Нептуний
Непту́ний (химический символ — Np, от лат. Neptunium, от названия планеты) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 93. Относится к семейству актиноидов. Один из изотопов (нептуний-237) является родоначальником вымершего радиоактивного ряда нептуния. Нептуний занимает место первого трансуранового элемента.
| Нептуний | |
| |
 Статья в Википедии
| |
 Медиафайлы на Викискладе
|
| 93 | Нептуний
|
| 5f46d17s2 | |
Нептуний — радиоактивный очень тяжёлый металл серебристо-белого цвета, имеет долгоживущие изотопы. Среди металлов нептуний по плотности занимает пятое место после осмия, иридия, платины и рения. После него следуют плутоний и золото.
Нептуний в определениях и кратких цитатах
править| — Иван Ефремов, «Звёздные корабли», 1944 |
| — Иван Ефремов, «Звёздные корабли», 1944 |
| — Новости отовсюду, «Элемент № 104», 1965 |
| — Новости отовсюду, «Элемент № 104», 1965 |
В том же <1940> году, но несколькими месяцами раньше Э.М. Макмиллан и П.X. Абельсон получили первый элемент, более тяжелый, чем уран, — элемент № 93. Этот элемент назвали нептунием, а девяносто четвертый — плутонием. Историк определенно скажет, что названия эти берут начало в римской мифологии, но, в сущности, происхождение этих названий скорее не мифологическое, а астрономическое.[3] | |
| — Фёдор Кузнецов, «Плутоний», 1968 |
...атомы урана-239. Эти ядра очень нестабильны, они испускают электроны и тем самым повышают свой заряд. Образуется нептуний, первый трансурановый элемент. Нептуний-239 тоже весьма неустойчив, и его ядра испускают электроны. Всего за 56 часов половина нептуния-239 превращается в плутоний-239, период полураспада которого уже достаточно велик — 24 тысячи лет.[3] | |
| — Фёдор Кузнецов, «Плутоний», 1968 |
Разделение близких по химическим свойствам актинидов — урана, нептуния и плутония — может быть основано на разнице в свойствах их четырех-и шестивалентных соединений.[3] | |
| — Фёдор Кузнецов, «Плутоний», 1968 |
Прародителями криптона были трансурановые элементы, некогда существовавшие на Земле, но теперь уже «вымершие». Следы их существования усматривают в том, что в земной коре есть элементы ― долгожители нептуниевого радиоактивного ряда (ныне целиком искусственно воссозданного). Другой подобный след ― микроколичества плутония и нептуния в земных минералах...[4] | |
| — Давид Финкельштейн, «Криптон», 1969 |
Нептуний, элемент № 93, в итоге синтезировали в 1940 году <...>. Но до того об открытии 93-го элемента заявляли и Энрико Ферми (аусоний, 1934), и чех Одолен Коблич (богемий, 1934), и румын Хория Холубей (секваний, 1938).[5] | |
| — Тим Скоренко, «Открытие химических элементов и происхождение их названий», 1970 |
| — Анна Гельман, «Нептуний и плутоний — семивалентные», 1970 |
В 1942 году появилась вторая и последняя работа по химии нептуния. <...> Других публикаций в зарубежной литературе не было, что с большой вероятностью указывало на засекречивание всех работ по трансуранам.[7] | |
| — Борис Курчатов, «Нехожеными путями», 1975 |
Нептуний в научной и научно-популярной литературе
править
| — Новости отовсюду, «Элемент № 104», 1965 |
...могли сохраниться лишь незначительные следы трансурановых элементов. Искать их в земной коре ученые начали примерно 40 лет назад, но ни физики, ни химики не знали свойств трансурановых элементов. Ведь еще не был синтезирован даже первый трансурановый элемент — нептуний. В более позднее время, после того как стали известны физические и химические свойства первых трансурановых элементов нептуния и плутония, их довольно быстро нашли в минералах, содержащих уран. Это были изотопы плутоний-239 и нептуний-237, хотя и в ничтожных количествах. Но уже одно то обстоятельство, что время жизни плутония-239 равно всего 24 тысячам лет, а нептуний-237 живет около двух миллионов лет, исключало возможность сохранения этих элементов в земной коре со времени её появления.[2] | |
| — Новости отовсюду, «Элемент № 104», 1965 |
...быстрый нейтрон может выбить из ядра урана два нейтрона; получится уран-237, который перейдет в нептуний-237. Ясно, что нептуний-237 и плутоний-239 — это не те трансурановые элементы, за которыми охотились исследователи.[2] | |
| — Новости отовсюду, «Элемент № 104», 1965 |
...это не означает, что плутония в Земле нет. Он все время образуется в урановых рудах. Захватывая нейтроны космического излучения и нейтроны, образующиеся при самопроизвольном (спонтанном) делении ядер урана-238, некоторые — очень немногие — атомы этого изотопа превращаются в атомы урана-239. Эти ядра очень нестабильны, они испускают электроны и тем самым повышают свой заряд. Образуется нептуний, первый трансурановый элемент. Нептуний-239 тоже весьма неустойчив, и его ядра испускают электроны. Всего за 56 часов половина нептуния-239 превращается в плутоний-239, период полураспада которого уже достаточно велик — 24 тысячи лет.[3] | |
| — Фёдор Кузнецов, «Плутоний», 1968 |
Когда в результате ядерных реакций в уране накопится необходимое количество плутония, его необходимо отделить не только от самого урана, но и от осколков деления — как урана, так и плутония, выгоревших в цепной ядерной реакции. Кроме того, в урано-плутониевой массе есть и некоторое количество нептуния. Сложнее всего отделить плутоний от нептуния и редкоземельных элементов (лантанидов).[3] | |
| — Фёдор Кузнецов, «Плутоний», 1968 |
Плутоний растворяется вместе с ураном. Из этого раствора его восстанавливают до трехвалентного состояния сернистым газом, а затем осаждают фторидом лантана. Осадок, кроме плутония, содержит нептуний и редкоземельные элементы. Но основная масса вещества — уран — остается в растворе и отделяется от плутония. Полученный осадок растворяют вновь и окисляют нептуний до четырехвалентного состояния броматом калия. На плутоний этот реактив не действует, и при вторичном осаждении тем же LaF3 трехвалентный плутоний переходит в осадок, а нептуний остаётся в растворе.[3] | |
| — Фёдор Кузнецов, «Плутоний», 1968 |
Подсчеты, однако, показывают, что радиоактивный распад (включая деление урана-235 медленными нейтронами) ― не главный «изготовитель» криптона. За время существования Земли (если считать его равным 5 миллиардам лет) эти процессы смогли выработать не более двух-трех десятых процента существующего на нашей планете элемента №36. Откуда, в таком случае, основная его масса? Сегодня на этот вопрос даются два обоснованных, но разных по смыслу ответа. Часть ученых считает, что земной криптон возник в недрах планеты. Прародителями криптона были трансурановые элементы, некогда существовавшие на Земле, но теперь уже «вымершие» Следы их существования усматривают в том, что в земной коре есть элементы ― долгожители нептуниевого радиоактивного ряда (ныне целиком искусственно воссозданного). Другой подобный след ― микроколичества плутония и нептуния в земных минералах, хотя они могут быть и продуктами облучения урана космическими нейтронами. В пользу этой гипотезы говорит и тот факт, что искусственно полученные актиниды (не все, но многие) ― активные «генераторы» криптона. Их ядра самопроизвольно делятся намного чаще, чем ядра атомов урана. Сравните периоды полураспада по спонтанному делению: 8,04 • 1015 лет ― для урана-238 и всего 2000 лет ― для калифорния-246.[4] | |
| — Давид Финкельштейн, «Криптон», 1969 |
...размышления о периодической системе навели на мысль о том, что могут существовать соединения, в которых степень окисления нептуния и плутония равна семи. В атоме нептуния на трех удаленных от ядра подоболочках как раз семь электронов, а у плутония — даже восемь… При каких-то условиях f-электроны могут превратиться в d-электроны, то есть перейти, грубо говоря, из третьего (если считать снаружи) во второй «слой», и тогда их легче оторвать…[6] | |
| — Анна Гельман, «Нептуний и плутоний — семивалентные», 1970 |
Логично было предположить, что окисление шестивалентного нептуния до семивалентного произойдет под действием сильного окислителя в щелочной среде.[6] | |
| — Николай Крот, «Нептуний и плутоний — семивалентные», 1970 |
Подтвердилось сходство свойств нептуния в низшей валентности с цериевой группой редкоземельных элементов. Это сходство послужило отправной точкой для разработки так называемого сульфатного метода очистки нептуния. От классической схемы фторидного осаждения наш способ отличался простотой и надежностью. Для начального этапа, когда надо было выделить нептуний из сравнительно больших количеств облученного урана, отработали метод с четырехвалентным ураном, добавлявшимся к основному раствору шестивалентного урана. Метод основан на ожидавшейся аналогии низших валентностей урана и нептуния, которая подтвердилась при проверке. Восстановленный нептуний соосаждался с четырехвалентным ураном из сернокислого раствора купфероном.[7] | |
| — Борис Курчатов, «Нехожеными путями», 1975 |
Нептуний в публицистике и документальной литературе
правитьВ декабре 1940 года при облучении урана ядрами тяжелого водорода группа американских радиохимиков во главе с Гленном Т. Сиборгом обнаружила неизвестный прежде излучатель альфа-частиц с периодом полураспада 90 лет. Этим излучателем оказался изотоп элемента № 94 с массовым числом 238. В том же году, но несколькими месяцами раньше Э.М. Макмиллан и П.X. Абельсон получили первый элемент, более тяжелый, чем уран, — элемент № 93. Этот элемент назвали нептунием, а девяносто четвертый — плутонием. Историк определенно скажет, что названия эти берут начало в римской мифологии, но, в сущности, происхождение этих названий скорее не мифологическое, а астрономическое.[3] | |
| — Фёдор Кузнецов, «Плутоний», 1968 |
| — Фёдор Кузнецов, «Технеций», 1970 |
...в 1938 году группа учёных — Отто Ган, Фриц Штрассман и Лиза Мейтнер при участии племянника последней Отто Роберта Фриша — проводила эксперименты по бомбардировке нейтронами ядер урана. Предполагалось, что таким образом можно получить трансурановые элементы, то есть, элементы с атомными номерами выше 92 (учёные думали, что уран просто поглотит новые нейтроны). Нептуний, элемент № 93, в итоге синтезировали в 1940 году именно таким методом, правда, по более сложной технологии. Но до того об открытии 93-го элемента заявляли и Энрико Ферми (аусоний, 1934), и чех Одолен Коблич (богемий, 1934), и румын Хория Холубей (секваний, 1938).[5] | |
| — Тим Скоренко, «Открытие химических элементов и происхождение их названий», 1970 |
Первые исследования, связанные с элементами № 93 и 94, в нашей стране начались в 1943 году одновременно в Москве и в Ленинграде. В Радиевом институте руководителем этой проблемы был Виталий Григорьевич Хлопин, а в Москве — Игорь Васильевич Курчатов. Поскольку самого плутония ещё не было, первые опыты по химии этого элемента делали на аналогах, имитаторах. Имитаторами служили лантан, торий и нептуний-239, но количество нептуния было невесомым. Работали, как принято говорить, с «импульсными количествами» вещества.[9] | |
| — Владимир Станцо, «Отечественный плутоний», 1970 |
Ленинградцы тем временем тоже продолжали работу. Они шли своим путем. Благодаря циклотронам, у них с самого начала была возможность скорее накапливать плутоний, полнее изучать его физические и химические свойства. Здесь был разработан другой метод выделения плутония и нептуния — экстракционный. Из водного раствора плутоний вместе с нептунием и ураном извлекали диэтиловым эфиром. В «старом» растворе оставались все осколочные элементы.[9] | |
| — Владимир Станцо, «Отечественный плутоний», 1970 |
Экасилиций — нептуний — ангулярий — германий. <...> Так был впервые получен относительно чистый германий. Винклер сначала намеревался назвать новый элемент нептунием — в честь планеты Нептун. Как и элемент № 32, эта планета была предсказана раньше, чем открыта). Но потом оказалось, что такое имя еще раньше присваивалось одному ложно открытому элементу и, не желая компрометировать свое открытие, Винклер отказался от первого намерения.[10] | |
| — Теодор Молдавер, «Германий», 1970 |
Нептуний в мемуарах, письмах и дневниковой прозе
правитьНе надо восклицательных знаков. Мы же не открыли ни нового элемента, ни нового явления. Найдено новое состояние элементов и только. Интерес теоретиков к этой работе объясняется прежде всего тем, что она затрагивает периодическую систему, конец периодической системы.[6] | |
| — Николай Крот, «Нептуний и плутоний — семивалентные», 1970 |
| — Николай Крот, «Нептуний и плутоний — семивалентные», 1970 |
Сделали несколько контрольных опытов. Повторили все и раз, и два, и три. Другие сильные окислители вместо озона брали. А результат везде один: окисляются шестивалентные нептуний и плутоний, хотя раньше казалось, что и так они окислены до предела. И вот что интересно. Ещё до наших опытов темно-зеленые соединения нептуния, образующиеся при окислении, наблюдали западногерманские химики. Но они, видимо, не допускали возможности дальнейшего окисления и объясняли позеленение раствора новой модификацией опять-таки шестивалентного нептуния. Вот и зевнули… Это очень важно, чтобы идея шла впереди наблюдения.[6] | |
| — Анна Гельман, «Нептуний и плутоний — семивалентные», 1970 |
В середине 1943 года меня вызвали из Казани в Москву для работы во вновь созданной лаборатории №2 Академии наук. Директор лаборатории Игорь Васильевич Курчатов предложил мне изучить литературу по трансурановому элементу № 93 (впоследствии он стал известен под названием «нептуний»). После оформления, занявшего всего несколько дней, он объяснил мне, что задача лаборатории №2 — развитие работ по цепной реакции о уране. Мне поручили выделить нептуний, а также элемент № 94, названный впоследствии плутонием, и изучить их химические свойства. К тому времени был известен только нептуний, его достоверно опознали Э. Макмиллан и Ф. Абельсон в 1940 году. Они показали, что этот элемент радиоактивен с периодом полураспада 2-3 дня и дает бета-излучение.[7] | |
| — Борис Курчатов, «Нехожеными путями», 1975 |
Из нептуния должен образоваться плутоний, предположительно альфа-излучатель. Однако обнаружить новый элемент американским ученым в 1940 году не удалось, несмотря на использование мишени нептуния с большой исходной активностью. Они лишь сделали вывод, что плутоний альфа-излучатель с очень большим периодом полураспада (больше миллиона лет). Те же авторы впервые точно охарактеризовали химические свойства нептуния. Уже тогда возникло предположение, что с урана начинается новая группа элементов, аналогичная редкоземельной.[7] | |
| — Борис Курчатов, «Нехожеными путями», 1975 |
В 1942 году появилась вторая и последняя работа по химии нептуния. Её авторы немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман опубликовали в журнале «Натурвиссеншафтен» результаты, подтверждающие выводы американцев. Однако по свойствам нептуния в восстановленном состоянии был получен странный результат, противоречивший американским данным. Других публикаций в зарубежной литературе не было, что с большой вероятностью указывало на засекречивание всех работ по трансуранам.[7] | |
| — Борис Курчатов, «Нехожеными путями», 1975 |
Я начал работу над нептунием совместно с физиком Варварой Павловной Константиновой, которая вела измерения бета-активности. Облучение проводили с помощью радий-бериллиевого источника нейтронов, содержавшего около 200 милликюри радия. <...> В первых опытах для регистрации атомов нептуния применяли счетчик, обычно принятый в лаборатории Игоря Васильевича в Ленинграде. Он состоял из латунного перфорированного цилиндра с эбонитовыми пробками, через которые протягивалась нить. Поверхность цилиндра закрывалась тонкой медной фольгой, и все швы уплотнялись пицеином. Счетчик стеклянной трубкой соединялся со стеклянной литровой колбой, служившей буферной емкостью.[7] | |
| — Борис Курчатов, «Нехожеными путями», 1975 |
Нептуний в беллетристике и художественной литературе
правитьА что, если в массе остывшего вещества планеты остались еще неизвестные нам неустойчивые элементы, остатки атомных процессов той эпохи, подобные искусственно изготовляемым в наших лабораториях заурановым элементам нептуниевой группы? Очевидно, что элементы эти, как это имеет место с ураном, рассеяны в сравнительно поверхностных слоях Земли и потому бездействуют до того времени, пока в бесконечных перемещениях и перегруппировках вещества не создаются достаточно крупные их скопления очень большого атомного веса, как уран или торий. Тогда могут, как мы знаем теперь, развиваться мощные цепные реакции распада, выделяющие массу энергии. Значит, неизвестные нам силы движений земной коры являются отголоском бесконечно давно затухших атомных превращений элементов группы нептуния. Но если это так, если горообразование на Земле обязано глубинным атомным реакциям, то у нас есть надежда в будущем овладеть их очагами. Искать их надо возле поднимающихся складчатых гор и вулканических областей, вот как здесь, на Тихом океане… Возможно, что в моменты наибольшего развития глубинных цепных реакций на поверхность прорываются сильные излучения, по которым можно нащупать область атомного распада.[1] | |
| — Иван Ефремов, «Звёздные корабли», 1944 |
Пока наше овладение атомной энергией сводится к использованию цепных реакций с неустойчивыми изотопами урана и тория, а также реакции перехода изотопа водорода — трития в гелий в очень сложных условиях водородной бомбы. Можно, как вы знаете, повысить атомный вес урана и получить искусственные элементы, выходящие уже за пределы таблицы, — нептуний и плутоний, девяносто третий и девяносто четвертый искусственные элементы.[1] | |
| — Иван Ефремов, «Звёздные корабли», 1944 |
Энергия распада плутония и составляет горючее атомных мирных машин и взрывную силу атомных бомб, так же как и энергия неустойчивых форм урана — изотопов двести тридцать пять и двести тридцать три. Несомненно, в процессах превращения материи ранее существовали элементы вроде нептуния, более тяжёлые, чем уран, но впоследствии они перешли в устойчивые формы основных девяноста двух.[1] | |
| — Иван Ефремов, «Звёздные корабли», 1944 |
Источники
править- ↑ 1 2 3 4 5 Иван Ефремов, Собрание сочинений: В пяти томах. Том 5. Книга 1. — М.: Молодая гвардия, 1989 г.
- ↑ 1 2 3 4 5 Новости отовсюду (редакционная колонка). Элемент № 104. — М.: «Химия и жизнь», № 1, 1965 год
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 B. Кузнецов. Плутоний. ― М.: «Химия и жизнь», № 5, 1968 г.
- ↑ 1 2 Д.Н.Финкельштейн, «Криптон». — М.: «Химия и жизнь», № 12, 1969 год
- ↑ 1 2 Тим Скоренко. Изобретено в СССР: История изобретательской мысли с 1917 по 1991 год. — Москва: Альпина Нон-фикшн, 2019 г. — 614 с.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Н. Н. Крот. Нептуний и плутоний — семивалентные. ― М.: «Химия и жизнь», № 5, 1970 г.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Б. В. Курчатов. Нехожеными путями. ― М.: «Техника - молодежи», № 12, 1975 г.
- ↑ B. Кузнецов, Технеций. ― М.: «Химия и жизнь», № 1, 1970 г.
- ↑ 1 2 В. В. Станцо. Отечественный плутоний. — М.: «Химия и жизнь», № 4, 1970 г.
- ↑ Теодор Молдавер. Германий. — М.: «Химия и жизнь», № 7, 1970 г.
