauri, A. Kudo: „Effect of pH and Temperature on the Sorption of Np and Pa to mixed anaerobic bacteria“, in: Appl. Radiat. Isot., 2001, 55 (4), S. 427–431; PMID 11545492.
↑ W. Songkasiri, D. T. Reed, B. E. Rittmann: „Bio-sorption of Neptunium(V) by Pseudomonas Fluroescens“, in: Radiochimica Acta, 2002, 90, S. 785–789.
↑ A. J. Francis, J. B. Fillow, C. J. Dodge, M. Dunn, K. Mantione, B. A. Strietelmeier, M. E. Pansoy-Hjelvik, H. W. Papenguth: „Role of Bacteria as Biocolloids in the Transport of Actinides from a Deep Underground Radioactive Waste Repository“, in: Radiochimica Acta, 1998, 82, S. 347–354; Abstract und PDF-Download.
↑ G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties“, in: Nuclear Physics A, 729, 2003, S. 3–128.
↑ ^a ^b G. Pfennig, H. Klewe-Nebenius, W. Seelmann-Eggebert (Rgv.): Karlsruher Nuklidkarte, 6. Opl., korrig. Nadruck 1998.
↑ P. Weiss: Little-studied metal goes critical – Neptunium Nukes?, Science News, 26. Oktober 2002 Fulltext afropen an’n 5. Dezemeber 2008
↑ Rene G. Sanchez, David J. Loaiza, Robert H. Kimpland, David K. Hayes, Charlene C. Cappiello, William L. Myers, Peter J. Jaegers, Steven D. Clement, Kenneth B. Butterfield: „Criticality of a ²³⁷Np Sphere“, in: Nuclear science and engineering, 2008, 158, S. 1–14; PDF.
↑ David Albright, Kimberly Kramer: „Neptunium 237 and Americium: World Inventories and Proliferation Concerns“, August 2005; PDF.
↑ Walter Seifritz: Nukleare Sprengkörper – Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit? Thiemig-Verlag, München, 1984
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Oplaag, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1972.
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Oplaag, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1969.
↑ Christoph Elschenbroich: Organometallchemie, 6. Oplaag, Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8351-0167-8, S. 589.