넵투늄

넵투늄, Np

넵투늄
발음	/nɛpˈjuːniəm/ (nEP-TEW-ne-e-m)
외관	은빛의 금속.
질량수	[237]
주기율표의 넵투늄
수소 헬륨 리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온 나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤 칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤 루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논 세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈 프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손 PM ↑ Np ↓ (Uqs) 우라늄 ← 넵투늄 → 플루토늄
원자번호 (Z)	93
그룹	그룹 n/a
기간	7주기
블록	f-블록
전자 구성	[Rn] 5f4 6d1 7s2
셸당 전자	2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
물리적 성질
위상 STP서	실체가 있는
녹는점	912±3K(639±3°C, 1182±5°F)
비등점	4447K(4174°C, 7545°F) (추연)
밀도 (근처 )	알파: 20.45 g/cm3[1] 허용 표준값: 19.38 g/cm3
융해열	5.19 kJ/mol
기화열	336 kJ/mol
어금니열용량	29.46 J/(몰·K)
증기압 P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k (K)에서 2194 2437
원자성
산화 상태	+2, +3, +4,[2] +5, +6, +7(암포테릭 산화물)
전기성	폴링 눈금: 1.36
이온화 에너지	1차: 604.5kJ/mol
원자 반지름	체험형: 오후 155시
공동 반지름	오후 190±1시
넵투늄의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생	쇠퇴하여
결정구조	정형외과적
열전도도	6.3 W/(m³K)
전기저항도	1.220 µΩm(22°C)
자기순서	파라자성의[3]
CAS 번호	7439-99-8
역사
이름 지정	해왕성의 이름을 따서, 그 자체가 로마의 해왕성 바다의 신의 이름을 따서 명명되었다.
디스커버리	에드윈 맥밀런과 필립 H. 아벨슨(1940)
넵투늄 주 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트 235Np 동음이의 396.1 d α 231파 ε 235U 236Np 동음이의 1.54×105 y ε 236U β− 236PU α 232파 237Np 자취를 감추다 2.164×106 y α 233파 239Np 자취를 감추다 2.1987 d β− 239PU
범주:넵투늄 관람하다 이야기를 나누다 참고 문헌

넵투늄은 기호 Np와 원자 번호 93을 가진 화학 원소다.방사성 액티나이드 금속인 넵투늄은 최초의 초우라늄 원소다.주기율표에서 천왕성의 이름을 딴 우라늄 직후의 위치는 천왕성 너머의 다음 행성인 해왕성의 이름을 따서 명명되었다.넵투늄 원자는 93개의 양성자와 93개의 전자를 가지고 있으며, 그 중 7개는 발란스 전자다.넵투늄 금속은 공기 중에 노출되면 은빛과 변색된다.원소는 세 가지 균등성 형태로 발생하며 일반적으로 +3에서 +7까지의 다섯 가지 산화 상태를 나타낸다.방사능이 있고, 독성이 있으며, 화로포닉성이 있으며, 뼈에 축적될 수 있어 넵투늄의 취급이 위험하다.

비록 그것의 발견에 대한 많은 거짓 주장이 수년에 걸쳐 이루어졌지만, 이 원소는 1940년 버클리 방사선 연구소에서 에드윈 맥밀런과 필립 H. 아벨슨에 의해 처음으로 합성되었다.^[4]그 이후로 대부분의 넵투늄은 원자로 내의 우라늄에 대한 중성자 조사에 의해 생성되어 왔고 여전히 생산되고 있다.대다수는 재래식 원자로에서 부산물로 발생한다.넵투늄 자체는 현재 상업적 용도가 없지만 플루토늄-238 형성의 전구체로 쓰이고, 우주선에 전기를 공급하기 위한 방사성 동위원소 열 발생기에 사용된다.넵투늄은 고에너지 중성자 검출기에도 사용되었다.

넵투늄의 최장수 동위원소인 넵투늄-237은 원자로와 플루토늄 생산의 부산물이다.또한, 동위원소 넵투늄-239는 중성자 포획 반응과 베타 붕괴로 인해 우라늄 광석의 미량에서도 발견된다.^[5]

특성.

물리적인

넵투늄은 단단하고 은빛이며 연성이며 방사성 액티나이드 금속이다.주기율표에서는 액티나이드 우라늄의 오른쪽, 액티나이드 플루토늄의 왼쪽, 란타니드 프로메튬 아래에 위치한다.^[6]넵투늄은 단단한 금속으로, 망간과 견줄 만한 118 GPA의 벌크 계수를 가지고 있다.^[7]넵투늄 금속은 물리적 작동성 측면에서 우라늄과 유사하다.정상 온도에서 공기에 노출되면 얇은 산화층을 형성한다.이러한 반응은 온도가 상승함에 따라 더욱 빠르게 진행된다.^[6]넵투늄은 639±3°C에서 녹는다. 이 낮은 용해 지점, 즉 인접 요소 플루토늄과 금속이 공유하는 특성(용해 지점 639.4°C)은 5f와 6d 궤도 혼성 및 금속 내 방향 결합 형성에 기인한다.^[8]넵투늄의 비등점은 경험적으로 알려져 있지 않으며 일반적으로 주어진 값인 4174 °C는 원소의 증기압으로부터 외삽된다.정확하다면, 이것은 넵투늄이 어떤 원소의 가장 큰 액체 범위(용융점과 비등점 사이의 3535K 패스)^[6][9]를 제공할 것이다.

넵투늄은 적어도 세 개의 할당량에서 발견된다.^[5]네 번째 배당에 대한 일부 주장이 제기되었지만 아직까지는 입증되지 않았다.^[6]이 다중의 할당량은 액티나이드들 사이에서 흔하다.넵투늄, 프로토티늄, 우라늄, 플루토늄의 결정구조는 란타니드 중 명확한 아날로그를 가지고 있지 않으며 3d 전이 금속과 더욱 유사하다.^[8]

넵투늄^[6][10] 할당량의 알려진 특성

넵투늄 할당로프	α	β(313°C에서 측정)	γ (600 °C로 측정)
전환 온도	(α→β) 282°C	(β→γ) 583°C	(γ→액체) 639 °C
대칭	정형외과	4각형	체중심입방체
밀도(g/cm3, Np)[11]	20.45	19.36	18.0
스페이스 그룹	Pnma	P42[문서 – 토의]	임3m
격자 매개변수(pm)	a = 666.3 b = 472.3 c = 488.7	a = 489.7 c = 338.8	a = 351.8

α-neptunium은 매우 왜곡된 신체 중심의 입방 구조를 닮은 정형화된 구조를 띤다.^[11][12]각 넵투늄 원자는 다른 4개 원자로 조정되며 Np-Np 결합 길이는 260 pm이다.^[13]그것은 모든 액티니이드 중에서 가장 밀도가 높고 자연적으로 발생하는 모든 원소들 중에서 다섯 번째, 오직 레늄, 백금, 이리듐, 오스뮴 뒤에 있다.^[9]α-neptunium은 강한 공밸런트 본딩과 높은 전기저항성 등 반모방적 특성을 가지고 있으며, 그 금속성의 물리적 성질은 실제 금속보다 메탈로이드의 성질에 가깝다.다른 액티니이드의 일부 할당량은 더 적지만 유사한 행동을 나타낸다.^[14][15]알파 위상에서 넵투늄의 다른 동위원소의 밀도는 관측할 수 있게 다를 것으로 예상된다: α-Np는²³⁵ 밀도 20.303 g/cm³, α-Np²³⁶, 밀도 20.389 g/cm³, α-Np²³⁷, 밀도 20.476 g/cm이어야³ 한다.^[16]

β-neptununium은 왜곡된 4각형 근위축 구조를 취한다.넵투늄 원자는 4개의 원자가 하나의 단위 셀을 이루고 있으며, Np-Np 본드 길이는 276pm이다.^[13] --Nptunium은 몸 중심 입방 구조로 되어 있으며, Np-Np 본드 길이는 297pm이다.γ형태는 압력이 증가하면 안정성이 떨어지지만 넵투늄의 용해점 또한 압력에 따라 증가한다.^[13]β-Np/γ-Np/liquid 트리플 포인트는 725°C와 3200 MPa에서 발생한다.^[13][17]

합금

발란스 5f 전자가 존재하기 때문에, 넵튠과 그 합금은 다른 많은 액티니이드들처럼 매우 흥미로운 자기 행동을 보인다.이것들은 전이 금속의 떠돌이 밴드 같은 특징에서 스칸듐, 이트륨, 란타니드 등의 전형적인 국소 모멘트 행동에 이르기까지 다양하다.이는 금속 리간드의 궤도와 5f 오르비탈 혼합에서 비롯되며, 5f 궤도(궤도)가 상대적으로 불안정하고 밖으로 확장된다는 사실에서 비롯된다.^[18]예를 들어 순수 넵투늄은 파라마그네틱, NpAl은₃ 페르마그네틱, NpGe는₃ 자기순서가 없고 NpSn은₃ 페르미온적으로 행동한다.^[18]우라늄, 아메리슘, 플루토늄, 지르코늄, 철분이 함유된 넵투늄 합금에 대한 조사가 진행 중이며, 넵투늄-237과 같은 장수 폐기물 동위원소를 핵연료로서 더 유용한 단수 동위원소로 재활용하기 위한 것이다.^[18]

NpPdAl이라는₅₂ 공식으로 하나의 넵투늄 기반의 초전도체 합금이 발견되었다.넵투늄 화합물에서 이런 현상이 나타나는 것은 다소 놀라운데, 이는 대개 초전도성을 파괴하는 강한 자력을 보이는 경우가 많기 때문이다.합금은 초전도 전환 온도가 -268.3°C(4.9K)인 4각형 구조를 가지고 있다.^[19][20]

케미컬

넵투늄은 화학적 화합물을 형성할 때 +3부터 +7까지 5가지 이온 산화 상태가 있는데, 용액에서 동시에 관찰할 수 있다.그것은 안정된 화합물에서 모든 발란스 전자를 잃을 수 있는 가장 무거운 액티나이드다.용액에서 가장 안정된 상태는 +5이지만 고체 넵투늄 화합물에서는 발란스 +4가 선호된다.넵투늄 금속은 매우 반응적이다.넵투늄의 이온은 가수분해와 조정 화합물이 형성되기 쉽다.^[21]

아토믹

넵투늄 원자는 93개의 전자를 가지고 있으며, 구성 [Rn] 5f⁴ 6d¹ 7s로² 배열되어 있다.이것은 하나의 전자가 5f 하위 쉘에서 예상한 것이 아니라 6d 하위 쉘에 있다는 점에서 Aufbau 원칙이 예상하는 구성과 다르다.5f, 6d, 7s 서브쉘의 전자 에너지와 유사하기 때문이다.화합물과 이온을 형성할 때 모든 발란스 전자가 상실되어 고귀한 가스 라돈의 전자 구성으로 내전자의 불활성 코어를 남길 수 있다;^[22] 더 일반적으로 발란스 전자 중 일부만 상실된다.삼등 이온 Np의³⁺ 전자 구성은 [Rn] 5f이며⁴, 가장 바깥쪽 7초와 6d 전자가 먼저 손실된다: 이것은 넵투늄의 란탄화 호몰로그램과 정확히 유사하며, 다른 액티네이드가 삼각상태에서 [Rn] 5fⁿ 전자 구성으로 설정한 추세를 따른다.넵투늄의 첫 번째 이온화 전위는 1974년 7s 전자가 5f와 6d 이전에 이온화될 것이라는 가정에 기초하여 6.19±0.12 eV로 측정되었다.^[23] 보다 최근의 측정은 이를 6.2657 eV로 개선했다.^[24]

동위 원소

24개의 넵투늄 방사성동위원소는 반감기가 214만년인 np, 반감기가 15만4000년인 np, 반감기가 396.1일인 np가 가장 안정적이라는 특징이 있다.나머지 방사성 동위원소는 모두 반감기가 4.5일 미만이며, 이들 중 대다수는 50분 미만인 반감기가 있다.이 원소는 또한 최소 4개의 메타 상태를 가지며, 가장 안정된 상태는 22.5시간의 반감기를 가진 Np이다.^[25]

넵투늄 동위 원소는 아직 Np와 Np가 보고되지 않았지만, 원자 중량의 219.032 u(²¹⁹Np)에서 244.068 u(Np)²⁴⁴까지이다.^[25]가장 안정적인 동위원소인 Np보다 가벼운 대부분의 동위원소는 전자 포획에 의해 주로 붕괴되지만, 특히 Np와 Np는 알파 방출로 프로텍티늄이 되기 위해 다양한 수준의 붕괴를 보인다.²³⁷Np 그 자체는 질량 237의 베타-안정성 이소바르로서 Pa로 들어가는 알파 방출에 의해 거의 독점적으로 분해되며, 매우 드물게(수조 데이에 약 1회만 발생) 자발적 핵분열과 군집 붕괴(Tl을 형성하기 위해 Mg 배출)가 발생한다.이 보다 무거운 동위원소를 제외한 알려진 모든 동위원소는 베타 방출만을 통해 붕괴된다.^[25][26]유일한 예외인 Np는 베타 방출 외에 이산화 이행에 의한 드물게(>0.12%) 부패를 보인다.^[25]237Np는 납의 동위원소로 부패하는 다른 대부분의 일반적인 중핵과는 달리 결국 비스무트-209와 탈륨-205를 형성하도록 분해한다.이 붕괴 사슬은 넵투늄 시리즈로 알려져 있다.^[19][27]이 붕괴 사슬은 비스무트-209 상공에서 모든 동위원소의 짧은 반감기로 인해 지구상에서 오랫동안 멸종되어 왔으나, 톤급에서 넵투늄이 인공적으로 생산되어 현재는 부활하고 있다.^[28]

동위원소 넵투늄-235, -236, -237은 핵분열성이 예측되며, ^[16]넵투늄-237의 핵분열성만 실험적으로 나타났으며, 임계 질량은 약 60 kg으로, 일반적으로 사용되는 우라늄-235의 질량보다 약 10 kg 정도밖에 더 되지 않았다.^[29]넵투늄-235, -236, -237의 임계질량 계산값은 각각 66.2kg, 6.79kg, 63.6kg이다. 넵투늄-236 값은 플루토늄-239보다 훨씬 낮다.특히 np는 중성자 단면도 낮다.^[16]그럼에도 불구하고 우라늄과 플루토늄은 임계 질량이 np, np보다 낮고, np는 사용후핵연료에서^[26] 양이 나오지 않아 정화가 어렵고, 모체 np와 상당한 양의 분리가 거의 불가능하다.^[29][30]

발생

넵투늄의 모든 동위원소는 지구 나이보다 몇 배나 짧은 반 리브를 가지고 있기 때문에, 어떤 원시 넵투늄이라도 지금쯤은 썩었어야 했다.약 8000만 년만 지나면 최장수 동위원소인 np의 농도도 원래 양의 1조 분의 1도⁻¹² 안 되는 수준으로 줄어들었을 것이다.^[31]따라서 넵투늄은 다른 동위원소의 중간 붕괴 산물로 생산되는 무시할 수 있는 양에서만 자연에 존재한다.^[21]

넵투늄 동위원소 넵투늄-237과 -239의 미량량은 우라늄 광석에서 투과반응에 의한 붕괴생물로 자연적으로 발견된다.^[5][32]특히 Np와 Np는 이들 동위원소 중 가장 흔한 것으로 우라늄-238 원자에 의한 중성자 포획으로부터 직접 형성된다.이들 중성자는 우라늄-238의 자발적 핵분열, 우라늄-235의 자연 중성자 유도 핵분열, 핵의 우주선 스플리화, 빛 원소가 알파 입자를 흡수해 중성자를 방출하는 데서 나온다.^[31]np의 반감기는 1951년 자연에서 훨씬 장수하는 딸 푸가 검출되어 자연 발생이 확실하게 성립되기는 했지만 매우 짧다.^[31]1952년, Np가 벨기에 콩고에서 우라늄 광석의 농축액으로부터 확인되어 격리되었다: 이러한 광물에서, 우라늄에 대한 넵투늄-237의 비율은 약 10⁻¹² 대 1 이하나 된다.^[31][33][34]

현재 환경에서 맞닥뜨린 대부분의 넵투늄(및 플루토늄)은 1945년 첫 원자폭탄의 폭발과 1963년 부분핵실험금지조약 비준 사이에 일어난 대기중 핵폭발 때문이다.이러한 폭발과 1963년 이후 실시된 몇 차례의 대기 테스트에 의해 방출된 넵투늄의 총량은 약 2500 kg으로 추정된다.이 중 압도적으로 많은 Np와 Np가 장수하는 동위원소 Np(반수기 396일)도 지난 수십 년 동안 원래 농도가 10억분의⁻⁹ 1(10) 미만으로 부패했을 것이기 때문에 Np와 Np로 구성된다.원자로 냉각수의 천연 우라늄에 대한 중성자 조사에 의해 생성된 매우 적은 양의 넵투늄은 물이 강이나 호수로 방출될 때 방출된다.^[31][33][35]해수에서 Np의 농도는 약 6.5 × 10⁻⁵ 밀리베크렐이며, 이 농도는 플루토늄의 0.1퍼센트에서 1% 사이이다.^[31]

일단 환경에 들어가면 넵투늄은 보통 +4 또는 +5 상태로 상당히 빠르게 산화된다.산화 상태와 관계없이 원소는 다른 액티니이드보다 훨씬 더 큰 이동성을 보이는데, 이는 주로 다양한 다른 원소와 수성 용액을 쉽게 형성할 수 있는 능력 때문이다.한 연구에서 넵투늄(V), 플루토늄(IV), 아메리슘(Americium)의 확산률을 비교했다.III) 사암과 석회암에서는 넵투늄이 다른 원소보다 10배 이상 침투하였다.또한 Np(V)는 탄산이 존재하지 않는 경우 5.5보다 큰 pH 수준에서 효율적으로 반응하며 이러한 조건에서는 석영과 쉽게 결합하는 것이 관찰되었다.또한 고에타이트, 철산화물 콜로이드, 카올리나이트, 스마테 등 여러 종족과 잘 결합하는 것으로 관찰되었다.Np(V)는 동료 액티니엄과 큐륨을 거의 크기 순서로 분해하는 것처럼 약한 산성 조건에서 토양 입자와 쉽게 결합하지 않는다.이러한 행동은 제자리에 고정되지 않고 용액에 있는 동안 토양을 통해 빠르게 이동할 수 있게 하여 이동성에 더 큰 기여를 한다.^[33][36]np(V)도 콘크리트에 쉽게 흡수되는데, 원소의 방사능 때문에 핵폐기물 저장시설을 건설할 때 반드시 해결해야 할 고려사항이다.콘크리트에 흡수되면 비교적 짧은 시간 내에 Np(IV)로 감소한다.np(V)도 괴석, 헤마이트, 자석 표면에 있으면 험산에 의해 감소한다.Np(IV)는 튜프, 그래노다이오라이트, 벤토나이트에 의해 효율적으로 흡수된다. 비록 후자에 의한 흡수는 약한 산성 조건에서 가장 뚜렷하다.또한 점토 함량이 높은 토양에 있을 때 강화되는 효과인 콜로이드 미립자와 결합하는 경향이 강하다.이 동작은 원소의 관찰된 높은 이동성에 추가적인 도움을 제공한다.^{[33][36][37][38]}

역사

배경 및 초기 요구 사항

1870년대 초 드미트리 멘델레예프에 의해 원소들의 첫 주기율표가 발표되었을 때, 그것은 당시 발견되지 않은 원소들을 위한 몇몇 다른 장소들과 유사한 우라늄 뒤에 "—"를 보여주었다.1913년 카시미르 파잔스가 발표한 알려진 방사성 동위원소 발표를 포함한 알려진 다른 원소들의 표도 우라늄 92 원소 뒤의 빈자리를 보여준다.^[39]

1932년 원자핵의 최종 성분인 중성자가 발견되기 전까지와 이후 대부분의 과학자들은 우라늄보다 무거운 원소의 가능성을 심각하게 고려하지 않았다.당시 핵이론은 이들의 존재를 명시적으로 금지하지 않았지만 그렇다고 시사하는 증거는 거의 없었다.그러나 1933년 말 이렌과 프레데릭 졸리오 퀴리에 의해 유도된 방사능의 발견은 원소를 연구하는 완전히 새로운 방법을 열었고 엔리코 페르미가 이끄는 소수의 이탈리아 과학자들에게 중성자 폭격을 포함한 일련의 실험을 시작하도록 영감을 주었다.졸리오-퀴리스의 실험은 방사능 P를 생성하기 위해 알파 입자로 알의 샘플을 폭격하는 것을 포함했지만, 페르미는 전하가 없는 중성자를 사용하면 양전하 알파 입자보다 훨씬 더 좋은 결과를 낼 가능성이 높다는 것을 깨달았다.이에 따라 1934년 3월 그는 다른 요소들도 방사능에 노출될 수 있는지를 판단하기 위해 당시 알려진 모든 요소들을 중성자 폭격에 체계적으로 적용하기 시작했다.^[40][41]

수개월의 작업 끝에 페르미 일행은 가벼운 원소가 양성자나 알파 입자를 방출하여 포획된 중성자의 에너지를 분산시키고 무거운 원소는 일반적으로 감마선을 방출하여 동일한 결과를 얻을 것이라고 잠정적으로 결정했었다.이러한 후자의 행동은 나중에 중성자의 베타 붕괴를 양성자로 만들어, 결과 동위원소를 주기율표 위로 한 번 이동시킨다.페르미 연구팀이 우라늄을 폭격했을 때, 그들은 또한 이러한 행동을 관찰했는데, 이는 결과 동위원소가 93의 원자 번호를 가지고 있다는 것을 강하게 시사했다.페르미는 처음에는 그러한 주장을 공표하는 것을 꺼렸지만, 그의 연구팀이 알려진 동위원소의 것과 일치하지 않는 우라늄 폭격 제품에서 몇 개의 알려지지 않은 반감기들을 관찰한 후, 그는 1934년 6월에 '92개 이상의 원자 번호 원소 생산 가능성'이라는 논문을 발표했다.그 속에서 그는 그리스 이름 아우소니아(이탈리아)의 이름을 따서 원소 93에 대한 아우소늄(원자 기호 Ao)이라는 이름을 제안했다.^[42]

페르미 논문의 주장에 대해 몇 가지 이론적 반론이 빠르게 제기되었고, 특히 원자 하나가 중성자를 포획했을 때 일어난 정확한 과정은 당시 잘 이해되지 않았다.이것과 페르미의 우연한 발견은 3개월 후 느림 중성자에 의해 핵반응이 유발될 수 있다는 사실을 밝혀냈는데, 특히 아리스티드 폰 그로스와 아이다 노닥 등 많은 과학자들의 마음에 93 원소를 만들어 내고 있다는 의심을 더욱 불러일으켰다.페르미가 실제로 프로트티늄(원소 91)을 생산하고 있다는 폰 그로스의 주장이 신속하게 실험되고 반증된 반면, 우라늄이 두 개 이상의 작은 조각으로 산산조각이 났다는 노닥의 제안은 현존하는 핵 이론에 이것이 가능한 방법이 포함되어 있지 않았기 때문에 대부분의 사람들에 의해 간단히 무시되었다.페르미와 그의 팀은 사실 새로운 요소를 합성하고 있다고 주장했지만, 이 문제는 몇 년 동안 해결되지 않았다.^[43][44][45]

비록 실험 결과에서 여러 가지 서로 다르고 알려지지 않은 방사능 반감기가 여러 가지 핵반응이 일어나고 있다는 것을 보여주었지만, 페르미의 집단은 93원소를 화학적으로 격리시킬 수 있지 않는 한 원소가 생성되고 있다는 것을 증명할 수 없었다.당시 세계 최고의 방사화학자 중 한 명이었던 오토 한과 리즈 메이트너, 페르미의 주장을 지지하는 등 이들을 비롯한 많은 과학자들이 이를 위해 노력했지만 모두 실패했다.훨씬 후에, 이러한 실패의 주된 원인은 원소 93의 화학적 성질에 대한 예측이 액티나이드 시리즈가 결여된 주기율표에 기초했기 때문이라고 판단되었다.이 배열은 프로토티늄을 탄탈륨, 우라늄을 텅스텐 아래에 배치하고, 나아가 93원소는 에카-르네늄으로 언급되는 그 지점에서 망간과 레늄을 포함한 그룹 7 원소와 유사해야 한다고 제안했다.토륨, 프로토티늄, 우라늄은 각각 +4, +5, +6의 지배적인 산화 상태를 가지고 있으며, 과학자들을 속여서 그들이 당시 요행으로 여겨졌던 란타니드 계열 아래가 아니라 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐 아래에 속았다고 생각했고, 그 멤버들은 모두 지배적인 +3 상태, 넵투늄을 가지고 있다.+4와 +5가 가장 안정적이며 훨씬 희귀하고 불안정한 +7 상태를 가지고 있다.플루토늄과 다른 초우라늄 원소 역시 f-블록 발견과 함께 +3과 +4 상태가 우세한 것을 발견하자 액티나이드 시리즈가 확고히 확립되었다.^[46][47]

페르미의 실험으로 93소자가 생성되었느냐는 의문이 제기되는 가운데, 비록 페르미와는 달리 두 개의 원소 발견 주장이 추가로 나타났지만, 그들 둘은 모두 자연에서 그것을 관찰했다고 주장했다.이러한 주장 중 첫 번째는 체코 엔지니어 오돌렌 코블릭이 1934년 가열된 피치블렌드의 세수에서 소량의 물질을 추출한 것이다.그는 원소에 보헤미움이라는 이름을 제안했지만 분석 결과 샘플은 텅스텐과 바나듐이 혼합된 것으로 드러났다.^[48][49][50]또 다른 주장은 루마니아 물리학자 호리아 훌루베이와 프랑스의 화학자 이베트 카우초이스가 1938년 광물 분광법을 통해 새로운 원소를 발견했다고 주장했다.그들은 원소의 이름을 세카늄이라고 지었지만, 만약 원소가 조금이라도 존재한다면 자연적으로 존재하지 않을 것이라는 것이 당시 지배적인 이론이었기 때문에 그 주장은 할인되었다.그러나 1952년 우라늄 광석에서 발견된 것처럼 넵투늄이 실제로 자연에서 미량적으로 발생하기 때문에 훌루베이와 카우초이스가 실제로 넵투늄을 관찰했을 가능성이 있다.^{[32][51][52][53]}

1938년까지 닐스 보어(Niels Bohr)를 비롯한 일부 과학자들은 페르미가 실제로 새로운 원소를 생산했다는 사실을 여전히 받아들이기를 꺼렸지만, 그럼에도 불구하고 그는 "중성자 조사에 의해 생성된 새로운 방사성 원소의 존재에 대한 시연과 핵의 발견에 대한 관련으로 1938년 11월 노벨 물리학상을 받았다.느린 중성자에 의해 발생하는 반응".한 달 후, 한, 메이트너, 오토 프리슈에 의한 거의 전혀 예상치 못한 핵분열 발견은 페르미의 연구팀이 관찰한 미지의 반감기 대부분이 핵분열 생성물의 그것들로 빠르게 확인되었기 때문에 페르미가 93원소를 발견했을 가능성에 종지부를 찍었다.^{[54][55][56][57][58]}

아마도 실종 원소를 생산하기 위한 모든 시도 중 가장 가까운 시도는 1941년 태평양 전쟁이 발발하기 직전인 1940년 일본의 물리학자 니시나 요시오가 화학자 기무라 겐지로와 함께 작업한 것이었을 것이다. 그들은 U에 빠른 중성자를 퍼부었다.그러나 느린 중성자는 (n, γ) 반응을 통해 중성자 포획을 유도하는 경향이 있는 반면, 빠른 중성자는 '노크아웃'(n, 2n) 반응을 유도하는 경향이 있어 중성자 1개가 추가되고 2개가 더 제거되어 중성자 순손실이 발생한다.니시나와 기무라는 Th에 이 기법을 시험하여 알려진 Th와 그 장수 베타 붕괴 딸 Pa(둘 다 U의 자연 붕괴 사슬에서 일어나는 것)를 성공적으로 생산한 후, 따라서 관찰한 새로운 6.75일 반감기 활동을 새로운 동위원소 U에 정확하게 할당했다.그들은 이 동위원소도 베타 방출체였으며 따라서 미지의 핵종 93까지 부패해야 한다는 것을 확인했다.그들은 이 핵종을 더 가벼운 콘게르네르 레늄과 함께 운반함으로써 격리시키려 했지만, 레늄 함유 분율에서는 베타나 알파 붕괴가 관찰되지 않았다.따라서 니시나와 기무라는 파의 그것과 마찬가지로 93년의 반감기가 매우 길고 따라서 그 활동성이 그들의 장비로는 측정할 수 없을 정도로 약할 것이라고 정확하게 추측했고, 따라서 마지막으로 가장 가까운 대우라늄 원소 탐색에 성공하지 못했다.^[59]

디스커버리

1939년 초 핵분열 연구가 진행되자 미국 버클리 캘리포니아대 버클리 방사선연구소의 에드윈 맥밀런은 최근 이 대학에 건설된 60인치(1.52m)의 강력한 사이클로트론을 이용해 우라늄을 폭격하는 실험을 진행하기로 했다.파편이 핵분열 후 상호 전기적 반발에서 얻는 엄청난 힘을 이용하여 폭격으로 인해 생성되는 다양한 핵분열 생성물을 분리하는 것이 목적이었다.맥밀란은 이것으로부터 아무것도 알아내지 못했지만, 3산화 우라늄 표적 자체에서 두 개의 새로운 베타 붕괴 반감기를 관찰했는데, 이는 방사능을 생성하는 것이 정상 핵분열 생성물처럼 서로를 격렬하게 격퇴시키지 않았다는 것을 의미한다.그는 반감기 중 하나가 알려진 우라늄-239의 23분 붕괴 기간과 밀접하게 일치한다는 것을 재빨리 깨달았지만, 나머지 반감기 2.3일은 알 수 없었다.맥밀란은 그의 실험 결과를 화학자 겸 동료 버클리 대학교수 에밀리오 세그레에게 가져가 방사능의 근원을 분리하려고 시도했다.두 과학자는 모두 원소 93이 레늄과 화학이 비슷할 것이라는 통설로 연구를 시작했지만, 세그레는 맥밀란의 표본이 레늄과 전혀 비슷하지 않다고 속단했다.대신 강력한 산화제가 존재하는 불소화수소(HF)와 반응했을 때 희토류 구성원처럼 행동했다.세그레와 맥밀란은 이 원소들이 핵분열 생성물의 많은 비율을 차지하기 때문에, 반감기가 단순히 또 다른 핵분열 생성물임에 틀림없다고 결정하면서, '환란성 원소들을 찾아내는 데 성공하지 못했다'라는 논문에 십일조를 붙였다.^[60][61][62]

그러나 핵분열에 대한 정보가 더 많아지면서 핵분열 파편이 여전히 목표물에 존재했을 가능성은 더욱 희박해졌다.맥밀런과 필립 H. 아벨슨을 포함한 몇몇 과학자들은 알려지지 않은 반감기를 만들어내는 것이 무엇인지 다시 한번 알아내려 시도했다.1940년 초, 맥밀란은 세그레와의 1939년 실험에서 방사능 선원의 화학반응을 충분히 엄격하게 시험하지 못했다는 것을 깨달았다.새로운 실험에서 맥밀런은 자신이 이전에 하지 않았던 환원제 앞에서 그 미지의 물질을 HF에 실험해 보았다.이 반응으로 인해 HF와 함께 표본을 침전시켰는데, 이 작용은 알려지지 않은 물질이 희토류 금속일 가능성을 완전히 배제한 것이다.이 후 얼마 지나지 않아 이 대학에서 석사학위를 받은 아벨슨은 짧은 휴가를 위해 버클리를 방문했고 맥밀런은 보다 유능한 화학자에게 실험 결과의 분리를 도와달라고 부탁했다.아벨슨은 2.3일 반감기를 생산하고 있는 어떤 것이든 알려진 원소와 같은 화학물질을 가지고 있지 않으며 실제로 희토류 금속보다 우라늄과 더 유사하다는 것을 매우 빠르게 관찰했다.이 발견은 마침내 그 원천을 고립시킬 수 있게 했고, 이후 1945년에 액티나이드 시리즈의 분류로 이어졌다.마지막 단계로 맥밀런과 아벨슨은 U로부터 23분 반감기가 두드러진 훨씬 더 큰 폭약 우라늄 샘플을 준비했고, 미지의 2.3일 반감기가 다음과 같은 반응을 통해 23분 활동량의 감소와 일치하여 강도가 증가했음을 결정적으로 증명했다.^[63]

${\displaystyle {\ce {{^{238}_{92}U}+{^{1}_{0}n}->{^{239}_{92}U}->[\beta ^{-}][23\ {\ce {min}}]{^{239}_{93}Np}->[\beta ^{-}][2.355\ {\ce {days}}]{^{239}_{94}Pu}}}}$ (시대는 반리브다.)

이것은 알려지지 않은 방사능 선원이 우라늄의 부패에서 비롯되었다는 것을 증명했고, 그 선원이 알려진 모든 원소와 화학적으로 다르다는 이전의 관찰과 결합하여, 새로운 원소가 발견되었다는 것을 전혀 의심의 여지가 없이 증명했다.맥밀런과 아벨슨은 1940년 5월 27일 '물리 리뷰'에 '방사성 원소 93'이라는 제목의 논문을 통해 이 같은 결과를 발표했다.^[63]그들은 논문에서 원소의 이름을 제안하지는 않았지만, 해왕성이 우리 태양계에서 천왕성 너머의 다음 행성이기 때문에 곧 넵투늄이라는 이름을 결정했다.^{[19][64][65][66]}니시나와 기무라에 비해 맥밀란과 아벨슨의 성공은 U의 쇠퇴가 늦어지고 Np의 반감기가 극히 긴 것과 대조적으로, Np의 방사화학 분석과 빠른 붕괴에 대한 Np의 호의적인 반감기에 기인할 수 있다.^[59]

후속 개발

또한 Np의 베타 붕괴는 94 원소(현재의 플루토늄이라고 함)의 동위원소를 생성해야 한다는 것도 깨달았지만 맥밀란과 아벨슨의 원래 실험에 수반되는 양이 너무 적어서 넵투늄과 함께 플루토늄을 분리하고 식별하지 못했다.^[67]플루토늄의 발견은 글렌 T가 1940년 말까지 기다려야 했다. 시보그와 그의 팀은 동위원소 플루토늄-238을 확인했다.^[68]

1942년 한과 프리츠 스트라스만, 그리고 독립적으로 커트 스타크(Kurt Starke)가 베를린에서 93 요소의 확인을 보고했다.^[69]한씨 일행은 94번 원소를 추구하지 않았는데, 맥밀란과 아벨슨이 이를 고립시키는 데 성공하지 못해 기가 죽었기 때문일 것이다.이 시점에서 파리에서 더 강한 사이클로트론에 접근할 수 있었기 때문에, 비록 적은 양(몇 베크렐)이지만 노력했다면 한씨 일행은 94번 원소를 탐지할 수 있었을 것이다.^[69]

넵투늄의 독특한 방사능 특성은 화학 반응에서 다양한 화합물을 통해 이동하면서 추적할 수 있게 해 주었는데, 처음에는 이것이 화학이 다른 원소들과 다르다는 것을 증명할 수 있는 유일한 방법이었다.처음 발견된 넵투늄의 동위원소는 반감기가 매우 짧기 때문에 맥밀란과 아벨슨은 당시 이용 가능한 기술을 이용하여 새로운 원소의 화학적 분석을 수행할 수 있을 만큼 큰 샘플을 준비할 수 없었다.그러나 1942년 글렌 시보그와 아서 월에 의해 장수 Np 동위원소가 발견된 이후, 넵투늄의 중량 가능한 양을 형성하는 것이 현실적인 노력이 되었다.^[19][70]그것의 반감기는 초기에는 약 300만년(214만4,000년으로 수정)으로 결정되어, 니시나와 기무라의 매우 긴 반감기의 예측을 확인시켜 주었다.^[59]

그 원소에 대한 초기 연구는 그 당시 미국의 핵물리학자들과 화학자들 대부분이 맨해튼 프로젝트의 일부로서 플루토늄의 성질을 연구하려는 엄청난 노력에 집중되어 있었기 때문에 다소 제한적이었다.그 원소에 대한 연구는 프로젝트의 작은 부분으로서 계속되었고 넵투늄의 첫 대량 샘플은 1944년에 격리되었다.^[19][70][71]

그 이후 넵투늄의 성질에 대한 많은 연구는 그것을 핵폐기물의 일부로 제한하는 방법을 이해하는 데 초점이 맞춰져 있다.반감기가 매우 긴 동위원소를 보유하고 있기 때문에 수천 년 동안 지속될 수 있는 감금시설 설계라는 맥락에서 특히 우려된다.그것은 유용한 플루토늄 동위원소를 생산하기 위한 방사성 추적기와 다양한 핵반응의 전조로서 제한된 용도를 발견했다.그러나 원전 내 반응 부산물로 생산되는 넵투늄은 대부분 폐기물로 간주된다.^[19][70]

생산

합성

현재 지구에 존재하는 넵투늄의 대부분은 핵반응에서 인공적으로 생성되었다.넵투늄-237은 중성자 포획을 통해 둘 다 생성될 수 있는 유일한 동위원소이기 때문에 가장 일반적으로 합성된 동위원소로, 또한 무게 있는 양이 쉽게 분리될 수 있을 만큼 충분히 긴 반감기를 가지고 있다.이와 같이 원소의 화학 연구에 이용되는 동위원소는 단연코 가장 보편적인 것이다.^[26]

• U 원자가 중성자를 포획하면 흥분상태 U로 전환된다. 흥분한 U핵의 약 81%가 핵분열을 겪지만 나머지는 감마선을 방출하여 U의 지상상태로 붕괴한다.더 많은 중성자 포획은 7일의 반감기를 가진 U를 생성하고 베타 붕괴를 통해 빠르게 Np로 해독한다.베타 붕괴 동안 흥분한 U는 전자를 방출하는 반면 원자 약자 상호작용은 중성자를 양성자로 변환시켜 Np를 생성한다.^[26]

${\displaystyle {\begin{cases}{\ce {^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{236m}_{92}U ->[][120 \ {\ce {ns}}] ^{236}_{92}U + \gamma}}\\{\ce {^{236}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{237}_{92}U ->[\beta^-][6.75 \ {\ce {d}}] ^{237}_{93}Np}}\end{cases}}}$

• ²³⁷U는 또한 U에 대한 (n,2n) 반응을 통해 생성된다. 이것은 매우 정력적인 중성자에서만 일어난다.^[26]
• ²³⁷np는 우라늄-238의 중성자 조사를 통해 생성되는 Am의 알파 붕괴 산물이다.^[26]

넵투늄의 무거운 동위원소는 빠르게 붕괴하고, 넵투늄의 가벼운 동위원소는 중성자 포획으로 생산할 수 없으므로 냉각된 사용후핵연료에서 넵투늄의 화학적 분리는 거의 순수한 Np를 제공한다.^[26]방사성 추적기로 유용하게 쓰이는 단수 중량 동위 원소 Np와 Np는 각각 Np와 U의 중성자 조사를 통해 생성되며, 장수 라이터 동위 원소 Np와 Np는 사이클로트론에서 양성자와 중수자를 가진 U의 조사를 통해 생성된다.^[26]

인공 Np 금속은 보통 약 1200 °C에서 액체 바륨이나 리튬과 NpF의₃ 반응을 통해 격리되며 플루토늄 생산의 부산물로 사용후 핵연료봉에서 킬로그램으로 추출되는 경우가 가장 많다.^[32]

2 NpF₃ + 3Ba → 2Np + 3BaF₂

중량별로는 넵투늄-237 배출량이 플루토늄 배출량보다 약 5% 정도 크고 사용후핵연료 배출량의 약 0.05%에 이른다.^[73]하지만, 이 분율조차도 전세계적으로 여전히 연간 50톤 이상에 달한다.^[74]

정화 방법

재사용하기 위해 사용후핵연료에서 우라늄과 플루토늄을 회수하는 것은 핵연료 주기의 주요 과정 중 하나이다.알파 방출체 Np는 200만년 남짓한 긴 반감기를 갖고 있어 사용후핵연료에서 분리된 경미한 액티니이드의 주요 동위원소 중 하나이다.^[75]넵투늄을 분리하기 위해 많은 분리 방법이 사용되어 왔으며, 작거나 큰 규모로 운용되고 있다.소규모 정화작업은 금속성 넵투늄과 그 화합물의 전구체로 순수 넵투늄을 준비하고, 분석을 위해 시료에서 넵투늄을 분리·선입적으로 만드는 것을 목표로 한다.^[75]

넵투늄 이온을 분리하는 대부분의 방법은 용액에서 넵투늄의 다른 산화 상태(+3 ~ +6 또는 때로는 +7)의 다른 화학적 작용을 이용한다.^[75]거나 사용된 것이 방법 가운데:추출(다양한 extractants, 보통 치아가 많은 β-diketone 파생 상품, 유기 인산 화합물, 아민 화합물을 사용하여), 크로마토 그래피 다양한 이온 교환 또는chelating 수지, 공동 침전(가능한 매트릭스 LaF3, BiPO4, BaSO4, 철 성분(OH을 포함한다)3을 이용하고 MnO2), electrodepos 용제다.ition, 그리고 생명공학적인 방법.^[76]현재 상업용 재처리 공장은 인산염 트리뷰틸을 사용한 우라늄과 플루토늄의 용매 추출과 관련된 Purex 공정을 사용하고 있다.^[72]

화학 및 화합물

용액화학

수용액에 있을 때 넵투늄은 6개의 가능한 산화 상태(+2 ~ +7) 중 어느 하나에서나 존재할 수 있으며, 이들 각각은 독특한 색을 나타낸다.^[2]각 산화 상태의 안정성은 산화제나 환원제의 유무, 용액의 pH, 조정 복합형성 리간드의 유무, 용액의 넵투늄 농도 등 다양한 요인에 의해 크게 좌우된다.^[77]

산화 주	대표 화합물
2	[K(2.2.2-crypt)][NpCp]3
3	염화 넵투늄, K[NpCp4]
4	넵투늄(Neptunium).IV) 산화물, NpCp4
5	플루오르화 넵투늄(V)
6	넵투늄(VI) 불소화, NpO2+ 2
7	넵투늄(VII) 산화물-수산화물, NpO3+ 2

산성 용액에서 넵투늄(III)에서 넵투늄(VII) 이온은 Np³⁺, Np⁴⁺, Np, NpO⁺
₂, NpO²⁺
₂, NpO, NpO로⁺
₃ 존재한다.기본 용액에서 산화물 및 수산화물 Np(OH),₃ NpO₂, NpOOh,₂ NpO₂(OH),₂ NpO³⁻
₅(OH), NpO로 존재한다.넵투늄을 기본 용액에서 특징짓는 일은 그리 많지 않다.^[77]Np와³⁺ Np는⁴⁺ NpO와⁺
₂ NpO처럼²⁺
₂ 서로 쉽게 감소하고 산화시킬 수 있다.^[78]

넵투늄(Neptunium).III)

Np(III) 또는 Np는³⁺ 산성 용액 Np(HO
₂)에서 수화 복합체로 존재한다.³⁺
_n^[19]그것은 짙은 청색 퍼플이며, 밝은 착향료인 분홍색 희토류 이온 Pm과³⁺ 유사하다.^[19][79]산소가 있는 곳에서는 강력한 환원제도 존재하지 않는 한 Np(IV)로 빠르게 산화된다.그럼에도 물 속 넵투늄 이온 중 2번째로 쉽게 가수 분해돼 NpOH²⁺ 이온을 형성한다.^[80]Np는³⁺ pH 4–5 용액의 지배적인 넵투늄 이온이다.^[80]

넵투늄(Neptunium).IV)

Np(IV) 또는 Np는⁴⁺ 산성 용액에서 옅은 황록색이며,^[19] 여기서 수화 복합체(Np(HO
₂))⁴⁺
_n로 존재한다.pH 1 이상에서 산성의 수용액에서 가수분해하여 NpOH를³⁺ 형성하는 것은 상당히 불안정하다.^[80]기본 용액에서 Np는⁴⁺ 중성 넵투늄을 형성하기 위해 가수 분해하는 경향이 있다(IV) 수산화물(Np(OH))₄ 및 넵투늄()IV) 산화물(NpO₂).^[80]

넵투늄(V)

Np(V) 또는 NpO는⁺
₂ 수용액에서 녹청색이며,^[19] 이 용액에서 강한 루이스 산으로 작용한다.^[77]이것은 안정된 이온이며^[77] 수용액에서 넵투늄의 가장 흔한 형태다.NpO는⁺
₂ 인접한 호몰로어 UO와⁺
₂ PuO와는⁺
₂ 달리 매우 낮은 pH와 높은 농도를 제외하고는 자연적으로 불균형하지 않다.^[78]

2 NpO⁺
₂ + 4 H⁺ ⇌ Np⁴⁺ + NpO²⁺
₂ + 2 H₂O

기본 용액에서 가수분해하여 NPOh와 NpO
₂(OH)를 형성한다.⁻
₂^[80]

넵투늄(VI)

넵투닐 이온인 Np(VI) 또는 NpO는²⁺
₂ 산성 용액에서 연분홍색 또는 적갈색을 보이고 그렇지 않으면 황록색을 나타낸다.^[19]강한 루이스 산으로^[77] pH 3–4 용액에서 만나는 주 넵튠 이온이다.^[80]산성 용액에서는 안정적이지만, Np(V) 이온으로 상당히 쉽게 감소하며,^[77] 인접 우라늄과 플루토늄(천왕성과 플루토늄 이온)의 동질 육각 이온만큼 안정적이지 않다.기본 용액에서 가수분해하여 옥소와 수산화 이온 NpOOh,₂⁺²⁺
₂ (NpO
₂)(
₂OH), (NpO
₂)(
₃OH)를 형성한다.⁺
₅^[80]

넵투늄(VII)

NP(VII)는 강력한 기본 솔루션에서 진한 녹색이다.기본적인 용액의 화학식이 NpO로³⁻
₅ 자주 언급되지만, 이것은 단순화되었고 실제 구조는 아마도 [NpO
₄(OH)]
₂^{3−
[19][79]}와 같은 수산화 종에 더 가까울 것이다.Np(VII)는 1967년 기본 솔루션으로 처음 준비됐다.^[77]강력한 산성 용액에서 Np(VII)는 NpO로⁺
₃ 발견되며, 물은 이를 Np(VI)로 빠르게 감소시킨다.^[77]그것의 가수 분해 제품은 특징이 없다.^[80]

수산화물

넵투늄의 산화물과 수산화물은 그 이온과 밀접한 관련이 있다.일반적으로 다양한 산화 수준의 Np 수산화물은 토륨, 우라늄과 같은 주기율표에 오르기 전의 액티니이드보다 안정성이 낮고 플루토늄, 아메리슘과 같은 주기율표상보다 안정성이 높다.이 현상은 이온의 반경에 대한 원자 수의 비율이 증가함에 따라 이온의 안정성이 증가하기 때문이다.따라서 주기율표에 더 높게 작용하면 더 쉽게 가수분해를 겪게 된다.^[77][80]

넵투늄(III) 수산화물은 산성 용액과 산소가 부족한 환경에서는 상당히 안정적이지만 공기 중에 IV 상태로 빠르게 산화한다.그것은 물에 녹지 않는다.^[70]Np(IV) 수산화물은 주로 전기 중성 Np(OH)₄로 존재하며, 물 속에서의 가벼운 용해도는 용액의 pH에 의해 전혀 영향을 받지 않는다.이는 다른 Np(IV) 수산화물인 Np(OH)⁻
₅의 존재감이 크지 않음을 시사한다.^[80][81]

Np(V) 이온 NpO는⁺
₂ 매우 안정적이기 때문에 높은 산도 수준에서만 수산화물을 형성할 수 있다.0.1 M sodium perclorate 용액에 넣으면 어금니 농도가 3.0 M이면 수산화물 NpOOh에 거의 즉각 반응하지만 수개월 동안 크게 반응하지 않는다.Np(VI) 수산화물은 반응성이 더 높지만 산성 용액에서는 여전히 상당히 안정적이다.그것은 다양한 이산화탄소 압력 하에서 오존이 존재하는 곳에서 NpO와₃ HO₂ 복합체를 형성할 것이다.np(VII)는 제대로 연구되지 않았으며 중성 수산화물은 보고되지 않았다.그것은 아마도 대부분 [NpO
₄(OH)]
₂^{3−
[80][82][83][84]}로 존재할 것이다.

산화제

일부 연구에서는^[85] 이 중 처음 두 개만 존재한다고 밝혔으나, NpO, NpO₂₂₅, NpO₅₈ 세 개의 무수 넵투늄 산화물이 보고되었으며, 이는 NpO의₅₈ 주장이 실제로 NpO에₂₅ 대한 잘못된 분석의 결과임을 시사한다.그러나 넵투늄과 산소 사이에서 일어나는 반응의 전부는 아직 연구되지 않았기 때문에, 이 중 어느 것이 정확한지는 확실하지 않다.산화상태에서 넵투늄 산화물(Netupium oxide)이 가능한 한 높은 산화상태에서 넵투늄과 함께 생산되지 않았지만, 넵투늄 산화물(Netupium oxide)은 낮은 산화상태에서 더 안정적이다.이러한 행동은 공기 중 옥시아시드의 넵투늄 염을 단순히 태우면 NpO가₂ 생성될 수 있다는 사실에서 잘 드러난다.^{[19][86][87][88]}

녹갈색 NpO는₂ 광범위한 압력 및 온도 범위에서 매우 안정적이며 낮은 온도에서 위상 전환을 겪지 않는다.압력이 방출되면 원래 단계로 복귀하지만 33-37GPA에서 얼굴 중심 입방체에서 정형외과로 위상 전환을 보여준다.최대 2.84 MPa의 산소 압력과 최대 400 °C의 온도에서 안정 상태를 유지한다.NpO는₂₅ 흑갈색과 단색이며 격자 크기는 418×658×409 피코메트리다.비교적 불안정하며 420-695°C에서 NpO와₂ O로₂ 분해된다.NpO는₂₅ 처음에는 상호 모순되는 방법으로 생산한다고 주장하는 여러 연구 대상이었지만, 결국 과산화 넵투늄을 300~350℃로 가열하거나 180℃에서 앰플의 물층 아래에서 가열하여 성공적으로 준비되었다.^{[86][88][89][90]}

넵투늄은 알칼리 금속과 알칼리성 흙 금속으로 형성된 넵투니 산화물도 지금까지 가장 많이 연구되어 왔지만, 원소가 다양한 산화물 화합물을 형성하고 있다.3차 넵투늄 산화물은 일반적으로 다른 원소의 산화물과 NpO를₂ 반응시키거나 알칼리성 용액에서 침전시켜 형성된다.LiNpO는₅₆ 400 °C에서 LiO와₂ NpO를₂ 16시간 동안 반응시키거나 400 °C에서 LiO와₂₂ NpO₃ · HO를₂ 16시간 동안 쿼츠 튜브와 흐르는 산소를 반응시켜 준비했다.알칼리닌 넵튠 화합물 KNPO₃₅, CsNpO₃₅, RbNpO는₃₅ 모두 유사한 반응에 의해 생성된다.

NpO₂ + 3 MO₂ → MNPO₃₅ (M = K, Cs, Rb)

산화 화합물 KNPO₄, CsNpO₄, RbNpO는₄ 알칼리 금속 질산염과 오존의 화합물과 Np(VII)([NpO
₄(OH)]
₂³⁻
를 반응시켜 형성된다.고체₃ 알칼리 및 알칼리성 과산화물로 NpO와 물을 15~30시간 동안 400~600℃의 온도에서 반응시켜 추가 화합물이 생성되었다.그 중에는 Ba₃(NpO₅),₂ BaNaNpO₂₆, BaLiNpO₂₆ 등이 있다.또한, 산소가 흐르는 환경에서 고체상태 NpO와₂ 알칼리성 또는 알칼리성 토양산화물을 반응시켜 상당수의 헥사발 넵투늄산화물이 형성된다.그 결과 발생하는 많은 화합물들은 또한 우라늄을 넵투늄으로 대체하는 동등한 화합물을 가지고 있다.지금까지 특징지어졌던 화합물로는 NaNpO₂₂₇, NaNpO₄₅, NaNpO₆₆, NaNpO₂₄ 등이 있다.이는 NpO와₂ NaO의₂ 다른 조합을 다양한 온도 임계값으로 가열하여 얻을 수 있으며, 추가 가열은 또한 이러한 화합물들이 서로 다른 넵투늄 할당량을 나타내게 할 것이다.리튬부 넵튠 산화물 LiNpO와₆₆ LiNpO는₄₅ NpO와₂ LiO의₂ 반응과 유사하게 얻을 수 있다.^{[91][92][93][94][95][96][97][98]}

CsNpO₄₅₁₇, CsNpO₂₃₁₀ 등 알칼리성·알칼리성 넵튠옥사이드 화합물이 대거 추가 생산되는 것이 특징이다.넵투늄은 또한 이러한 화합물들이 훨씬 덜 연구되고 있지만, 3그룹에서 7그룹까지 많은 추가 원소를 가진 3차 산화물들을 형성하는 것으로 관찰되었다.^{[91][99][100]}

할리데스

비록 넵투늄 할로겐화합물이 산화물만큼 잘 연구되지는 않았지만, 꽤 많은 수의 화합물이 성공적으로 특징지어졌다.이 중, 넵투늄 불소는 가장 광범위하게 연구되어 왔는데, 주로 원소와 핵폐기물 제품을 분리하는 데 사용될 가능성이 있기 때문이다.NpF₃, NpF₄, NpF, NpF₅, NpF₆ 등 4개의 바이너리 넵투늄 불소화합물이 보고됐다.처음 두 가지는 상당히 안정적이며, 다음과 같은 반응을 통해 1947년에 처음 준비되었다.

NpO₂ +1⁄2 H₂ + 3 HF → NpF₃ + 2 HO₂ (400°C)

NpF₃ + 1⁄2₂ O + HF → NpF₄ + 1⁄2 HO₂ (400°C)

이후 NpF는₄ 불소화 수소 또는 순수 불소 가스의 혼합물에서 다양한 온도로 NpO를₂ 가열하여 직접 얻었다.NpF는₅ 훨씬 더 만들기 어렵고 대부분의 알려진 준비 방법에는 다양한 다른 불소 화합물과 NpF₄ 또는 NpF₆ 화합물을 반응시키는 것이 포함된다.NpF는₅ 약 320 °C까지 가열하면 NpF와₄ NpF로₆ 분해된다.^{[101][102][103][104]}

NpF₆ 또는 넵투늄 헥사플루오라이드는 인접 액티닌 화합물인 우라늄 헥사플루오라이드(UF₆)와 플루토늄 헥사플루오라이드(PUF₆)와 마찬가지로 휘발성이 매우 강하다.이러한 변동성은 사용후 핵발전소 연료봉에서 넵투늄을 추출하는 간단한 방법을 고안하기 위한 시도로 이 화합물에 많은 관심을 끌었다.NpF는₆ 매우 높은₃ 온도에서 NpF와 기체 플루오린을 반응시켜 1943년에 처음 준비되었고, 특별히 준비된 장비에서₄ NpF를 가열하고 순수한 플루오린을 그것에 떨어뜨려 1958년에 첫 대량량을 얻었다.넵투늄 헥사플루오라이드를 성공적으로 생산한 추가적인 방법으로는 BrF와₃ BrF를₅ NpF와₄ 반응시키고 여러 가지 다른 넵투늄 산화물 및 불소 화합물을 무수 수소 플루오르화물로 반응시키는 방법이 있다.^{[102][105][106][107]}

넵투늄 옥시플루오리드 화합물인 NpOF₂, NpOF₃, NpOF₂₂, NpOF₄ 등 네 가지 넵투늄 화합물이 보고됐지만 광범위하게 연구된 것은 없다.NpOF는₂₂ 핑크빛 고체로서 약 330 °C에서 순수불소(fluorine)로 NpO₃ · HO₂, NpF를₂₅ 반응시켜 대비할 수 있다.NpOF와₃ NpOF는₄ 다양한 온도에서 넵투늄 산화물(Netupium oxide)을 무수 수소 플루오르화물과 반응시켜 만들 수 있다.또한 넵투늄은 다양한 원소를 가진 다양한 불소 화합물을 형성한다.이러한 특징으로는 CsNpF₆, RbNpF₂₇, NaNpF₃₈, KNpOF₃₂₅ 등이 있다.^{[102][104][108][109][110][111][112]}

염소산 넵튠 2종인 NpCl과₃ NpCl이₄ 특징이다.NpCl을₅ 만들려는 시도가 여러 차례 있었지만 성공하지 못했다.NpCl은₃ 수소와 탄소 테트라클로라이드(CCl₄)로 이산화 넵투늄을 감소시켜 생성되며, NpCl은₄ 약 500℃에서 CCl로₄ 넵투늄 산화물을 반응시켜 생성된다.NpOCl₂, CsNpCl₂₆, CsNpCl₃₂₄, CsNpCl, CsNaNpCl₂₆ 등 다른 넵튠 염화합물도 보고됐다.또한 Npuinium Bromides NpBr과₃ NpBr도₄ 생성되었다. 후자는 350°C에서 알루미늄 브로미드를 NpO와₂ 반응시키고 전자는 아연이 존재하지만 거의 동일한 절차로 반응시킴으로써 만들어졌다.요오드화 넵투늄 NpI도₃ NpBr과₃ 같은 방법으로 준비되었다.^{[113][114][115]}

칼코게니데스, 닌티데스, 탄화물

넵투늄 찰코겐과 피닉토겐 화합물은 주로 그들의 전자적, 자기적 특성과 자연환경에서의 상호작용에 대한 연구의 일부로서 잘 연구되어 왔다.Pnictide와 카바이드 화합물도 관심을 끌었다. 비록 후자 집단은 전자에 비해 거의 많은 연구를 하지 않았지만, 몇몇 첨단 원자로 설계의 연료에 존재하기 때문이다.^[116]

칼코제니데스

순수 황화합물 Nps, Nps₃, Nps₂₅, Nps, Nps₃₅, Nps, Nps₂₃, Nps를₃₄ 포함한 다양한 넵투늄 화합물이 특징지어졌다.이 중 NpS는₂₃ 약 1000℃에서 황화수소, 이황화탄소와 NpO를₂ 반응시켜 준비한 것으로 가장 잘 연구되고 있으며 3가지 균등형식이 알려져 있다.α 형태는 약 1230 °C, β는 최대 1530 °C까지 존재하며, α 형태는 높은 온도에서 Nps로도₃₄ 존재할 수 있다.NpS는 1600°C에서 NpS와₂₃ 넵투늄 금속을 반응시켜 만들 수 있고, NpS는₃₅ 500°C에서 NpS를₂₃ 분해하거나 650°C에서 황과 넵투늄 하이드라이드를 반응시켜 만들 수 있다.NpS는₂₅ NpS와₃₅ 순수 황을 혼합하여 500 °C로 가열하여 만든다.Nps의₂₃ β 및 γ 형태를 제외한 모든 넵투늄 황화물은 등가 우라늄 황화물을 포함한 등가구조물이며, Nps, α-Nps₂₃, β-Nps를₂₃ 포함한 여러 가지도 등가 플루토늄 황화물을 포함한 등가구조물이다.옥시설피드 NpOS, NpOS₄₄, NpOS도₂₂ 만들어졌지만, 후자의 세 가지는 잘 연구되지 않았다.NpOS는 1985년 진공 밀봉으로 NpO₂, NpS₃₅, 순황 등을 석영관에 넣고 1주일 동안 900℃로 가열해 처음 준비했다.^{[116][117][118][119][120][121][122]}

보고된 넵투늄 셀레니드 화합물은 NpSe, NpSe₃, NpSe₂₃, NpSe₂₅, NpSe₃₄, NpSe₃₅ 등이다.이 모든 것은 넵투늄 하이드라이드와 셀레늄 금속을 오랜 시간 동안 진공상태에서 다양한 온도로 가열함으로써 얻어졌을 뿐이며, NpSE는₂₃ 비교적 높은 온도에서 γ 할당로프에만 존재하는 것으로 알려져 있다.두 개의 넵투늄 옥시셀레니드 화합물인 NpOSe와 NpOSe는₂₂ 넵투늄 하이드라이드를 이산화 넵투늄으로 대체하여 유사한 방법으로 형성된다.알려진 넵투늄 텔루라이드 화합물 NpTe, NpTe₃, NpTe₃₄, NpTe₂₃ 및 NpOTe는₂₂ 셀레니데스 및 Np와₂ 유사한 절차에 의해 형성된다.OTe는₂ 동등한 우라늄과 플루토늄 화합물과 등축된다.넵투늄-폴로늄 화합물은 보고되지 않았다.^{[116][122][123][124][125]}

Pnictide 및 카바이드

질화 넵투늄(NpN)은 1953년 넵투늄 하이드라이드와 암모니아 가스를 약 750°C에서 4중주 모세관(quartz capillary tube)에 반응시켜 처음 준비했다.이후 다양한 온도에서 질소와 수소의 다른 혼합물을 넵투늄 금속과 반응시켜 생산되었다.또한 1550 °C에서 이산화 넵투늄을 이원자 질소 가스로 감소시킴으로써 생성되었다.NpN은 우라늄 모노니트라이드(UN)와 플루토늄 모노니트라이드(PuN)로 이형성이 있으며, 약 1 MPa의 질소압에서 2830°C의 녹는점을 가지고 있다.NpP와 NpP라는₃₄ 두 개의 넵투늄 인산염 화합물이 보고되었다.첫 번째는 얼굴 중심의 입방구조로 넵투늄 금속을 분말로 변환한 뒤 350℃에서 인광가스로 반응해 준비한다.npP는₃₄ 넵투늄 금속을 진공 740 °C에서 적색 인과 반응시킨 후 여분의 인이 승화되도록 함으로써 생성될 수 있다.이 화합물은 물과 반응하지 않지만 질산과 반응하여 Np(IV) 용액을 만든다.^{[126][127][128]}

npa, npAs₂, npAs, npAs₃₄ 등 3개의 넵투늄 비소화합물이 준비됐다.처음 두 개는 비소와 넵투늄 하이드라이드를 진공 밀봉된 튜브에서 약 1주일 동안 가열하여 처음 만들어졌다.이후 NpAs도 넵투늄 금속과 비소를 진공관에 담가 쿼츠 막으로 분리하고 넵투늄의 용융점 639℃ 바로 밑까지 가열해 비소의 승화점 615℃보다 약간 높은 639℃로 가열하는 방식으로 만들어졌다.NpAs는₃₄ 유사한 절차에 의해 수송제로 요오드를 사용하여 준비된다.NpAs₂ 결정체는 갈색의 금색이고 NpAs는₃₄ 검은색이다.넵투늄 안티몬화합물 NpSb는 두 원소를 동일한 양으로 진공관에 넣어 안티몬의 용해점까지 가열한 뒤 16일 동안 1000 °C까지 가열해 1971년 만들어졌다.이 절차는 또한 추가적인 항이몬화합물 NpSb의₃₄ 미량도 생성했다.넵투늄-비스무트 화합물인 NpBi도 보고되었다.^{[126][127][129][130][131][132]}

넵투늄 카바이드 NpC, NpC₂₃, NpC₂(가칭)는 보고된 바 있으나 첨단 원자로 연료로서 액티나이드 카바이드의 중요성과 효용성이 높음에도 불구하고 구체적으로 특성화되지는 않았다.NpC는 비스토리치계 화합물로, NpC_x(0.82 x x 0 0.96)로 더 잘 표시할 수 있다.1400 °C에서 흑연으로 넵투늄 하이드라이드의 반응 또는 텅스텐 전극을 사용하여 구성 요소를 전기 아크로에서 함께 가열하여 얻을 수 있다.그것은 과잉 탄소와 반응하여 순수한 NpC를₂₃ 형성한다.NpC는₂ 2660–2800 °C에서 흑연 도가니에서 NpO를₂ 가열하여 형성된다.^{[126][127][133][134]}

기타 무기질

하이드라이드

넵투늄은 인접 플루토늄과 유사한 방식으로 수소와 반응하여 하이드리드 NpH_2+x(얼굴 중심 입방체)와 NpH₃(헥사각형)를 형성한다.이들은 해당 플루토늄 하이드라이드를 포함한 등구조물이지만, PuH와_2+x 달리 수소 함량(x)이 증가할수록 NpH의_2+x 격자 매개변수는 더 커진다.하이드라이드는 300 °C의 진공에서 분해되어 미세하게 분할된 넵투늄 금속을 형성하기 때문에 취급에 있어 극도의 주의가 필요하다.^[135]

인산염, 황산염, 탄산염

화학적으로 안정적이기 때문에, 넵투늄 인산염은 핵폐기물을 고정시키는데 사용될 가능성이 있는 것으로 조사되어 왔다.녹색 고체인 넵투늄 피로인산염(α-NpPO₂₇)은 1100 °C에서 이산화 넵투늄과 붕소인산염 사이의 반응으로 넵투늄은 비록 넵투늄은 ()IV) 인산염은 지금까지 눈에 띄지 않았다.M이 알칼리 금속(Li, Na, K, Rb 또는 Cs)인 NpM₂(PO₄)의 일련의 화합물이 모두 알려져 있다.₃일부 넵투늄 황산염은 수성 및 고체 모두와 넵투늄의 다양한 산화 상태(IV에서 VI까지 관찰됨)에서 특성이 확인되었다.또한, 넵투늄 탄산염은 지질 저장소와 환경에서 넵투늄의 행동을 더 잘 이해하기 위해 조사되었으며, 여기서 탄산염과 중탄산염 수용액 용액과 접촉하고 수용성 복합체를 형성할 수 있다.^[136][137]

유기농법

넵투늄의 희소성과 방사능 때문에 우라늄에 비해 많지는 않지만 몇몇 오르간옥탑튜늄 화합물이 알려져 있고 화학적으로 특징지어진다.가장 잘 알려진 오르가노렙투늄 화합물은 사이클로펜타디닐과 사이클로옥타테트라에닐 화합물과 그 파생물이다.^[138]3가 사이클로펜타디엔틸 화합물 Np(CH₅₅)·.₃THF는 1972년에 나트륨으로 Np₅₅(CH)₃Cl 반응으로부터 얻었지만, 더 단순한 Np(CH₅₅)는 얻을 수 없었다.^[138]적갈색 복합체인 사타원 넵투늄 사이클로펜타디엔틸은 1968년 넵투늄(Netupunium)을 반응시켜 합성되었다.IV) 시클로펜타디엔화칼륨을 함유한 염화물:^[138]

NpCl₄ + 4 KC₅H₅ → Np(C₅H₅)₄ + 4 KCl

벤젠과 THF에 용해되며, Pu(CH₅₅),₃ Am(CH₅₅)에 비해 산소와 물에 덜 민감하다.₃^[138]다른 Np(IV) 사이클로펜타디엔틸 화합물은 많은 리간드로 알려져 있다: 그들은 일반적인 공식 (CH₅₅)₃NpL을 가지고 있는데, 여기서 L은 리간드를 나타낸다.^[138]Nputunocene, Np(CH₈₈)₂는 1970년에 넵투늄(Netupunium)을 반응시켜 합성되었다.IV) K₂(CH₈₈)를 사용한 염화물.천왕성과 플루토노세에는 이형성이며 화학적으로 동일하게 작용한다. 세 화합물은 모두 물이나 묽은 염기에 무감각하지만 공기에 민감하여 산화물 형성에 빠르게 반응하며 벤젠과 톨루엔에 약간만 용해된다.^[138]알려진 다른 알려진 넵투늄 사이클로옥테트라에닐 파생상품으로는 해당 플루토늄 화합물에 대한 이등구조적인 NP(RCH₈₇)₂ (R = 에탄올, 부탄올)와 KNP(CH₈₈)/2THF가 있다.^[138]또한 넵튠 하이드로카르빌이 준비되었으며, 넵튠의 용해된 3iodide 복합체들은 많은 유기농 넵투늄과 무기농 넵투늄 화합물의 전구체다.^[138]

조정 콤플렉스

넵투늄의 조정화학에는 많은 관심이 있는데, 그 다섯 가지 산화 상태가 모두 그들만의 독특한 화학적 작용을 나타내며, 액티니이드의 조정화학은 액티니드 수축(액티니이드 시리즈에 걸쳐 이온 라디아가 예상보다 크게 감소함)에 의해 크게 영향을 받기 때문이다.ntanide ^[139]수축

솔리드 스테이트

Np(III)는 수용액에 있을 때 대기 산소에 의해 쉽게 산화되기 때문에 넵투늄(III) 조정 화합물은 거의 알려져 있지 않다.단, 포름알데히드 설폭실산나트륨은 Np(IV)를 Np(III)로 감소시켜 산화력이 낮은 상태를 안정시키고 Np
₂(CO
_2
4)·
₃11HO₂, Np
₂(CHASO
_6
5
3)·
₃HO₂, Np
₂[CH
_6
4(OH)COO]와 같은 다양한 예비 수용성 Np(III) 조정 콤플렉스를 형성할 수 있다.
₃^[139]

많은 넵투늄().IV) 조정 화합물이 보고되었으며, 첫 번째 화합물은 (EtN
₄)Np(NCS)
₈이며, 이는 유사 우라늄과 등위 구조화된다().IV) 조정 화합물.^[139]다른 Np(IV) 조정 화합물이 알려져 있으며, 일부는 코발트(CoNpF
_2
10·8)와 같은 다른 금속을 포함한다.HO₂, 400K) 및 구리(CuNpF
_2
10/6)에서 형성됨600K₂)^[139]에서 형성된 HO.1986년과 1987년에 이를 생산한 실험자들이 진한 질산염에서 주위 온도에서 Np(IV) 용액의 느린 증발과 과도한 2,2 crystals-피리미딘으로 단일 결정체를 생산했다는 것 또한 알려져 있다.^[139]

넵투늄(V)의 조정화학은 이미 액티비닐 이온으로 알려진 고체 상태의 양이온 상호작용의 존재로 인해 광범위하게 연구되어 왔다.^[139]그러한 화합물로는 넵투닐 다이머 Na
₄(NpO
₄)
₂가 있다.CO
_12
12·8HO와₂ 넵투늄 글리콜레이트 둘 다 녹색 결정을 형성한다.^[139]

넵투늄(VI) 화합물은 단순한 옥살레이트 NpOCO
_2
2
4(불안정한 상태로 보통 NP(IV)가 되는 것)부터 녹색(NH
₄)
₄NpO
₂(CO
₃)와 같은 복잡한 화합물까지 다양하다.
₃^[139]MAnO
_4
2(CO
₃) 형태의 화합물에 대한 광범위한 연구가 수행되어
₃왔으며, 여기서 M은 단발효 계수를 나타내고 An은 우라늄, 넵투늄 또는 플루토늄이다.^[139]

1967년, 넵투늄(VII)이 발견된 이후, +7 산화 상태의 넵투늄과의 일부 조정 화합물이 준비되고 연구되고 있다.처음 보고된 화합물은 1968년에 Co(NH
₃)
₆NpO
₅·nHO로₂ 특징지어졌으나, 1973년에 실제로 [Co(NH
₃)][
₆NpO
₄(OH)]·
₂2라는 공식을 갖는 것이 제안되었다.HO는₂ 수용액에서 Np(VII)가 [NpO
₄(OH)]
₂³⁻
로 발생한다는 사실에 근거한다.^[139]이 화합물은 최대 가장자리 길이가 0.15–0.4 mm인 짙은 녹색 프리즘 결정을 형성한다.^[139]

수용액으로

용액에서 알려진 대부분의 넵투늄 조정 콤플렉스는 +4, +5 및 +6 산화 상태에 있는 원소를 포함한다. 넵투늄(III) 및 (VII) 조정 콤플렉스에 대한 연구는 몇 가지밖에 수행되지 않았다.^[140]전자의 경우 NpX2+과 NpX+2(X)당분이나 지방 말고도, Br)1966년에 집중되어 LiCl과 LiBr솔루션에서 각각:후자는 1970년 실험은 NpO3+2 이온 NpO2SO+4과 NpO2(SO4)−2 같은 산성 해결책에 황산 단지를 구성할 수 있다는 것을 발견했다;이것들은 neptunyl 이온(NpO2+보다 높은 안정성 상순 것으로 밝혀져 입수되었다.2).[140]다른 넵투늄 산화 상태의 많은 복합체가 알려져 있다: 관련된 무기질 리간드는 할로겐화물, 요오드산염, 아지드산염, 질화산염, 티오시아네이트, 황산염, 탄산염, 크롬산염, 인산염이다.많은 유기농 리간드는 아세테이트, 프로피온산, 글리콜레이트, 젖산, 옥살레이트, 말론산염, 프탈레이트, 숙성, 구연산염 등 넵투늄 조정 복합체에 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다.^[140]

인접국, 우라늄, 플루토늄과 유사하게 복합형성 능력 측면에서 넵튠 이온의 순서는 Np⁴⁺ > NpO²⁺
₂ > Np³⁺ > Np⁺
₂. (중간 두 넵튠 이온의 상대 순서는 사용된 리간드와 용제에 따라 달라진다.)^[140]단발성 무기질 리간드가 있는 Np(IV), Np(V), Np(V) 및 Np(VI) 단지의⁻ 안정성
₂⁻
₄ 순서는 F⁻ > HPO > SCN > NO⁻
₃ > Cl⁻ > Cl > Clo이며⁻
₄, 분할 무기질 리간드의 순서는 CO²⁻
₃ > HPO²⁻
₄ > SO이다²⁻
₄.이것들은 해당 산의 강점을 따른다.이분 리간드는 단발성 리간드보다 더 강하게 복잡하다.^[140]NpO는⁺
₂ 또한 과염소산 용액에서 복합 이온[NpOM⁺
₂³⁺
] (M = Al, Ga, Sc, In, Fe, Cr, Rh)을 형성할 수 있다: 두 양이온 사이의 상호작용 강도는 Fe > In > Sc > Ga > Al의 순서를 따른다.^[140]넵투닐과 천왕성 이온도 함께 콤플렉스를 형성할 수 있다.^[140]

적용들

플루토늄 생산의 전구체

Np의 중요한 용도는 플루토늄 생산의 전구로서, 중성자로 조사하여 우주선과 군사용 응용을 위한 방사성 동위원소 열 발생기의 알파 방출체인 Pu를 생성한다.²³⁷np는 중성자를 포획해 Np를 형성하고 pu까지 이틀 남짓의 반감기로 베타 붕괴를 한다.^[141]

${\displaystyle {\ce {^{237}_{93}Np + ^{1}_{0}n -> ^{238}{93}Np ->[\beta^-][2.117 \{d}}}}}^{238}_{94}Pu}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

²³⁸Pu는 사용후 핵연료에도 상당한 양이 존재하지만 플루토늄의 다른 동위원소와 분리되어야 한다.^[142]넵투늄-237을 전자빔으로 조사하여 브렘스스트라흘룽을 자극하면 동위원소 플루토늄-236의 꽤 순수한 샘플도 생성되어 환경에서 플루토늄 농도를 측정하는 추적기로 유용하다.^[142]

무기

넵투늄은 핵분열성이 있으며, 이론적으로 임계 질량이 약 60kg인 고속 중성자 원자로나 핵무기에 연료로 사용될 수 있다.^[74]1992년 미국 에너지부는 넵투늄-237이 "핵폭발장치에 사용될 수 있다"^[143]는 성명을 발표했다.실제 무기가 넵투늄을 이용해 만들어졌다고는 믿지 않는다.2009년 현재 상업용 원자로에 의한 넵투늄-237의 세계 생산량은 연간 1000개 이상의 임계 질량이었지만, 조사 연료 요소로부터 동위원소를 추출하는 것은 주요 산업 과제가 될 것이다.^[144]

9월 2002년에 로스 알라모스 국립 연구소 연구원들이 간단히,neptunium-237"kg추를 높은 50대의 낮은 60대까지 범위"[1]의 헐벗은 구의 임계 질량에 보여 주는 측면에서 이 첫번째 알려진 핵 임계 질량 농축 우라늄(uranium-235)의 조개 껍질을 갖고 조합에서 넵투늄을 사용했다.에서"그것은 폭탄 물질만큼이나 좋은 것이다."^[29]미국 연방정부는 2004년 3월 미국의 분리형 넵투늄 공급을 네바다의 핵폐기물 처리장으로 이전하는 계획을 세웠다.^[144]

물리학

²³⁷Np는 고에너지(MeV) 중성자 검출 장치에 사용된다.^[145]

핵폐기물에서의 역할

상용 가정 이온화-챔버 연기 감지기에 넵투늄이 축적된 것은 (일반적으로) 0.2마이크로그램의 아메리슘-241이 이온화 방사원으로 초기에 존재했기 때문이다.432년의 반감기를 가진 이온화 연기탐지기의 아메리슘-241은 20년 후 약 3%의 넵투늄을, 100년 후에는 약 15%의 넵튠을 포함한다.

넵투늄-237은 깊은 지질 리포지토리 환경에서 가장 이동성이 높은 액티나이드다.^[146]이로 인해 아메리슘-241과 같은 그 이전 세대들은 핵 투과로 인한 파괴에 관심을 갖게 되었다.^[147]그것의 긴 반감기 때문에, 넵투늄은 1만년 후에 전체 복사독성의 주요 원인이 될 것이다.그 긴 시간 동안 원자로 건물에서 무슨 일이 일어나는지 불분명하기 때문에, 핵 폐기물을 수천 년 후에 동원할 수 있다면, 넵튠의 추출은 환경 오염을 최소화할 것이다.^[144][148]

생물학적 역할 및 주의사항

넵투늄은 반감기가 짧고 자연적으로 작은 흔적에서만 발생하기 때문에 생물학적 역할이 없다.동물실험 결과 소화관을 통해 흡수되지 않는 것으로 나타났다.주사를 맞으면 뼈에 집중이 되고, 뼈에서 서서히 분비된다.^[32]

잘게 쪼개진 넵투늄 금속은 파이로포리늄이기 때문에 화재 위험이 있다; 작은 알갱이는 실온에서 공기 중에 자연적으로 발화한다.^[86]

참조

참고 문헌 목록

• Atwood, David A. (2013). Radionuclides in the Environment. John Wiley and Sons. ISBN 9781118632697.
• Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. New York: Oxford University Press, USA. ISBN 978-0-199-60563-7.
• Hoffman, Klaus (2001). Otto Hahn: Achievement and Responsibility. Springer. Bibcode:2002ohar.book.....H. ISBN 978-0-387-95057-0.
• Lemire, Robert J. (2001). Chemical Thermodynamics of Neptunium and Plutonium. Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-444-50379-4.
• Rhodes, Richard (2012). The Making of the Atomic Bomb (25th Anniversary ed.). New York: Simon & Schuster. ISBN 978-1-451-67761-4.
• Yoshida, Zenko; Johnson, Stephen G.; Kimura, Takaumi; Krsul, John R. (2006). "Neptunium". In Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (eds.). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (PDF). Vol. 3 (3rd ed.). Dordrecht, the Netherlands: Springer. pp. 699–812. doi:10.1007/1-4020-3598-5_6. ISBN 978-1-4020-3555-5. Archived from the original (PDF) on January 17, 2018.

문학

• 요소 안내서 – 수정판, Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998) ISBN 0-19-508083-1
• 레스터 R.모르스, 노먼 M.에델슈타인, 장 푸거(Hrsg):Actinide와 Transactinide 요소의 화학, Springer-Verlag, Dordrecht 2006, ISBN 1-4020-3555-1.
• Ida Noddack (1934). "Über das Element 93". Zeitschrift für Angewandte Chemie. 47 (37): 653–655. Bibcode:1934AngCh..47..653N. doi:10.1002/ange.19340473707.
• 2011년 옥스포드 주 옥스포드 대학 출판부의 주기율표에 대한 아주 짧은 소개 에릭 스크리, ISBN 978-0-19-958249-5.

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 넵투늄과 관련된 미디어가 있다.

무료 사전인 Wiktionary에서 Neptunium을 찾아 보십시오.

• 주기율표 비디오의 넵투늄 (노팅엄 대학교)
• 랩은 세계 최초의 넵투늄 구(區)를 건설한다, 미국 에너지부
• NLM 위험 물질 데이터 뱅크 – 넵투늄, 방사능
• 넵투늄:휴먼 헬스 팩트 시트
• C&EN: 원소:주기율표 – 넵투늄