„Neptunium“ – Versionsunterschied

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== Geschichte ==
== Geschichte ==
[[Ida Noddack-Tacke|Ida Noddack]] äußert sich im Mai 1934 über die Lücken im Periodensystem und führt am Schluss der Arbeit die Möglichkeit der Entdeckung von Transuranen auf.<ref>Ida Noddack: "Das Periodische System der Elemente und seine Lücken", in: ''[[Angewandte Chemie (Zeitschrift)|Angewandte Chemie]]'' '''1934''', ''47&nbsp;(20)'', 301–305; {{DOI|10.1002/ange.19340472002}}.</ref> Wenige Wochen später veröffentlicht [[Enrico Fermi]] drei Arbeiten.<ref>E. Fermi: "Radioactivity Induced by Neutron Bombardment", in: ''[[Nature]]'' '''1934''', ''133'', 757–757; {{DOI|10.1038/133757a0}}.</ref><ref>E. Fermi: "Element No. 93", in: ''[[Nature]]'' '''1934''', ''133'', 863–864; {{DOI|10.1038/133863e0}}.</ref><ref>E. Fermi: "Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92", in: ''[[Nature]]'' '''1934''', ''133'', 898–899; {{DOI|10.1038/133898a0}}.</ref> Ida Noddack setzt sich im September 1934 kritisch mit der vermeintlichen Entdeckung des Elements 93 durch Enrico Fermi auseinander. Dabei nimmt sie u.&nbsp;a. die Entdeckung der neutroneninduzierten Kernspaltung vorweg und äußert damit die Vermutung einer Kernspaltung: „''Es wäre denkbar, daß bei der Beschießung schwerer Kerne mit Neutronen diese Kerne in mehrere <u>größere</u> Bruchstücke zerfallen, die zwar Isotope bekannter Elemente, aber nicht Nachbarn der bestrahlten Elemente sind''“<ref>Ida Noddack: "Über das Element 93", in: ''[[Angewandte Chemie (Zeitschrift)|Angewandte Chemie]]'' '''1934''', ''47&nbsp;(37)'', 653–655; {{DOI|10.1002/ange.19340473707}}.</ref>

Neptunium wurde 1940 von [[Edwin Mattison McMillan|E.&nbsp;M.&nbsp;McMillan]] und [[Philip Hauge Abelson|P.&nbsp;H.&nbsp;Abelson]] bei der Beschießung von Uran mit Neutronen erstmals synthetisiert.<ref name="EL93">E. McMillan, P. H. Abelson: "Radioactive Element 93", in: ''[[Physical Review]]'' '''1940''', ''57'', 1185–1186; {{DOI|10.1103/PhysRev.57.1185.2}}.</ref>
Neptunium wurde 1940 von [[Edwin Mattison McMillan|E.&nbsp;M.&nbsp;McMillan]] und [[Philip Hauge Abelson|P.&nbsp;H.&nbsp;Abelson]] bei der Beschießung von Uran mit Neutronen erstmals synthetisiert.<ref name="EL93">E. McMillan, P. H. Abelson: "Radioactive Element 93", in: ''[[Physical Review]]'' '''1940''', ''57'', 1185–1186; {{DOI|10.1103/PhysRev.57.1185.2}}.</ref>


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== Literatur ==
== Literatur ==
* [[Ida Noddack-Tacke|Ida Noddack]]: "Über das Element 93", in: ''[[Angewandte Chemie (Zeitschrift)|Angewandte Chemie]]'' '''1934''', ''47'', 653–655.
* Harry H. Binder: ''Lexikon der chemischen Elemente'', S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3, S.&nbsp;413–419.
* Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: ''Chemie der Elemente'', 1. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9.
* Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: ''Chemie der Elemente'', 1. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9.
* Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: ''Lehrbuch der Anorganischen Chemie'', 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
* Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: ''Lehrbuch der Anorganischen Chemie'', 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
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== Weblinks ==
== Weblinks ==
* {{Wiktionary|Neptunium}}
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* [http://www.chemie-master.de/pse/pse.php?modul=Np Neptunium-Metall und Oxidationsstufen (Fotos, Periodensystem für den Schulgebrauch)]
* [http://www.chemie-master.de/pse/pse.php?modul=Np Neptunium-Metall und Oxidationsstufen (Fotos, Periodensystem für den Schulgebrauch)]
* [http://www.ead.anl.gov/pub/doc/neptunium.pdf Neptunium: Human Health Fact Sheet] ''(engl.)'' (PDF-Datei; 39 kB)
* [http://www.ead.anl.gov/pub/doc/neptunium.pdf Neptunium: Human Health Fact Sheet] ''(engl.)'' (PDF-Datei; 39 kB)

Version vom 12. Juli 2009, 12:41 Uhr

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Neptunium, Np, 93
Elementkategorie
Gruppe, Periode, Block Ac, 7, f
Aussehen silbrig
CAS-Nummer

7439-99-8

Massenanteil an der Erdhülle 4 · 10-14 ppm[1]
Atomar[2]
Atommasse 237,0482 u
Atomradius (α-Np) 130 pm
Elektronenkonfiguration [Rn] 5f4 6d1 7s2
1. Ionisierungsenergie 604,5
Physikalisch[2]
Aggregatzustand fest
Modifikationen 3
Kristallstruktur orthorhombisch,
tetragonal und kubisch
Dichte 20,45 g/cm3
Schmelzpunkt 912 K (639[3] °C)
Siedepunkt 4175 (3902[3] °C)
Molares Volumen 11,59 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 1420[1]
Schmelzenthalpie 39,91[1] kJ·mol−1
Elektrische Leitfähigkeit 0,82 S·m−1 bei 293[1] K
Wärmeleitfähigkeit 6,30 W·m−1·K−1 bei 300[1] K
Chemisch[2]
Oxidationszustände +3, +4, +5, +6, +7
Normalpotential -1,79 V (Np3+ + 3e- → Np)
Elektronegativität 1,36 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
235Np {syn.} 396,1 d α 5,192 231Pa
ε 0,124 235U
236Np {syn.} 1,54 · 105 a ε 0,940 236U
β− 0,490 236Pu
α 5,020 232Pa
237Np {syn.} 2,144 · 106 a α 4,959 233Pa
238Np {syn.} 2,117 d β− 238Pu
239Np {syn.} 2,355 d β− 239Pu
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Gefahren- und Sicherheitshinweise
Radioaktiv
Radioaktiv
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[4]

{{{GHS-Piktogramme}}}

H- und P-Sätze H: {{{H}}}
EUH: {{{EUH}}}
P: {{{P}}}
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Neptunium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Np und der Ordnungszahl 93. Im Periodensystem der Elemente gehört es zur Gruppe der Actinoide (7. Periode, f-Block). Neptunium ist das erste der sogenannten Transurane, die auf der Erde, bis auf Spuren von Plutonium, nicht mehr natürlich vorkommen. Neptunium ist ein giftiges und radioaktives Schwermetall. Es wurde benannt nach dem Planeten Neptun, der auf den Planeten Uranus folgt. Neptunium folgt im Periodensystem auf Uran, dann folgt Plutonium.

Geschichte

Ida Noddack äußert sich im Mai 1934 über die Lücken im Periodensystem und führt am Schluss der Arbeit die Möglichkeit der Entdeckung von Transuranen auf.[6] Wenige Wochen später veröffentlicht Enrico Fermi drei Arbeiten.[7][8][9] Ida Noddack setzt sich im September 1934 kritisch mit der vermeintlichen Entdeckung des Elements 93 durch Enrico Fermi auseinander. Dabei nimmt sie u. a. die Entdeckung der neutroneninduzierten Kernspaltung vorweg und äußert damit die Vermutung einer Kernspaltung: „Es wäre denkbar, daß bei der Beschießung schwerer Kerne mit Neutronen diese Kerne in mehrere größere Bruchstücke zerfallen, die zwar Isotope bekannter Elemente, aber nicht Nachbarn der bestrahlten Elemente sind“[10]

Neptunium wurde 1940 von E. M. McMillan und P. H. Abelson bei der Beschießung von Uran mit Neutronen erstmals synthetisiert.[11]

Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.

Gewinnung und Darstellung

Gewinnung von Neptuniumisotopen

Neptunium entsteht als "Nebenprodukt" der Energiegewinnung in Kernreaktoren. Eine Tonne abgebrannter Kernbrennstoff soll 500 g Neptunium enthalten.[12] So entstandenes Neptunium besteht fast ausschließlich aus dem Isotop 237Np. Es entsteht aus dem Uranisotop 235U durch zweifachen Neutroneneinfang und anschließenden β-Zerfall.

Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.

Darstellung elementaren Neptuniums

Metallisches Neptunium kann durch Reduktion aus seinen Verbindungen erhalten werden. Zuerst wurde Neptunium(III)-fluorid mit elementarem Barium oder Lithium bei 1200 °C zur Reaktion gebracht.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Neptuniummetall hat ein silbernes Aussehen, ist chemisch reaktiv und existiert in mindestens drei verschiedenen Modifikationen:[1]

Modifikationen bei Atmosphärendruck
Phasenbezeichnung stabiler Temperaturbereich Dichte (Temperatur) Kristallsystem
α-Np 20,25 g/cm3 (20 °C) orthorhombisch
β-Np über 280 °C 19,36 g/cm3 (313 °C) tetragonal
γ-Np über 577 °C 18,0 g/cm3 (600 °C) kubisch

Chemische Eigenschaften

Neptunium bildet eine Reihe von Verbindungen, in denen es in den Oxidationsstufen +3 bis +7 vorliegen kann. Damit bildet Neptunium zusammen mit Plutonium die höchste Oxidationsstufe aller Actinoiden. In wässriger Lösung haben die Neptuniumionen charakteristische Farben, so ist das Np3+-Ion purpurviolett, Np4+ gelbgrün, NpVO2+ grün, NpVIO22+ rosarot und NpVIIO23+ tiefgrün.[13]

Biologische Aspekte

Eine biologische Funktion des Neptuniums ist nicht bekannt.[14] Anaerobe Mikroorganismen können mittels Mn(II/III)- und Fe(II)-Spezies Np(V) zu Np(IV) reduzieren.[15] Ferner wurden die Faktoren untersucht, die die Biosorption[16][17] und Bioakkumulation[18] des Neptuniums durch Bakterien beeinflussen.

Isotope

Von Neptunium sind insgesamt 20 Isotope und 5 Kernisomere bekannt. Die langlebigsten Isotope sind 237Np mit 2,144 Mio. Jahren, 236Np mit 154.000 Jahren und 235Np mit 396,1 Tagen Halbwertszeit. Die restlichen Isotope und Kernisomere besitzen Halbwertszeiten zwischen 45 Nanosekunden (237m1Np) und 4,4 Tagen (234Np).

237Np ist Ausgangspunkt der Neptunium-Reihe, einer Zerfallskette, die beim Isotop Thallium 205Tl endet.

→ Liste der Neptuniumisotope

Spaltbarkeit

Wie bei allen Transuran-Nukliden ist auch bei den Np-Isotopen die neutroneninduzierte Kernspaltung möglich. Die Isotope mit ungerader Neutronenanzahl im Kern – von den langlebigen also 236Np – haben große Wirkungsquerschnitte für die Spaltung durch thermische Neutronen; beim 236Np beträgt er 2600 Barn[19], es ist also "leicht spaltbar".

Bei dem im Kernreaktorbrennstoff anfallenden 237Np beträgt dieser Wirkungsquerschnitt nur 20 Millibarn.[19] Dieses Isotop ist jedoch aufgrund anderer kernphysikalischer Eigenschaften geeignet, mit der Spaltung durch schnelle Neutronen im reinen Material eine Kettenreaktion aufrecht zu erhalten. Im Los Alamos National Laboratory wurde seine kritische Masse experimentell zu 60 kg bestimmt.[20] Daher ist 237Np ein mögliches Material für Kernwaffen.[21][22]

Verwendung

Das in Kernreaktoren aus 235U erbrütete 237Np kann zur Gewinnung von 238Pu zur Verwendung in Radionuklidbatterien genutzt werden. Dazu wird es (zusammen mit unwesentlichen Mengen anderer Neptuniumisotope) vom abgebrannten Reaktorbrennstoff abgetrennt und in Brennstäbe gefüllt, die nur Neptunium enthalten. Diese werden wieder in den Kernreaktor eingesetzt, wo sie erneut mit Neutronen bestrahlt werden; aus dem 237Np wird 238Pu erbrütet.

Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.

Verbindungen

→ Kategorie: Neptuniumverbindung

Oxide

Bekannt sind Oxide in den Stufen +2 sowie +4 bis +6: Neptunium(II)-oxid (NpO), Neptunium(IV)-oxid (NpO2), Neptunium(V)-oxid (Np2O5) und Neptunium(VI)-oxid (NpO3 · H2O).[23] Neptuniumdioxid (NpO2) ist das chemisch stabilste Oxid des Neptuniums und findet Verwendung in Kernbrennstäben.

Halogenide

Für Neptunium sind Halogenide in den Oxidationstufen +3 bis +6 bekannt.[24]

Für die Stufe +3 sind sämtliche Verbindungen der vier Halogene Fluor, Chlor, Brom und Iod bekannt. Darüber hinaus bildet es Halogenide in den Stufen +4 bis +6.

In der Oxidationsstufe +6 ist das Neptuniumhexafluorid (NpF6) von besonderer Bedeutung. Es ist ein orangefarbener Feststoff mit sehr hoher Flüchtigkeit, der schon bei 56 °C in den gasförmigen Zustand übergeht. In dieser Eigenschaft ähnelt es sehr dem Uranhexafluorid und Plutoniumhexafluorid, daher kann es genauso in der Anreicherung und Isotopentrennung verwendet werden.

Oxidationszahl F Cl Br I
+6 Neptunium(VI)-fluorid
NpF6
orange
+5 Neptunium(V)-fluorid
NpF5
hellblau
+4 Neptunium(IV)-fluorid
NpF4
grün 		Neptunium(IV)-chlorid
NpCl4
rotbraun 		Neptunium(IV)-bromid
NpBr4
dunkelrot
+3 Neptunium(III)-fluorid
NpF3
violett 		Neptunium(III)-chlorid
NpCl3
grün 		Neptunium(III)-bromid
NpBr3
grün 		Neptunium(III)-iodid
NpI3
violett

Metallorganische Verbindungen

Analog zu Uranocen, einer Organometallverbindung in der Uran von zwei Cyclooctatetraen-Liganden komplexiert ist, wurden die entsprechenden Komplexe von Thorium, Protactinium, Plutonium, Americium und auch des Neptuniums, (η8-C8H8)2Np, dargestellt.[25]

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e f Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3, S. 413–419.
  2. ↑ Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Neptunium) entnommen.
  3. ↑ a b Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 2149.
  4. ↑ Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung.
  5. ↑ In Bezug auf ihre Gefährlichkeit wurde die Substanz von der EU noch nicht eingestuft, eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  6. ↑ Ida Noddack: "Das Periodische System der Elemente und seine Lücken", in: Angewandte Chemie 1934, 47 (20), 301–305; doi:10.1002/ange.19340472002.
  7. ↑ E. Fermi: "Radioactivity Induced by Neutron Bombardment", in: Nature 1934, 133, 757–757; doi:10.1038/133757a0.
  8. ↑ E. Fermi: "Element No. 93", in: Nature 1934, 133, 863–864; doi:10.1038/133863e0.
  9. ↑ E. Fermi: "Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92", in: Nature 1934, 133, 898–899; doi:10.1038/133898a0.
  10. ↑ Ida Noddack: "Über das Element 93", in: Angewandte Chemie 1934, 47 (37), 653–655; doi:10.1002/ange.19340473707.
  11. ↑ E. McMillan, P. H. Abelson: "Radioactive Element 93", in: Physical Review 1940, 57, 1185–1186; doi:10.1103/PhysRev.57.1185.2.
  12. ↑ Klaus Hoffmann: Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente. Urania-Verlag, Leipzig, Jena, Berlin 1979, S. 233.
  13. ↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1956.
  14. ↑ The Biochemical Periodic Tables – Neptunium.
  15. ↑ 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, 1141–1149; PDF
  16. ↑ 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), 427–431; PMID 11545492.
  17. ↑ W. Songkasiri, D. T. Reed, B. E. Rittmann: "Bio-sorption of Neptunium(V) by Pseudomonas Fluroescens", in: Radiochimica Acta 2002, 90, 785–789.
  18. ↑ 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, 347–354; Abstract und PDF-Download.
  19. ↑ a b Pfennig et al.: Karlsruher Nuklidkarte. Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 1998.
  20. ↑ P. Weiss: Little-studied metal goes critical – Neptunium Nukes?. In: Science News. 26. Oktober 2002 (volltext [abgerufen am 5. Dezember 2008]).
  21. ↑ David Albright, Kimberly Kramer: "Neptunium 237 and Americium: World Inventories and Proliferation Concerns", August 2005; PDF.
  22. ↑ Walter Seifritz: Nukleare Sprengkörper – Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit? Thiemig-Verlag, München 1984.
  23. ↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1972.
  24. ↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1969.
  25. ↑ Christoph Elschenbroich: Organometallchemie, 6. Auflage, Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8351-0167-8, S. 589.

Literatur

  • Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9.
  • Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
  • Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer-Verlag, Dordrecht 2006, ISBN 1-4020-3555-1.

Weblinks

Wiktionary: Neptunium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Neptunium – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
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