Neptun (pierwiastek)

Szablon:Wyróżnienie Szablon:Inne znaczenia Szablon:Pierwiastek infobox Neptun, (Np Szablon:Łac.) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców o liczbie atomowej 93. Jest radioaktywnym pierwiastkiem metalicznym, pierwszym przedstawicielem transuranowców. Jego najtrwalszym izotopem jest Szablon:Chem2 o czasie połowicznego rozpadu ok. 2 mln lat, powstający w kilogramowych ilościach jako produkt uboczny pracy reaktorów jądrowych, np. podczas produkcji plutonu. Bardzo małe ilości tego pierwiastka można znaleźć w rudach uranowych.

Historia

Układ okresowy pierwiastków w 1871 roku

W układzie okresowym pierwiastków opublikowanym w 1869 roku przez Dmitrija Mendelejewa brakowało grupy aktynowców. Najcięższym znanym pierwiastkiem był uran, umieszczony błędnie w VI grupie. Wraz z poznawaniem kolejnych pierwiastków wypełniających puste miejsca w układzie okresowym spodziewano się odkrycia pierwiastka cięższego od uranu. Przewidywania jego właściwości chemicznych były oparte na częściowo błędnym układzie okresowym, w którym tor był umieszczony poniżej hafnu, protaktyn poniżej tantalu, a uran poniżej wolframu. Pierwiastek o numerze 93, nazywany wstępnie eka-renem, powinien znajdować się w grupie manganowców i mieć właściwości chemiczne zbliżone do manganu lub renu. Z tego powodu próby wyizolowania pierwiastka 93 z minerałów były skazane na niepowodzenie, chociaż później w 1952 roku neptun został wykryty w śladowych ilościach w rudach uranu.

W 1934 roku Enrico Fermi ogłosił, że w wyniku bombardowania uranu neutronami i późniejszych rozpadów beta udało mu się otrzymać pierwiastek 93. W tym samym roku ukazała się praca Idy Noddack, w której zakwestionowała ona wyniki Fermiego z powodu nieuwzględnienia możliwości istnienia w próbce pierwiastków lżejszych od uranu, jednocześnie sugerując, że jądra atomowe mogą być rozbijane na kilka części, co historycznie miało większe znaczenie niż sam fakt obalenia odkrycia. Fakt rozpadu ciężkich jąder po przyłączeniu neutronu został potwierdzony w 1939 roku przez Lise Meitner.

Neptun został otrzymany ostatecznie przez Edwina McMillana i Philipa Abelsona w 1940 roku w amerykańskim Lawrence Berkeley National Laboratory na University of California w Berkeley. Zespół wyprodukował izotop neptunu Szablon:Chem2 o T_1/2 = 2,35 dnia poprzez bombardowanie uranu za pomocą powolnych neutronów:

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{8}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}{+}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}\mathrm{⟶}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}\mathrm{U}\underset{23min}{\overset{{\beta }^{-}}{\to }}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}\mathrm{N}\mathrm{p}\underset{2,355d}{\overset{{\beta }^{-}}{\to }}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}\mathrm{P}\mathrm{u}$

Jest to pierwszy otrzymany sztucznie transuranowiec, czyli pierwiastek cięższy od uranu. W układzie okresowym znajduje się bezpośrednio za uranem, co zainspirowało odkrywców do nazwania go „neptun”, przez analogię do Układu Słonecznego, gdzie planeta Neptun jest kolejną planetą po Uranie.

W roku 1942 Arthur Wahl i Glenn Seaborg otrzymali wspólnie Szablon:Chem2, który jest najtrwalszym izotopem neptunu, o okresie półtrwania wynoszącym 2,144 mln lat.

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{8}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}\underset{}{\overset{(n,2n)}{\to }}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}\mathrm{U}\underset{7d}{\overset{{\beta }^{-}}{\to }}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}\mathrm{N}\mathrm{p}\underset{2,144x10^{6}a}{\overset{\alpha }{\to }}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{3}}\mathrm{P}\mathrm{a}$

W roku 1950 poprzez bombardowanie deuteronami izotopów Szablon:Chem2, Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2 otrzymano izotopy neptunu Szablon:Chem2, Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2. Kolejne izotopy, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2, uzyskano w 1958 roku w wyniku bombardowania deuteronami wysoko wzbogaconego Szablon:Chem2.

Izotopy

Szablon:Osobny artykuł

Wszystkie 22 znane izotopy neptunu są promieniotwórcze. Spośród nich za stosunkowo stabilne uważa się trzy:

• Szablon:Chem2, T_1/2 = 396,1 dnia. W 99,99740% przypadków przekształca się w Szablon:Chem2 poprzez wychwyt elektronu, a w 0,00260% przypadków ulega rozpadowi alfa do protaktynu Szablon:Chem2.
• Szablon:Chem2, T_1/2 = 1,54Szablon:E lat. W 87,3% przypadków przekształca się w uran Szablon:Chem2 przez wychwyt elektronu, w 12,5% przypadków ulega rozpadowi beta do plutonu Szablon:Chem2, a w 0,16% przypadków w wyniku rozpadu alfa powstaje z niego protaktyn Szablon:Chem2.
• Szablon:Chem2, T_1/2 = 2,144Szablon:E lat. W wyniku rozpadu alfa powstaje z niego protaktyn Szablon:Chem2. Daje początek szeregowi neptunowemu rozpadów promieniotwórczych pierwiastków.

Występowanie w przyrodzie

Najtrwalszym izotopem neptunu jest Szablon:Chem2 o okresie półtrwania T_1/2 = 2,144 mln lat, co jest czasem bardzo krótkim w stosunku do wieku Ziemi wynoszącego ok. 4,5 mld lat. Z tej przyczyny pierwotny neptun z okresu powstawania Ziemi uległ praktycznie całkowitemu rozpadowi i nie występuje obecnie w skorupie ziemskiej. Śladowe ilości neptunu Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2 są znajdowane w przyrodzie jako produkty rozpadu pochodzące z reakcji jądrowych zachodzących w rudach uranu, np. w wyniku bombardowania Szablon:Chem2 neutronami powstałymi przy spontanicznym rozszczepieniu Szablon:Chem2. Maksymalny stosunek Szablon:Chem2 do uranu w jego rudach osiąga około 10⁻¹²:1. Podstawowym źródłem neptunu (podobnie jak innych transuranowców) w biosferze są wybuchy jądrowe w atmosferze. Szablon:Chem2 został wykryty w glebie w pobliżu miejsc testów broni jądrowej oraz w ściekach i osadach z elektrowni atomowych. Na podstawie analizy wyników dotyczących globalnego opadu promieniotwórczego oszacowano, że zostało wytworzone 2500 kg Szablon:Chem2, co jest porównywalne do masy wytworzonego tą samą drogą plutonu, tj. 4200 kg Szablon:Chem2 i 700 kg Szablon:Chem2. Zawartość Szablon:Chem2 na Ziemi wzrasta, co jest efektem wytworzenia i rozprzestrzenienia przez człowieka różnych krócej żyjących izotopów promieniotwórczych, ulegających przemianom jądrowym prowadzącym do neptunu, np.:

Szablon:Chem2 (T_1/2 = 14,4 lat) → Szablon:Chem2 (T_1/2 = 433 lat) → Szablon:Chem2 (T_1/2 = 2,1 mln lat)

Neptun w glebie

Zawartość neptunu w glebie jest bardzo niska. Stężenie Szablon:Chem2 w skażonym opadem promieniotwórczym obszarze jest mniejsze niż 1% stężenia Szablon:Chem2, co odpowiada promieniowaniu rzędu 10⁻¹⁶ Ci/g. Neptun najczęściej występuje w środowisku w postaci tlenku neptunu(IV) Szablon:Chem2, chociaż mogą być obecne także inne jego związki. Neptun ogólnie jest bardziej mobilny od innych transuranowców, takich jak pluton, ameryk czy kiur, i może przenikać wraz z sączącą się wodą do niższych warstw gleby. Neptun z łatwością przylega do cząstek gleby, co powoduje jego około 5-krotne zatężenie w stosunku do stężenia w wodzie międzywęzłowej gleby. Jeszcze większe stężenia neptunu mogą powstawać w glebach gliniastych. Stężenie neptunu w roślinach, z powodu łatwej przyswajalności, jest takie samo jak w glebie.

Otrzymywanie

Neptun jest najczęściej uzyskiwany ze zużytych prętów paliwa jądrowego jako produkt uboczny produkcji energii w reaktorach jądrowych. Z jednej tony zużytego paliwa otrzymuje się około 500 g neptunu, prawie wyłącznie izotopu Szablon:Chem2.

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{5}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}{+}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}\mathrm{⟶}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{6}}{\mathrm{U}}_{\mathrm{m}}\underset{120ns}{\overset{}{\to }}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{6}}\mathrm{U}\mathrm{+}\mathrm{\gamma }$

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{6}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}{+}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}\mathrm{⟶}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}\mathrm{U}\underset{6,75d}{\overset{{\beta }^{-}}{\to }}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}\mathrm{N}\mathrm{p}$

Neptun metaliczny można otrzymać poprzez redukcję fluorku neptunu(III) (NpF₃) parami baru lub litu w temperaturze 1200 °C:

2NpF₃ + 3Ba → 2 Np + 3BaF₂

W skali wielogramowej neptun został otrzymany przez redukcję NpF₃ nadmiarem wapnia, w obecności jodu jako katalizatora.

Właściwości fizyczne

Neptun jest srebrzystym metalem o gęstości około 20 g/cm³. Temperatura krytyczna wynosi 12 000 K. Poniżej temperatury topnienia przechodzi trzy przemiany alotropowe.

Alotropia neptunu

Odmiana	Temperatura przejścia	Gęstość (Temperatura)	Układ krystalograficzny	Grupa przestrzenna
α-Np	280 °C	20,48 g/cm³ (20 °C)	rombowy	Pnma
β-Np	577 °C	19,38 g/cm³ (313 °C)	tetragonalny	P4212
γ-Np	637 °C	18,08 g/cm³ (600 °C)	sześcienny	Im3m

Temperatura wrzenia neptunu nie jest znana empirycznie, a zwykle podawana wartość 4174 °C jest wynikiem ekstrapolowania prężności par pierwiastka. Jeśli jest to dokładne, dałoby to neptunowi największy temperaturowy zakres istnienia cieczy ze wszystkich pierwiastków (3535 K przechodzi między jego temperaturą topnienia i wrzenia)Szablon:Odn.

Masa krytyczna

Najwięcej badań nad masą krytyczną neptunu dotyczy izotopu Szablon:Chem2 ze względu na jego powstawanie jako produktu ubocznego pracy reaktorów jądrowych. Znajomość masy krytycznej jest istotna w związku z potencjalnymi zastosowaniami tego izotopu jako materiału rozszczepialnego w broni jądrowej. W zastosowaniach cywilnych znajomość masy krytycznej wykorzystywana jest do planowania bezpiecznego przechowywania odpadów promieniotwórczych zawierających neptun. Ilość neptunu umieszczanego w zbiorniku do przechowywania nie może być zbliżona do masy krytycznej. Istnieją także określone regulacje dotyczące maksymalnej zawartości danego izotopu podczas transportu. W doświadczeniach z próbkami o masie do 6 kg określono, że masa krytyczna neptunu-237 nieotoczonego reflektorem leży w okolicach 60 kg. Przeprowadzone analizy wykazały, że masa krytyczna nieosłoniętego reflektorem neptunu-237 mieści się, zależnie od użytego modelu obliczeń, w zakresie 63–81,9 kg, dla otoczonego wodą – 57,5–75,4 kg, a stalą – 38,6–50  kg.

Właściwości chemiczne

Barwy roztworów związków neptunu na różnych stopniach utlenienia

Neptun tworzy szereg związków, w których może istnieć na stopniach utlenienia od III do VII. Wodne roztwory związków neptunu przybierają charakterystyczne dla danego stopnia utlenienia barwy:

• Szablon:Chem2 – ciemny fiolet
• Szablon:Chem2 – żółty
• Szablon:Chem2 – zielony
• Szablon:Chem2 – różowy
• Szablon:Chem2 – ciemna zieleń

Neptun jest pierwiastkiem reaktywnym. Metaliczny neptun w temperaturze 20 °C powoli pokrywa się warstewką tlenku Szablon:Chem2, a w podwyższonej temperaturze zachodzi szybkie utlenianie powierzchni metalu, szczególnie w wilgotnej atmosferze. Wodór reaguje z neptunem przy stosunkowo niskiej temperaturze tworząc wodorek. Po podgrzaniu neptun reaguje z fluorowcami, fosforem i siarką. W temperaturze pokojowej łatwo rozpuszcza się w kwasie solnym, a w podwyższonych temperaturach również w [[Kwas siarkowy|Szablon:Chem2]]. Neptun tworzy związki międzymetaliczne z uranem, plutonem, glinem, borem, kadmem, irydem, palladem i rodem.

Związki chemiczne neptunu

Wodorki

W wyniku reakcji neptunu z wodorem otrzymuje się wodorki. Otrzymano i opisano dwa wodorki neptunu, niestechiometryczny Szablon:Chem2 (x = 0–0,7) i Szablon:Chem2. Ustalono, że Szablon:Chem2 ma strukturę regularną, ściennie centrowaną (fcc). Dla Szablon:Chem2 potwierdzono strukturę heksagonalną. Zmierzone gęstości wodorków neptunu wynoszą 10,4 g/cm³ dla Szablon:Chem2 i 9,64 g/cm³ dla Szablon:Chem2. Pojemność cieplna wodorków neptunu nie jest znana, jednak dla Szablon:Chem2 oszacowano, że C_p w temperaturze 25 °C wynosi 47,279 J/(mol·K).

Właściwości chemiczne wodorków neptunu są słabo opisane. Znany jest fakt rozkładu wodorku neptunu w próżni, powyżej temperatury 300 °C, z utworzeniem bardzo drobnego, pierwiastkowego neptunu wykazującego właściwości piroforyczne.

Tlenki

Pomimo występowania neptunu na pięciu stopniach utlenienia, pierwiastek ten tworzy tylko dwa trwałe bezwodne tlenki: Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2; znany jest też nietrwały Szablon:Chem2.

Tlenek neptunu(III), Szablon:Chem2

Tworzenie się tlenku neptunu(III) zostało zaobserwowane za pomocą spektroskopii fotoelektronów. Szablon:Chem2 tworzy się jako produkt pośredni w powolnym utlenianiu świeżych powierzchni metalicznego neptunu.

Tlenek neptunu(IV), Szablon:Chem2

Szablon:Chem2 jest otrzymywany w wyniku termicznego rozkładu związków neptunu na wszystkich jego stopniach utlenienia. Występuje w postaci drobnego, ciemnobrązowego proszku. Ma strukturę krystaliczną regularną ściennie centrowaną (fcc). Krystalizacji Szablon:Chem2 można dokonać na drodze elektrochemicznej, za pomocą reakcji transportu chemicznego z użyciem Szablon:Chem2 lub w wyniku korozji metalicznego neptunu domieszkowanego Szablon:Chem2.

Szablon:Chem2 jest trwały w szerokim zakresie temperatur i ciśnień. Związek ulega przejściu fazowemu z układu regularnego ściennie centrowanego w układ rombowy w zakresie ciśnień 33–37 GPa (ok. 325–365 tysięcy atm), a po obniżeniu ciśnienia tlenek wraca do swojej pierwotnej struktury krystalicznej. Związek jest trwały w obecności tlenu do ciśnienia rzędu 2,84 MPa (28 atm) i temperatury 364 °C. Tlenek neptunu(IV) jest stosowany do wytwarzania Szablon:Chem2, używanego w misjach NASA. Szablon:Chem2 jest także strącany z roztworów zawierających jony neptunu w celu dalszego przetwarzania i transportu.

Tlenek neptunu(V), Szablon:Chem2

Szablon:Chem2 ma postać brązowego proszku o jednoskośnej strukturze krystalicznej. W stosunku do tlenku neptunu(IV) jest dosyć nietrwały, rozkłada się na [[tlen|Szablon:Chem2]] i Szablon:Chem2 w zakresie temperatur 420–700 °C.

Istnieje kilka metod otrzymywania Szablon:Chem2. Do jednej z wcześniejszych należy barbotaż ozonu przez roztwór roztopionego nadchloranu litu (Szablon:Chem2) zawierającego jony Szablon:Chem2, w wyniku czego strąca się Szablon:Chem2. Stosuje się też rozkład termiczny tlenków uwodnionych, Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2.

Wodorotlenki

Wodorotlenek neptunu(III), Szablon:Chem2

Szablon:Chem2 jest słabo poznany ze względu na łatwość, z jaką utlenia się do Np(IV), np. pod wpływem powietrza. Przypuszcza się, że jego rozpuszczalność znajduje się w zakresie wartości między rozpuszczalnością wodorotlenku uranu(III), a wodorotlenku plutonu(III):

U(III) > Np(III) > Pu(III) > Am(III) > Cm(III)

Uwodniony tlenek neptunu(IV) i wodorotlenek neptunu(IV), Szablon:Chem2

W środowisku naukowym nie ma zgodności co do istnienia stabilnych uwodnionych tlenków neptunu(IV). Niektórzy badacze uważają, że uwodniony Szablon:Chem2 jest produktem fizycznej absorpcji wody, według innych jest to stabilny związek Szablon:Chem2. Wodorotlenek neptunu(IV) może powstawać w wyniku rozpuszczania tlenku neptunu(IV) lub hydrolizy jego rozpuszczalnych związków:

Szablon:Chem2

Szablon:Chem2

Wodorotlenek neptunu(V), Szablon:Chem2

Wodorotlenek ten budzi zainteresowanie m.in. z powodu jego obecności w odpadach promieniotwórczych. Szablon:Chem2 otrzymuje się poprzez dodanie wody amoniakalnej i NaOH lub LiOH do lekko kwasowych lub zasadowych roztworów zawierających jony Np(V). Świeżo przygotowany Szablon:Chem2 ma kolor zielony i strukturę amorficzną. W 1 M roztworze [[Nadchloran sodu|Szablon:Chem2]] produkt ten stopniowo ulega starzeniu, tworząc słabiej rozpuszczalny szarobiały osad. Wobec niższych (0,1 M) stężeń Szablon:Chem2 proces starzenia nie występuje nawet w ciągu kilku miesięcy, zaś wobec 3 M Szablon:Chem2 osad dojrzały powstaje natychmiast.

Wodorotlenek neptunu(VI), Szablon:Chem2

Tlenki uwodnione i wodorotlenki neptunu(VI) nie są do końca poznane i konieczne są dalsze badania by potwierdzić, które z syntetyzowanych związków neptunu(VI) są stabilne. Za wzór sumaryczny wodorotlenku neptunu(VI) przyjmuje się na ogół Szablon:Chem2.

Zestawienie propozycji wzoru wodorotlenku neptunu(VI)

Wzór	Metoda otrzymywania	Autor (data)
Szablon:Chem2	utlenianie Np(V) w roztopionym eutektycznym Szablon:Chem2/Szablon:Chem2 za pomocą ozonu	Cohen (1963)
Szablon:Chem2, Szablon:Chem2	dodatek ozonu do wodnych roztworów wodorotlenku neptunu(V)	Bagnal (1964), Belyaev (1975)
Szablon:Chem2	barbotaż ozonu przez wodny roztwór Szablon:Chem2, pH 5, t=90 °C	Belyaev (1979)
Szablon:Chem2	strącanie z roztworu Szablon:Chem2 za pomocą pirydyny	Saito (1999)
Szablon:Chem2	strącanie z roztworu Szablon:Chem2 za pomocą wody amoniakalnej i LiOH	Saito (1999)

Wodorotlenek neptunu(VII)

Wodorotlenek neptunu(VII) został otrzymany na drodze strącania z kwaśnego roztworu zawierającego jony Np(VII) poprzez dodawanie NaOH lub LiOH do osiągnięcia pH 10. W wyniku tych doświadczeń ustalono wzór wodorotlenku jako Szablon:Chem2. Inne badania oparte na miareczkowaniu wskazują, że związek zawiera tylko jedną grupę wodorotlenkową i ma on wzór Szablon:Chem2. Wodorotlenek neptunu(VII) ma charakter kwasowy i z zasadami tworzy sole, neptuniany, np. neptunian amonu Szablon:Chem2.

Halogenki neptunu

Fluorki

Znane są cztery fluorki neptunu: Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2.

Fluorki neptunu(III) i (IV) mogą być otrzymane na drodze reakcji:

Szablon:Chem2   (500 °C)

Szablon:Chem2   (500 °C)

Czterowartościowy fluorek może być przygotowany także poprzez bezpośrednią reakcję tlenku neptunu(IV) z fluorowodorem:

Szablon:Chem2

Szablon:Chem2 otrzymuje się w reakcji Szablon:Chem2 z LiF i [[Trifluorek boru|Szablon:Chem2]]. W wyniku reakcji Szablon:Chem2 z CO pod wpływem światła powstaje biały proszek będący prawdopodobnie mieszaniną Szablon:Chem2 z inną, niezidentyfikowaną substancją.

Szablon:Chem2 jest pomarańczowym ciałem stałym o temperaturze topnienia 54,8 °C. Jest związkiem bardzo reaktywnym. Ze względu na swoją lotność może potencjalnie mieć zastosowanie w procesach odzysku neptunu ze zużytego paliwa jądrowego. Jak wszystkie lotne związki promieniotwórcze, stwarza zagrożenie radiologiczne i chemiczne. Spośród znanych metod otrzymywania Szablon:Chem2 należy wymienić następujące:

Metody otrzymywania Szablon:Chem2

Reakcja otrzymywania	Autor (data)
Szablon:Chem2 w wysokiej temperaturze	Florin (1943)
Nakraplanie ciekłego fluoru na rozgrzany Szablon:Chem2	Malm (1959)
Szablon:Chem2 lub Szablon:Chem2	Trevorrow (1968)
Szablon:Chem2 w temp −60 °C	Peacock (1976)
Szablon:Chem2 z tlenkami i fluorkami neptunu	Eller (1998)

Reakcje [[difluorek ditlenu|Szablon:Chem2]] z tlenkiem i fluorkiem neptunu(VI) przebiegają następująco:

Szablon:Chem2

Szablon:Chem2

Budowa krystaliczna fluorków neptunu

Fluorek	Układ krystalograficzny	Barwa
Szablon:Chem2	trygonalny	purpurowy
Szablon:Chem2	jednoskośny	zielony
Szablon:Chem2	tetragonalny	biało-niebieski
Szablon:Chem2	rombowy	pomarańczowy

Fluorkowe kompleksy neptunu

Neptun(IV) (V) (VI) i (VII) tworzy liczne kompleksy fluorkowe. Dobrze zbadane są tego typu związki neptunu(IV) z Li, Na, K, Rb, [[Amoniak|Szablon:Chem2]], Ca, Sr, Ba. Do poznanych kompleksów fluorkowych neptunu(V) należą Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2. Można je otrzymać przez redukcję Szablon:Chem2 fluorkami metali alkalicznych lub fluorowanie mieszaniny związków neptunu(IV) i fluorków jednowartościowych.

Neptun tworzy również tlenofluorki: Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2.

Pozostałe halogenki neptunu

Poza fluorkami znane są halogenki neptunu(III) i (IV). Szablon:Chem2 otrzymuje się poprzez:

• redukcję Szablon:Chem2 mieszaniną Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2 w temperaturze ok. 400 °C
• redukcję Szablon:Chem2 nadmiarem cynku
• redukcję roztworów zawierających neptun na wyższych stopniach utlenienia

Tetrachlorek neptunu, Szablon:Chem2, można otrzymać poprzez reakcję szczawianu neptunu lub Szablon:Chem2 z [[Tetrachlorometan|Szablon:Chem2]] w temperaturze około 500 °C lub reakcję Szablon:Chem2 z heksachloropropenem (Szablon:Chem2). Związek ten oczyszcza się przez sublimację; z fazy gazowej kondensuje on jako ciemnoczerwony lub pomarańczowy osad o temperaturze topnienia 530 °C.
Wyższych chlorków neptunu nie udało się otrzymać.

Szablon:Osobny artykuł Metody otrzymywania [[bromek neptunu(IV)|Szablon:Chem2]]:

• Szablon:Chem2
• bezpośrednia reakcja metalicznego neptunu z bromem

Szablon:Chem2 otrzymuje się poprzez redukcję Szablon:Chem2 nadmiarem cynku.

Metody otrzymywania Szablon:Chem2:

• reakcja Szablon:Chem2 z Szablon:Chem2 w temperaturze 500 °C
• bezpośrednia reakcja metalicznego neptunu z nadmiarem jodu

Znane tlenohalogenki neptunu to Szablon:Chem2, NpOCl i NpOI. Neptun na stopniach utlenienia (III)–(VI) tworzy halogenkowe kompleksy z litowcami, metalami ziem rzadkich (Ca, Sr, Ba, Ra) i amoniakiem.

Pozostałe proste związki neptunu

Chalkogenki

Znanymi siarczkami i tlenosiarczkami neptunu są NpS, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, NpOS, Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2.

Znanymi selenkami i tlenoselenkami neptunu są NpSe, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, NpOSe i Szablon:Chem2. Znane tellurki i tlenotellurki neptunu to NpTe, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2.

Związki z azotowcami

Azotek neptunu(III), NpN, otrzymuje się w reakcjach wodorków neptunu z azotem w temperaturach powyżej 300 °C. Fosforek neptunu(III), NpP, otrzymuje się przez przekształcenie metalicznego neptunu w postać proszku poprzez nawodorowanie i późniejsze odwodornienie, a następnie poddanie działaniu fosforowodoru, Szablon:Chem2, w temperaturze 350 °C. Szablon:Chem2 otrzymuje się w reakcji czerwonego fosforu z metalicznym neptunem w temperaturze 740 °C. Szablon:Chem2 i NpAs otrzymuje się poprzez reakcje par arsenu z metalicznym neptunem. Szablon:Chem2 i Szablon:Chem2 otrzymano w wyniku reakcji transportu chemicznego z użyciem jodu. NpSb i Szablon:Chem2 zostały otrzymane poprzez wygrzewanie obu metali w temperaturze topnienia antymonu. NpBi otrzymano między innymi za pomocą krystalizacji monokryształów ze stanu stałego.

Węgliki

Otrzymane zostały następujące węgliki neptunu: NpC, Szablon:Chem2, Szablon:Chem2.

Związki organiczne

Przykładowe związki organiczne neptunu to zielony, trudnorozpuszczalny szczawian neptunu(IV), występujący jako sól sześciowodna Szablon:Chem2, oraz różowy octan neptunylu(VI) sodu o wzorze Szablon:Chem2, analogiczny do związku uranylu Szablon:Chem2.

Zastosowania

Prekursor w produkcji plutonu

Szablon:Chem2 pod wpływem napromieniowywania neutronami przekształca się w Szablon:Chem2, który ulega rozpadowi beta do [[pluton (pierwiastek)|Szablon:Chem2]]:

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}{+}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}\mathrm{⟶}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{8}}\mathrm{N}\mathrm{p}\underset{2,117d}{\overset{{\beta }^{-}}{\to }}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{8}}\mathrm{P}\mathrm{u}$

Proces ten jest wykorzystywany do produkcji Szablon:Chem2, który znajduje zastosowanie głównie w generatorach termoelektrycznych. Teoretycznie źródłem ²³⁸Pu mogłoby być zużyte paliwo jądrowe, jednak wymagałoby to żmudnego procesu oddzielenia go od innych izotopów plutonu.

Materiał rozszczepialny

Neptun należy do materiałów rozszczepialnych, stąd też teoretycznie może być używany jako paliwo do reaktorów prędkich lub w broni jądrowej. Z tego powodu od 1999 roku Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej monitoruje produkcję i badania nad czystym neptunem. Do 2003 roku, globalna produkcja neptunu Szablon:Chem2 w cywilnych reaktorach jądrowych wyniosła 54 000 kg, co wystarczyłoby do uzyskania około 1000 mas krytycznych tego izotopu.

Radiochemia

W radiochemii Szablon:Chem2 jest wykorzystywany do konstrukcji detektorów neutronów wysokoenergetycznych o energiach rzędu MeV.

Badanie nadprzewodnictwa

Związki zawierające neptun oraz pluton znajdują zastosowanie w badaniach dotyczących nadprzewodnictwa. Mimo że pierwiastki z elektronami podpowłoki f wykazują niższe temperatury nadprzewodnictwa, to w stosunku do związków zawierających pierwiastki d-elektronowe, łatwiej jest takie związki otrzymać i zrozumieć zachodzące w nich zjawisko nadprzewodnictwa.

Zagrożenia dla ludzi

Neptun może dostać się do ciała człowieka poprzez jedzenie, wodę lub, co jest mniej prawdopodobne, poprzez oddychanie, np. jako składnik kurzu. Dawka pochłonięta w wyniku spożycia lub inhalacji jest wydzielana prawie w całości z ciała człowieka w ciągu kilku dni. Do krwiobiegu przedostaje się ok. 0,05% pochłoniętej ilości neptunu. Połowa tej ilości odkłada się w szkielecie, około 10% w wątrobie, około 5% w pozostałych tkankach miękkich, a reszta stopniowo wydalana jest z moczem. Biologiczny okres półtrwania dla szkieletu i wątroby wynosi odpowiednio 50 i 20 lat. Ilość dawki pochłoniętej przez szkielet i wątrobę zależy od wieku organizmu, przy czym ułamek dawki pochłoniętej przez wątrobę zwiększa się wraz z wiekiem. Neptun w szkielecie odkłada się na powierzchni kości i z czasem przenika w głąb tkanki kostnej. Oprócz zagrożenia spowodowanego pochłonięciem dawki, istnieje zagrożenie spowodowane promieniowaniem gamma emitowanym przez neptun-236 i neptun-237 oraz produkt jego rozpadu, protaktyn-233. Głównym zagrożeniem dla zdrowia człowieka jest nowotwór złośliwy, który może być spowodowany przez promieniowanie emitowane przez neptun odłożony na powierzchni kości lub w wątrobie.

Odpady zawierające neptun

Szwedzka kapsuła KBS-3 na odpady promieniotwórcze.

Neptun, jak i inne pierwiastki promieniotwórcze wchodzące w skład odpadów powstających ze zużytego paliwa jądrowego, może być powtórnie przetwarzany, m.in. z wykorzystaniem procesu PUREX, lub zabezpieczany i trwale składowany. Przetwarzanie odpadów zawierających neptun może polegać na neutralizacji kwaśnego wodnego roztworu za pomocą NaOH, w wyniku czego powstaje szlam zawierający pewne ilości związków neptunu. Stężenie neptunu w szlamie zależy od pochodzenia odpadów i konkretnej metody przetwarzania. Gdy stężenie neptunu w odpadach jest na tyle wysokie, by jego odzyskanie miało sens praktyczny i ekonomiczny, neptun poddaje się oczyszczeniu, a następnie przetworzeniu w pluton-238 lub uran.

Jednym ze sposobów usuwania odpadów promieniotwórczych jest składowanie ich w głębokich warstwach geologicznych, na głębokości od kilkudziesięciu do wieluset metrów, w zależności od terenu i rodzaju składowanych odpadów. Jest to najczęściej stosowana metoda w przypadku składowania odpadów o dużej promieniotwórczości. Mimo że odpady takie zawierają zazwyczaj niewielkie ilości neptunu, to jego ilość wzrasta wraz z upływem czasu na skutek rozpadu α ameryku-241 o T_1/2 = 432,7 lat. Ze względu na długi okres półtrwania neptunu-237 wynoszący ok. 2 mln lat, wysoką radiotoksyczność, stosunkowo dobrą rozpuszczalność w wodzie, ruchliwość oraz niską sorpcję na skałach, w planowaniu potencjalnych metod i miejsc składowania należy wziąć pod uwagę możliwość przedostania się neptunu do warstw geologicznych. Lokalizacja miejsca składowania odpadów promieniotwórczych powinna charakteryzować się nikłym zagrożeniem uszkodzenia składowiska przez aktywność sejsmiczną lub wody gruntowe i minimalizacją zagrożenia przedostania się odpadów do wód podziemnych w przypadku uszkodzenia składowiska.

Bibliografia

• Szablon:Cytuj
• Szablon:Cytuj książkę
• Szablon:Cytuj książkę
• Szablon:Cytuj książkę
• Szablon:Cytuj książkę
• Szablon:Cytuj książkę