Neptunium

Neptunium () on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Np, järjestysluku 93 ja CAS-numero 7439-99-8. Neptunium kuuluu aktinoideihin ja on ensimmäinen transuraani. Se sijaitsee jaksollisessa järjestelmässä uraanin jälkeen ja ennen plutoniumia. Neptuniumin pysyvintä isotooppia Np-237:ää muodostuu ydinreaktioissa. Alkuaineen moolimassa on 237 u. Se on hopeanhohtoinen metalli ja sen tiheys on likipitäen 20 000 kg/m³. Neptunium on nimetty planeetta Neptunuksen mukaan ja se löydettiin 1940 pommitettaessa uraania neutroneilla. Neptuniumia on käytetty lähinnä mittalaitteissa.
Ominaisuudet.
Fysikaaliset ominaisuudet.
Neptunium on hopeisen harmaa radioaktiivinen metalli. Sen sulamispiste on 640 °C ja tiheys 20,45 g/cm3. Neptuniumilla on kolme allotroppista muotoa. Huoneenlämmössä neptunium on alfa-muodossa, jolloin sen kiderakenne on rombinen. Yli 280 °C:n lämpötilassa se on beta-muodossa, jolloin sen kiderakenne on tetraedrinen. Yli 577 °C:ssa neptunium on gamma-muodossaan, jolloin sen kiderakenne on kuutiollinen.
Kemialliset ominaisuudet ja yhdisteet.
Neptunium on suhteellisen reaktiivinen. Se reagoi nopeasti muun muassa hapen kanssa muodostaen neptuniumoksidia. Se reagoi monien epämetallien kanssa, mutta ei reagoi emästen kanssa. Neptunium muodostaa joitakin erikoisia yhdisteitä, kuten neptuniumdialuminidin (NpAl2) ja neptuniumtriberyllidin (NpBe3). Näiden erikoisuus on se, että näissä kaksi metallia muodostavat yhdisteen, joka ei ole lejeerinki. Neptuniumjauhe on pyroforista eli helposti syttyvää.
Neptuniumilla on useita hapetusasteita. Hapetusasteella +III neptunium on vesiliuoksessa violettia ja hapetusasteella +IV kellertävänvihreää. Hapetusasteella +V (NpO2+) neptunium on happoliuoksissa vihreää ja emäksisissä liuoksissa keltaista. Hapetusasteella +VI (NpO22+) se on vaaleanpunaista ja +VII vihreää. Tärkeimmät hapetusasteet ovat +IV ja +V. Hapettavassa ympäristössä neptunium on dioksokationina NpO2+, joka on veteen liukenevaa. Neptunium muodostaa oksidit Np3O8, Np2O5 ja NpO2. Korkeissa pH:issa neptunium muodostaa hydroksidin NpO2OH:n, joka ei liukene veteen.
Neptunium reagoi vedyn kanssa tuottaen hydridit NpH2 ja NpH3. Halideja tunnetaan useilla hapetusasteilla, tavallisimmin hapetusasteilla +III ja +IV. Neptunium muodostaa myös hyvin voimakkaat hapettimet NpF6 ja NpF5, joita voidaan valmistaa antamalla neptuniumtetrafluoridin (NpF4) reagoida fluorin kanssa.
Neptunium muodostaa useita erilaisia kompleksiyhdisteitä monilla eri hapetusasteilla. Hapetusluvulla +VII se muodostaa emäksisissä olosuhteissa sekä sähköllä hapettaen anionisen hydroksokompleksin [NpO4(OH)2]3-. Hapetusasteilla +VI ja +V hallitsevat spesiekset ovat oksokationit NpO22+ ja NpO2+, joka voidaan koordinoida esimerkiksi fluoridilla, joka stabiloi samalla oksokationin. Hapetusluvulla +IV neptuniumilla on paljon erilaisia kompleksiyhdisteitä, muun muassa nitraatin ja sulfaatin kanssa sekä joitakin kelaatteja. Hapetusluvulla +III neptunium muodostaa halidien kanssa komplekseja. Hapetusasteilla +VII, +VI ja +V tavallisia yhdisteitä ovat neptuniumfluoridikompleksit, joissa on kiinni jokin alkalimetalli, kuten natrium. Esimerkiksi hapetusluvulla +V neptunium muodostaa Na3NpF8.
Neptuniumilla tunnetaan joitakin organometalliyhdisteitä. Tavallisin ligandi on syklopentadieeni, jonka kanssa neptunium voi reagoida hapetusluvuilla +III ja +IV.
Haitallisuus.
Neptunium on haitallista ihmiselle sen radioaktiivisen luonteen takia. Elimistössä neptunium kertyy luustoon ja maksaan.
Isotoopit.
Neptuniumin kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia. Neptuniumilla on kaksi isotooppia, joiden puoliintumisajat ovat tuhansia vuosia: 236Np yli 10 000 vuotta ja 237Np yli 200 000 vuotta.
Lähde:
Historia.
Neptunium oli ensimmäinen löydetty transuraani. Sen löysivät Edwin McMillan ja Philip Abelson Berkeleyssä vuonna 1940. He pommittivat neutroneilla uraania, jolloin syntyi neptuniumia. Samaan aikaan Berliinissä Kurt Starke mahdollisesti valmisti neptuniumia kollegoidensa Fritz Strassmannin ja Otto Hahnin laboratoriossa, mutta he eivät julkaisseet tuloksia toisen maailmansodan takia vasta kuin vuonna 1942. Neptunium on nimetty Neptunus-planeetan mukaan. Se myös sijaitsee uraanin ja plutoniumin välissä jaksollisessa järjestelmässä samoin kuin Neptunus sijaitsee Uranuksen ja Pluton välissä.
Esiintyminen ja eristäminen.
Neptuniumia löytyy luonnosta hyvin pieniä määriä uraanimalmeista. Neptuniumia valmistetaan tavallisesti pommittamalla uraania neutroneilla syklotronilla. Neptuniumia syntyy ydinvoimaloissa, kun polttoaineena käytetään uraania.
 235U(n,γ) → 236U(n,γ) → 237Uβ- + 237Np
 235U(n,2n) → 237U → β- + 237Np
Neptuniumia eristetään yleensä ioninvaihdolla, uuttamalla tai kromatografisin menetelmin. Np(+IV) voidaan saostaa vesiliuoksista fluoridin avulla. Eristämisen hankaluus yleensä johtuu siitä, että neptuniumin konsentraatio on hyvin pieni suhteessa uraaniin. Uraani eristetään yleensä neptuniumista siten, että uraani on hapetusasteella +VI, sillä tällaisessa ympäristössä neptunium on hapetusasteella +IV.
Puhdasta metallista neptuniumia voidaan valmistaa antamalla neptuniumtrifluoridin reagoida kuuman (1 200 °C) bariumin tai litiumin kanssa.
Käyttö.
Neptuniumia on käytetty neutroni-ilmaisimissa eli mittalaitteissa, joiden tarkoituksena on ilmaista onko ympäristössä neutroneja. Pommittamalla neptuniumia neutroneilla voidaan valmistaa plutoniumia, jota käytetään muun muassa avaruusteknologiassa.