Neptunium
Tätä artikkelia on ehdotettu lupaavaksi artikkeliksi. Lupaava artikkeli -laatumerkinnän on tarkoitus kertoa, että yhteisön mielestä artikkeli sisältää selkeät perustiedot aiheestaan ja on muutenkin kunnossa. Artikkelin keskustelusivulla voit ottaa asiaan kantaa.
|
| |||||
Yleistä | |||||
Nimi | Neptunium | ||||
Tunnus | Np | ||||
Järjestysluku | 93 | ||||
Luokka | aktinoidi | ||||
Lohko | f-lohko | ||||
Ryhmä | - | ||||
Jakso | 7 | ||||
Tiheys | 20,45[1] · 103 kg/m3 | ||||
Väri | hopeisen metallinen | ||||
Löytövuosi, löytäjä | 1940, Edwin McMillan ja Philip H. Abelson | ||||
Atomiominaisuudet | |||||
Atomipaino (Ar) | 237.0482[2] | ||||
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) | 155[3] pm | ||||
Kovalenttisäde | 190[3] pm | ||||
Van der Waalsin säde | 221[3] pm | ||||
Orbitaalirakenne | [Rn] 5f4 6d1 7s2 | ||||
Elektroneja elektronikuorilla | 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2 | ||||
Hapetusluvut | +VI, +V, +IV, +III | ||||
Kiderakenne | Ortorombinen, kuutiollinen tai tetragonaalinen | ||||
Fysikaaliset ominaisuudet | |||||
Olomuoto | kiinteä | ||||
Sulamispiste | 913 K (640[2] °C) | ||||
Kiehumispiste | 4 175 K (3 902[2] °C) | ||||
Moolitilavuus | 11,59[2] · 10−3 m3/mol | ||||
Höyrystymislämpö | 335[1] kJ/mol | ||||
Sulamislämpö | 10[1] kJ/mol | ||||
Muuta | |||||
Elektronegatiivisuus | 1,36[1] (Paulingin asteikko) | ||||
Ominaislämpökapasiteetti | luotettavaa dataa ei saatavissa kJ/(kg K) | ||||
Sähkönjohtavuus | 8,3 • 105[1] S/m | ||||
Lämmönjohtavuus | 6[1] W/(m·K) | ||||
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa |
Neptunium (lat. 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
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e5/Neptunium2.jpg/250px-Neptunium2.jpg)
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 lämpötilassa se on beta-muodossa, jolloin sen kiderakenne on tetraedrinen. Yli 577 °C neptunium on gamma-muodossaan ja sen kiderakenne on kuutiollinen.[4][5]
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 neptuniumberyllidin (NpBe3). Näiden erikoisuus on se, että näissä kaksi metallia muodostavat yhdisteen, joka ei ole lejeerinki. Neptunium-jauhe on pyroforista eli syttyy helposti.[5][6]
Neptuniumilla on useita hapetusasteita. Hapetusasteella +III neptunium on vesiliuoksessa violettia, hapetuasteella +IV kellertävän vihreää, +V (NpO2+) on happoliuoksissa vihreää ja emäksisissä liuoksissa keltaista, + VI (NpO22+) 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 NpO2OH:n, joka ei liukene veteen.[4][2][7][8]
Neptunium muodostaa hydridit NpH2 ja NpH3. Neptunium muodostaa yhdisteitä muun muassa halidien kanssa tavallisesti hapetusluvuilla +III, +IV. Neptunium muodostaa myös hyvin voimakkaat hapettimet NpF6 ja NpF5, joita voidaan valmistaa antamalla NpF4 reagoida fluorin kanssa.[2][9]
Neptunium muodostaa monilla eri hapetusasteilla kompleksiyhdisteitä. Hapetusluvulla +VII neptunium muodostaa emäksisissä olosuhteissa sekä sähköllä hapettaen [NpO4(OH)2]3-. Hapetusasteilla +VI ja +V hallitsevat spesiekset ovat oksokationit on NpO22+ ja NpO2+, joka voidaan koordinoida esimerkiksi fluoridilla, joka stabiloi samalla oksokationin. Hapetusluvulla +IV neptunium muodostaa useampia komplekseja muun muassa nitraatin ja sulfaatin kanssa sekä joitakin kelaatteja. Hapetusluvulla +III neptunium muodostaa halidien kanssa komplekseja. Hapetusasteilla +VII, +VI ja +V tavallisia yhdisteitä ovat neptuniumfluoridi-kompleksit, joissa on kiinni jokin alkalimetalli, kuten natrium. Esimerkiksi hapetusluvulla +V neptunium muodostaa Na3NpF8.[10]
Neptunium muodostaa joitakin organometalliyhdisteitä. Tavallisin ligandi on syklopentadieeni, jonka kanssa neptunium muodostaa yhdisteet hapetusluvuilla +III ja +IV.[11]
Haitallisuus
Neptunium on haitallista ihmiselle johtuen sen radioaktiivisesta luonteesta. Elimistössä neptunium kertyy luustoon ja maksaan.[2][4]
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.
|
|
Historia
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/53/%2260-inch_cyclotron_at_the_University_of_California_Lawrence_Radiation_Laboratory%2C_Berkeley%22_-_NARA_-_558594.tif/lossy-page1-200px-%2260-inch_cyclotron_at_the_University_of_California_Lawrence_Radiation_Laboratory%2C_Berkeley%22_-_NARA_-_558594.tif.jpg)
Neptunium oli ensimmäinen löydetty transuraani. Neptuniumin löysivät Edwin McMillan ja Philip Abelson Berkeleyssä vuonna 1940. Samaan aikaan Berliinissä K. Starke onnistui myös valmistaa neptuniumia. Hän tutki kollegoidensa Fritz Strassmannin ja Otto Hahnin kanssa neptuniumin ominaisuuksia, mutta eivät julkaiseet niitä toisen maailmansodan takia vasta kuin vuonna 1942. He pommittivat neutroneilla uraania, jolloin syntyi neptuniumia. Neptunium on nimetty Neptunus-planeetan mukaan. Se myös sijaitsee uraanin ja plutoniumin välissä jaksollisessa järjestelmässä samoin kuin Neptunus sijaitsee Uranuksen ja Pluton välissä.[13][14][15]
Esiintyminen ja eristäminen
Neptuniumia löytyy luonnosta hyvin pieni määrä uraanimalmeista. Neptuniumia valmistetaan tavallisesti pommittamalla uraania neutroneilla syklotronilla. Neptuniumia syntyy ydinvoimaloissa, kun polttoaineena käytetään uraania.[16][14][4]
Neptuniumia eristetään yleensä ioninvaihdon, uuttamisen 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 tälläisessä ympäristössä neptunium on hapetusasteella +IV.
Puhdasta metallista neptuniumia voidaan valmistaa antamalla neptuniumtrifluoridin reagoida kuuman (1 200 °C) bariumin tai litiumin kanssa.[5][2]
Käyttö
Neptuniumia on käytetty neutroni-ilmaisimissa eli mittalaitteissa, joiden tarkoituksena on ilmaista onko ympäristössä neutroneja. Neptuniumista voidaan valmistaa plutoniumia, jota käytetään muun muassa avaruusteknologiassa, pommittamalla sitä neutroneilla.[13][4]
Lähteet
- Jukka Lehto & Xiaolin Hou: Chemistry and Analysis of Radionuclides. Weinheim: Wiley-VCH, 2011. ISBN 978-3-528-32658-7. (englanniksi)
- N. N. Greenwood & A. Earnshaw: Chemistry of the Elements. Oxford: Elsevier Ltd, 1997. ISBN 978-0-7506-3365-9. (englanniksi)
Viitteet
- ↑ a b c d e f Technical data - Neptunium periodictable.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
- ↑ a b c d e f g h Neptunium 3rd1000.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
- ↑ a b c d Neptunium americanelements.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
- ↑ a b c d e Neptunium chemicool.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
- ↑ a b c Neptunium, Chemical Element chemistryexplained.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
- ↑ Greenwood & Earnshaw s. 1264
- ↑ Lehto & Hou s. 278-279
- ↑ Greenwood & Earnshaw s. 1267
- ↑ Greenwood & Earnshaw s. 1267-1270
- ↑ Greenwood & Earnshaw s. 1273-1278
- ↑ Greenwood & Earnshaw s. 1278-1279
- ↑ Isotopes of Neptunium (Z=93) Berkeley Laboratory. Viitattu 4.8.2015.
- ↑ a b Marko Hamilo: Neptunium oli ensimmäinen transuraani Helsingin Sanomat. 11. lokakuuta 2005. Viitattu 4.8.2015.
- ↑ a b Neptunium infoplease.com. Viitattu 4.8.2015. (englanniksi)
- ↑ Siegfried Engels & Alois Nowak (suom. Jouko Koskikallio): Kemian Keksintöjä - Alkuaineiden Löytöhistoria, s. 252. Jyväskylä: Gummerus Kirjapaino Oy, 1983. ISBN 952-903976-x.
- ↑ a b c Lehto & Hou s. 277