నెప్ట్యూనియం

నెప్ట్యూనియం (Np) పరమాణు సంఖ్య 93 కలిగిన రసాయన మూలకం. రేడియోధార్మిక ఆక్టినైడ్ లోహమైన నెప్ట్యూనియం, ఆవర్తన పట్టికలో యురేనియం తరువాత వచ్చే మూలకాల్లో మొదటిది. యురేనియంకు యురేనస్ గ్రహం పేరిట ఆ పేరు పెట్టారు. ఆవర్తన పట్టికలో యురేనియం తరువాత ఉండే ఈ మూలకానికి సౌర వ్యవస్థలో యురేనస్ గ్రహం తరువాత ఉండే నెప్ట్యూన్ పేరిట నెప్ట్యూనియం అని పేరుపెట్టారు. నెప్ట్యూనియం పరమాణువులో 93 ప్రోటాన్లు, 93 ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి. వీటిలో ఏడు వేలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు. నెప్ట్యూనియం లోహం వెండి రంగులో ఉంటుంది. గాలికి గురైనప్పుడు మసకబారుతుంది. మూలకం మూడు అలోట్రోపిక్ రూపాల్లో సంభవిస్తుంది. సాధారణంగా దీనికి +3 నుండి +7 వరకు ఐదు ఆక్సీకరణ స్థితులుంటాయి. ఇది రేడియోధార్మికమైనది, విషపూరితమైనది, పైరోఫోరిక్, ఎముకలలో పేరుకుపోయే సామర్ధ్యం ఉన్నది. ఈ చివరి గుణం వలన నెప్ట్యూనియం నిర్వహణ ప్రమాదకరమైనది.

ఈ మూలకాన్ని కనుగొన్నామంటూ అనేక తప్పుడు వాదనలు ఎప్పటినుండో ఉన్నప్పటికీ దీన్ని 1940 లో   బర్కిలీ రేడియేషన్ లాబొరేటరీలో ఎడ్విన్ మెక్‌మిలన్, ఫిలిప్ హెచ్. అబెల్సన్‌లు మొదటిసారిగా సంశ్లేషణ చేశారు. అప్పటి నుండి, న్యూక్లియర్ రియాక్టర్లలో యురేనియం యొక్క న్యూట్రాన్ రేడియేషన్ ద్వారా చాలా వరకు నెప్ట్యూనియం ఉత్పత్తి చేయబడుతోంది. అత్యధిక భాగం సంప్రదాయ అణు విద్యుత్ రియాక్టర్లలో ఉప ఉత్పత్తిగా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. నెప్ట్యూనియమ్‌కు ప్రస్తుతం వాణిజ్యపరమైన ఉపయోగాలు లేనప్పటికీ, ఇది ప్లూటోనియం-238 ఏర్పడటానికి, రేడియో ఐసోటోప్ థర్మల్ జనరేటర్లలో అంతరిక్ష నౌకకు విద్యుత్తును అందించడానికి పూర్వగామిగా ఉపయోగించబడుతోంది. నెప్ట్యూనియం అధిక-శక్తి న్యూట్రాన్‌ల డిటెక్టర్లలో కూడా ఉపయోగించబడింది.

నెప్ట్యూనియం ఐసోటోపుల్లో అత్యంత దీర్ఘమైన జీవితకాలం ఉండే ఐసోటోప్, నెప్ట్యూనియం-237, అణు రియాక్టర్ల లోను, ప్లూటోనియం ఉత్పత్తిలో ఉప-ఉత్పత్తి గానూ ఉత్పత్తి అవుతుంది. ఇది, ఐసోటోప్ నెప్ట్యూనియం-239 లు న్యూట్రాన్ క్యాప్చర్ రియాక్షన్‌లు, బీటా క్షయం కారణంగా యురేనియం ఖనిజాలలో కొద్ది మొత్తాలలో కనిపిస్తాయి.

లక్షణాలు

భౌతిక 
నెప్ట్యూనియం వెండి రంగులో ఉండే, సాగే గుణం గల, గట్టి, రేడియోధార్మిక ఆక్టినైడ్ లోహం . ఆవర్తన పట్టికలో, ఇది యురేనియంకు కుడి వైపున, ప్లూటోనియంకు ఎడమ వైపున, లాంతనైడ్ ప్రోమేథియంకు క్రింద ఉంటుంది.  నెప్ట్యూనియం ఒక గట్టి లోహం, 118 GPa బల్క్ మాడ్యులస్ కలిగి, మాంగనీస్‌ స్థాయిలో ఉంటుంది.  నెప్ట్యూనియం భౌతిక వర్కబిలిటీ పరంగా యురేనియం మాదిరిగానే ఉంటుంది. సాధారణ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గాలికి గురైనప్పుడు, అది సన్నని ఆక్సైడ్ పొరను ఏర్పరుస్తుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ ఈ ప్రతిచర్య మరింత వేగంగా కొనసాగుతుంది.  నెప్ట్యూనియం 639±3 °C వద్ద కరుగుతుంది. ఈ తక్కువ ద్రవీభవన స్థానం, పొరుగు మూలకం ప్లూటోనియంకు (దాని ద్రవీభవన స్థానం 639.4 °C) కూడా ఉండే లక్షణం. 5f, 6d కక్ష్యల హైబ్రిడైజేషను, లోహంలో డైరెక్షనల్ బాండ్స్ ఏర్పడటం ఈ తక్కువ ద్రవీభవన స్థానానికికారణం.  నెప్ట్యూనియం మరిగే స్థానం ఎంతో అనుభవపూర్వకంగా తెలియదు గానీ, మూలకం యొక్క బాష్ప పీడనాన్ని బట్టి ఇది 4174 °C ఉండొచ్చని అంచనా వేసారు. ఈ అంకె ఖచ్చితమైనదే అయితే, ఇది ఏ మూలకానికీ లేనంతటి అతిపెద్ద ద్రవస్థితి పరిధి నెప్ట్యూనియంకు ఉన్నట్లు అవుతుంది. (దాని ద్రవీభవన బిందువుకు మరిగే బిందువుకూ మధ్య ఉన్న అంతరం 3535 K).

ఐసోటోపులు 

నెప్ట్యూనియంకు 24 రేడియో ఐసోటోప్‌లున్నాయి. వీటిలో అత్యంత స్థిరమైన 237Np కి 21.4 లక్షల సంవత్సరాల అర్ధ జీవితం, 236Np కి 154,000 సంవత్సరాల అర్ధ జీవితం, 235Np కి 396.1 రోజుల అర్ధ జీవితం ఉంటాయి. మిగిలిన అన్ని రేడియోధార్మిక ఐసోటోప్‌లకు 4.5 రోజుల కంటే తక్కువ అర్ధ జీవితాలు ఉంటాయి. వీటిలో ఎక్కువ భాగం ఐసోటోపుల అర్ధ జీవితాలు  50 నిమిషాల కంటే తక్కువ ఉంటాయి. ఈ మూలకానికి కనీసం నాలుగు మెటా స్థితులు ఉన్నాయి. వీటిలో 22.5 గంటల అర్ధ-జీవితం కలిగిన 236m Np అత్యంత స్థిరమైనది.

లభ్యత 
నెప్ట్యూనియం యొక్క అన్ని ఐసోటోప్‌ల అర్ధ జీవితకాలం భూమి వయస్సుతో పోలిస్తే చాలా చాలా తక్కువ ఉంటుంది కాబట్టి, ఆదిమకాలంలో నెప్ట్యూనియం ఏదైనా ఉండి ఉంటే ఇప్పటికి క్షీణించి ఉండాలి. ఎక్కువ కాలం జీవించిన ఐసోటోపు 237Np యొక్క గాఢత దాదాపు 8 కోట్ల సంవత్సరాల తర్వాత, దాని అసలు మొత్తంలో ఒక ట్రిలియన్ (10 -12) కంటే తక్కువ వంతుకు తగ్గించబడుతుంది.  అందువల్ల నెప్ట్యూనియం అతితక్కువ మొత్తంలో మాత్రమే ప్రకృతిలో ఉంటుంది - అది కూడా ఇతర ఐసోటోపుల క్షయం జరిగే క్రమంలో మధ్యంతర ఉత్పత్తిగా ఉత్పత్తి అయినవే. 

ఇప్పుడు పర్యావరణంలో కనిపించే నెప్ట్యూనియం (ప్లూటోనియం) చాలావరకు 1945లో మొదటి అణుబాంబు విస్ఫోటనానికీ, 1963లో పాక్షిక అణు పరీక్ష నిషేధ ఒప్పందం ఆమోదానికీ మధ్య జరిగిన అణు విస్ఫోటనాల కారణంగా ఉత్పత్తి అయినదే. ఈ పేలుళ్ల ద్వారా విడుదలైన నెప్ట్యూనియం, 1963 నుండి నిర్వహించబడిన కొన్ని పరీక్షల మొత్తం దాదాపు 2500 కిలొగ్రాములు ఉంటుందని అంచనా వేసారు. ఇందులో అధిక భాగం దీర్ఘకాల ఐసోటోప్‌లు 236Np, 237Npతో కూడి ఉంటుంది. ఎందుకంటే అర్ధ జీవితం (396 రోజులు)  తక్కువగా ఉండే 235Np, అణు పరీక్షలు ఆగిన తరువాతి కాలంలో దాని పరిమాణం బిలియన్లో ఒక భాగం (10 -9) కంటే తక్కువకు క్షీణించి ఉంటుంది. న్యూక్లియర్ రియాక్టర్ శీతలీకరణ నీటిలో సహజ యురేనియం యొక్క న్యూట్రాన్ రేడియేషన్ ద్వారా సృష్టించబడిన నెప్ట్యూనియం యొక్క అదనపు చాలా చిన్న మొత్తం, నీటిని నదులు లేదా సరస్సులలోకి విడుదల చేసినప్పుడు విడుదల అవుతుంది.    సముద్రపు నీటిలో 237Np గాఢత లీటరుకు సుమారు 6.5 × 10 -5 మిల్లీబెక్వెరెల్స్ : ఈ సాంద్రత ప్లూటోనియం గాఢతలో 0.1% - 1% మధ్య ఉంటుంది.

ఆవిష్కరణ 
1939 ప్రారంభంలో అణు విచ్ఛిత్తిపై పరిశోధనలు పురోగమిస్తున్నందున, బర్కిలీలోని యూనివర్సిటీ ఆఫ్ కాలిఫోర్నియాలోని బర్కిలీ రేడియేషన్ లాబొరేటరీలో ఎడ్విన్ మెక్‌మిలన్ అప్పట్లో కొత్తగా యూనివర్సిటీలో నిర్మించిన శక్తివంతమైన 60-అంగుళాల (1.52 మీ) సైక్లోట్రాన్‌ను ఉపయోగించి యురేనియంను గుద్దించే ప్రయోగం చేయాలని నిర్ణయించుకున్నాడు. విచ్ఛిత్తి తర్వాత వాటి పరస్పర విద్యుత్ వికర్షణ నుండి శకలాలు పొందే అపారమైన శక్తిని ఉపయోగించి, గుద్దించడంలో ఉత్పత్తి అయిన వివిధ విచ్ఛిత్తి ఉత్పత్తులను వేరు చేయడం దీని ఉద్దేశ్యం. అతను దీని నుండి గమనించదగ్గ విషయమేమీ కనుగొననప్పటికీ, యురేనియం ట్రైయాక్సైడ్ లక్ష్యంలోనే రెండు కొత్త బీటా క్షయం అర్ధ-జీవితాలను మెక్‌మిలన్ గమనించాడు. దీని అర్థం రేడియోధార్మికతను వెలువరిస్తున్న రెండూ హింసాత్మకంగా ఒకదానినొకటి వికర్షించుకోలేదు. యురేనియం-239 యొక్క 23-నిమిషాల క్షీణత కాలంతో అర్ధ-జీవితాలలో ఒకటి దగ్గరగా సరిపోతుందని అతను త్వరగా గ్రహించాడు. అయితే 2.3 రోజుల అర్ధ జీవితం గల రెండవ ఐసోటోపు ఎంటో తెలియలేదు. రేడియోధార్మికత మూలాన్ని వేరు చేయడానికి మెక్‌మిలన్, తన ప్రయోగం ఫలితాలను రసాయన శాస్త్రవేత్త తోటి బర్కిలీ ప్రొఫెసర్ ఎమిలియో సెగ్రే వద్దకు తీసుకెళ్లాడు. 93 వ మూలకానికి రీనియంతో సమానమైన రసాయన ధర్మాలు ఉన్నాయనే ప్రబలమైన సిద్ధాంతం పునాదిగా ఇద్దరు శాస్త్రవేత్తలు తమ పనిని ప్రారంభించారు. అయితే మెక్‌మిలన్ నమూనా రీనియంతో సమానంగా లేదని సెగ్రే తొందర గానే నిర్ధారించాడు. బదులుగా, బలమైన ఆక్సీకరణ ఏజెంటు సమక్షంలో హైడ్రోజన్ ఫ్లోరైడ్ (HF)తో చర్య జరిపినపుడు అది, చాలా అరుదైన భూ మూలకాల లాగా ప్రవర్తించింది. ఈ మూలకాలు ఎక్కువ శాతం విచ్ఛిత్తి ఉత్పత్తులను కలిగి ఉన్నందున, సెగ్రే, మెక్‌మిలన్ అర్ధ-జీవితాన్ని కేవలం మరొక విచ్ఛిత్తి ఉత్పత్తి అని నిర్ణయించారు. అతమ పేపర్‌కు "ట్రాన్సురేనియం మూలకాల కోసం విజయవంతం కాని శోధన" అని శీర్షిక పెట్టారు.   

అయితే, విచ్ఛిత్తి గురించి మరింత సమాచారం అందుబాటులోకి రావడంతో, అణు విచ్ఛిత్తి శకలాలు ఇప్పటికీ లక్ష్యంలో ఉండే అవకాశం మరింత దూరమైంది. మెక్‌మిలన్, ఫిలిప్ హెచ్. అబెల్సన్‌తో సహా పలువురు శాస్త్రవేత్తలు, తెలియని అర్ధ-జీవితాన్ని ఏది ఉత్పత్తి చేస్తుందో తెలుసుకోవడానికి మళ్లీ ప్రయత్నించారు. 1940 ప్రారంభంలో, సెగ్రేతో చేసిన తన 1939 ప్రయోగం రేడియోధార్మిక మూలం యొక్క రసాయన ప్రతిచర్యలను తగినంత కఠినంగా పరీక్షించడంలో విఫలమైందని మెక్‌మిలన్ గ్రహించాడు. ఒక కొత్త ప్రయోగంలో, మెక్‌మిలన్ ఒక  రెడ్యూసింగ్ ఏజెంట్ సమక్షంలో తెలియని పదార్థపు అర్ధ జీవితానికి  గురిచేయడానికి ప్రయత్నించాడు. ఈ పని అతను గతంలో చేయలేదు. ఈ ప్రతిచర్య ఫలితంగా HFతో నమూనా అవక్షేపించబడింది. ఈ తెలియని పదార్ధం అరుదైన-భూమి లోహం అనే అవకాశాన్ని ఖచ్చితంగా తోసిపుచ్చింది. కొంతకాలం తర్వాత, విశ్వవిద్యాలయం నుండి గ్రాడ్యుయేట్ డిగ్రీని పొందిన అబెల్సన్, సెలవుల్లో బర్కిలీని సందర్శించాడు. సహాయం చేయమని, ప్రయోగ ఫలితాలను వేరు చేయడంలో మరింత సమర్థుడైన ఈ రసాయన శాస్త్రవేత్తను మెక్‌మిలన్ కోరాడు. 2.3-రోజుల అర్ధ-జీవిత వస్తువుకు ఏదైనా తెలిసిన మూలకం లాంటి రసాయన లక్షణాలు లేవని, వాస్తవానికి అరుదైన-భూ లోహం కంటే కూడా అది యురేనియంకు దగ్గరగా ఉందని అబెల్సన్ చాలా త్వరగా గమనించాడు. చివరి దశగా, మెక్‌మిలన్, అబెల్సన్‌లు 239U నుండి 23 నిమిషాల అర్ధ-జీవితాన్ని కలిగిన యురేనియం యొక్క చాలా పెద్ద నమూనాతో ప్రయోగం చేసి దాన్నుండి కింది సమీకరణాన్ని తయారు చేసారు: 

 {^{238}_{92}U} + {^{1}_{0}n} -> {^{239}_{92}U} ->[\beta^-][23\ \ce{min}] {^{239}_{93}Np} ->[\beta^-][2.355\ \ce{days}] {^{239}_{94}Pu}https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/93b95114fe8847dcf5cd481fc8c5d755b4a1b823 (సమయాలు అర్ధ జీవితాలు . )

తెలియని రేడియోధార్మిక మూలం యురేనియం క్షయం నుండి ఉద్భవించిందని నిరూపించబడింది. అది అన్ని తెలిసిన మూలకాల కంటే రసాయనికంగా భిన్నంగా ఉందని తేలిన మునుపటి పరిశీలనతో కలిపి, కొత్త మూలకం కనుగొన్నట్లు సందేహాతీతంగా నిరూపించబడింది. మెక్‌మిలన్, అబెల్సన్‌లు 1940 మే 27 న ఫిజికల్ రివ్యూలో రేడియో యాక్టివ్ ఎలిమెంట్ 93 అనే పేపర్‌లో తమ ఫలితాలను ప్రచురించారు  వారు ఆ పేపర్‌లో మూలకానికి పేరును ప్రతిపాదించలేదు గానీ ఆ తరువాత పెట్టారు. సౌర వ్యవస్థలో యురేనస్‌ తరువాతి గ్రహం నెప్ట్యూన్ కాబట్టి వారు దానికి నెప్ట్యూనియం అనే పేరును నిర్ణయించారు.

ఉపయోగాలు

ఆయుధాలు 
నెప్ట్యూనియం అణు విచ్ఛిత్తి చేయదగిన మూలకం.. సిద్ధాంతపరంగా 60 కిలోగ్రాముల క్రిటికల్ ద్రవ్యరాశితో ఫాస్ట్-న్యూట్రాన్ రియాక్టరులో గానీ, అణ్వాయుధంలో గానీ ఇంధనంగా ఉపయోగించవచ్చు.  1992లో, US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ, నెప్ట్యూనియం-237 ను "అణ్వాయుధం కోసం ఉపయోగించవచ్చు" అనే పాత రహస్యాన్ని బయట పెట్టింది.  నెప్ట్యూనియం ఉపయోగించి అణ్వాయుధాన్ని ఎవరూ తయారు చెయ్యలేదని భావిస్తున్నారు. 2009 నాటికి, కమర్షియల్ పవర్ రియాక్టర్ల ద్వారా ప్రపంచంలో నెప్ట్యూనియం-237 ఉత్పత్తి సంవత్సరానికి 1000 క్రిటికల్ మాస్‌లకు పైగా ఉంది. అయితే రేడియేటెడ్ ఇంధన మూలకాల నుండి ఐసోటోప్‌ను సంగ్రహించడం ఒక పెద్ద పారిశ్రామిక వ్యవహారం.

మూలాలు 

మూలకాలు
యాక్టినాయిడ్లు