Neptunio para niños
El neptunio es un elemento químico que se encuentra en la Tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Np y su número atómico es 93. Es el cuarto elemento de la familia de los actínidos. Su nombre viene del planeta Neptuno.
Aunque hubo muchas ideas falsas sobre su descubrimiento, el neptunio fue creado por primera vez por Edwin McMillan y Philip H. Abelson en un laboratorio en 1940. Desde entonces, la mayor parte del neptunio se ha producido al bombardear uranio con neutrones dentro de reactores nucleares. Se genera principalmente como un subproducto en estos reactores.
El neptunio no se usa comercialmente por sí mismo. Sin embargo, es importante para crear plutonio-238. Este plutonio se usa en generadores especiales que producen electricidad para naves espaciales. El neptunio también se ha usado en aparatos para detectar neutrones de alta energía.
Datos para niños Uranio ← Neptunio → Plutonio |
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| Tabla completa • Tabla ampliada | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 Esfera niquelada de neptunio, utilizada en un experimento para determinar la masa crítica de este elemento.
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| Información general | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nombre, símbolo, número | Neptunio, Np, 93 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Serie química | Actínidos | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloque | -, 7, f | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Masa atómica | 237 u | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuración electrónica | [Rn] 5f4 6d1 7s2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electrones por nivel | 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2 (imagen) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Apariencia | Plateado metálico | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades atómicas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Radio medio | 175 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electronegatividad | 1,36 (escala de Pauling) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estado(s) de oxidación | 6, 5, 4, 3 (anfótero) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1.ª energía de ionización | 604,5 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Líneas espectrales |
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| Propiedades físicas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estado ordinario | Sólido | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densidad | 20250 kg/m3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto de fusión | 910 K (637 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto de ebullición | 4273 K (4000 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Entalpía de fusión | 5,19 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Varios | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estructura cristalina | Ortorrómbico, tetragonal, cúbico |
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| Conductividad eléctrica | 0,822 × 106 m-1·Ω-1 S/m | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductividad térmica | 6,3 W/(m·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isótopos más estables | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Artículo principal: Isótopos del neptunio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Contenido
¿Cómo se descubrió y se obtiene el neptunio?
El neptunio fue creado por primera vez en 1940 por Edwin Mattison McMillan y Philip Hauge Abelson. Lo hicieron al bombardear uranio con partículas llamadas deuterones a gran velocidad.
El isótopo 237 de neptunio se ha encontrado en cantidades muy pequeñas en minas de uranio. Sin embargo, se obtiene más fácilmente como un subproducto cuando se fabrica plutonio 239. Para obtener neptunio en su forma metálica, se usa trifluoruro de neptunio y se le añade vapor de bario a 1200 °C.
Los primeros intentos y las ideas previas
Cuando Dmitri Mendeleev publicó la primera tabla periódica en la década de 1870, dejó un espacio vacío después del uranio. Esto era común para elementos que aún no se habían descubierto. Otras tablas posteriores también mostraban este espacio.
Antes de 1932, la mayoría de los científicos no creían que existieran elementos más pesados que el uranio. Sin embargo, el descubrimiento de la radiactividad artificial por Irène y Frédéric Joliot-Curie en 1933 cambió esto. Inspiró a un grupo de científicos italianos, liderados por Enrico Fermi, a experimentar con el bombardeo de neutrones.
Fermi se dio cuenta de que los neutrones, al no tener carga eléctrica, podrían ser mejores para inducir la radiactividad que las partículas alfa. En marzo de 1934, comenzó a bombardear todos los elementos conocidos con neutrones. Quería ver si podía hacerlos radiactivos.
Después de varios meses, el equipo de Fermi notó algo interesante. Los elementos ligeros liberaban un protón o una partícula alfa al capturar un neutrón. Los elementos más pesados, como el uranio, liberaban un rayo gamma. Esto hacía que el isótopo resultante se moviera un lugar hacia arriba en la tabla periódica. Cuando bombardearon uranio, observaron este efecto. Esto sugería que el nuevo isótopo tenía un número atómico de 93.
Fermi dudó al principio, pero al ver que los productos del bombardeo de uranio tenían vidas medias desconocidas, publicó un artículo en junio de 1934. Lo llamó "Posible producción de elementos de número atómico superior a 92". Propuso el nombre de ausonio (Ao) para el elemento 93.
Rápidamente surgieron dudas sobre las afirmaciones de Fermi. La forma en que un átomo capturaba un neutrón no se entendía bien. Además, Fermi descubrió que los neutrones lentos podían causar reacciones nucleares. Esto hizo que muchos científicos, como Aristid von Grosse e Ida Noddack, dudaran. Noddack incluso sugirió que el uranio se había dividido en fragmentos más pequeños. Esta idea fue ignorada porque la teoría nuclear de la época no lo permitía.
Fermi y su equipo no pudieron aislar el elemento 93 químicamente. Otros científicos, como Otto Hahn y Lise Meitner, también lo intentaron sin éxito. La razón principal de este fracaso fue que las propiedades químicas del elemento 93 se predijeron usando una tabla periódica incompleta. Esta tabla no incluía la serie de los actínidos. Se pensaba que el elemento 93 sería similar al renio. Sin embargo, el neptunio tiene propiedades diferentes.
Hubo otras afirmaciones sobre el descubrimiento del elemento 93 en la naturaleza. En 1934, el ingeniero checo Odolen Koblic dijo haberlo encontrado en agua de minas de uranio. Lo llamó bohemio, pero resultó ser una mezcla de wolframio y vanadio. En 1938, el físico rumano Horia Hulubei y la química francesa Yvette Cauchois afirmaron haberlo descubierto en minerales usando espectroscopia. Lo llamaron sequanium. Su afirmación fue rechazada porque se creía que el elemento 93 no existía de forma natural. Sin embargo, en 1952 se encontró neptunio en el mineral de uranio en cantidades muy pequeñas. Esto significa que Hulubei y Cauchois podrían haberlo observado.
En 1938, Enrico Fermi recibió el Premio Nobel de Física. Fue por sus descubrimientos sobre nuevos elementos radiactivos y las reacciones nucleares con neutrones lentos. Un mes después, Otto Hahn, Lise Meitner y Otto Frisch descubrieron la fisión nuclear. Este descubrimiento explicó las vidas medias desconocidas que Fermi había observado. Eran productos de la fisión, no un nuevo elemento.
El físico japonés Yoshio Nishina y el químico Kenjiro Kimura estuvieron muy cerca de producir el elemento 93 en 1940. Bombardearon 238U con neutrones rápidos. Observaron un nuevo isótopo, 237U, que se desintegraba en el desconocido 23793. Intentaron aislarlo, pero su actividad era tan débil que no pudieron medirla. Concluyeron que la vida media de 23793 debía ser muy larga.
El descubrimiento real
A principios de 1939, Edwin McMillan del Laboratorio de Radiación de Berkeley, en la Universidad de California, Berkeley, usó un potente ciclotrón para bombardear uranio. Quería separar los productos de la fisión. Aunque no encontró nada nuevo, McMillan notó dos nuevas vidas medias de desintegración en el propio uranio. Una era de 23 minutos (uranio-239) y la otra, de 2,3 días, era desconocida.
McMillan trabajó con el químico Emilio Segrè para aislar la fuente de esta radiactividad. Al principio, pensaron que el elemento 93 sería similar al renio. Pero Segrè descubrió que la muestra de McMillan no se parecía al renio. Se parecía más a las tierras raras. Pensaron que era otro producto de la fisión y publicaron un artículo llamado "Una búsqueda fallida de elementos transuránicos".
Sin embargo, a medida que se sabía más sobre la fisión, era menos probable que los fragmentos de fisión permanecieran en el uranio. McMillan y otros científicos, incluido Philip H. Abelson, intentaron de nuevo identificar la vida media desconocida. En 1940, McMillan se dio cuenta de que su experimento anterior no había probado las reacciones químicas lo suficiente.
En un nuevo experimento, McMillan expuso la sustancia desconocida a un agente reductor. Esto hizo que la muestra se separara, lo que descartó que fuera un metal de tierras raras. Poco después, Abelson, un químico más experimentado, ayudó a McMillan. Abelson notó que la sustancia con la vida media de 2,3 días no se parecía a ningún elemento conocido. De hecho, era más parecida al uranio.
Este descubrimiento permitió finalmente aislar la fuente. Más tarde, en 1945, llevó a la clasificación de la serie de actínidos. Como paso final, McMillan y Abelson prepararon una muestra más grande de uranio bombardeado. Demostraron que la vida media de 2,3 días aumentaba a medida que la actividad del uranio-239 disminuía. Esto ocurría a través de la siguiente reacción:
- <chem>{^{238}_{92}U} + {^{1}_{0}n} -> {^{239}_{92}U} ->[\beta^-][23\ \ce{min}] {^{239}_{93}Np} ->[\beta^-][2.355\ \ce{days}] {^{239}_{94}Pu}</chem> (Los tiempos son vidas medias.)
¿Qué propiedades tiene el neptunio?
El neptunio se crea artificialmente. Es un metal de color blanco plateado, parecido al uranio en sus propiedades químicas. Puede presentarse en diferentes formas cristalinas.
El neptunio es un elemento que reacciona fácilmente y puede mezclarse con la mayoría de los elementos. Puede tener varios estados de oxidación: +3, +4, +5, +6 y +7. El estado +5 es el más estable.
Galería de imágenes
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Diagrama de la capa electrónica del neptunio.
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Líneas espectrales del neptunio.
