Úvod
Neptunium (Np) je radioaktivní, uměle připravený chemický prvek a první z řady transuranů. Jeho protonové číslo je 93 a v periodické tabulce se řadí do skupiny aktinoidů. V čisté formě je to stříbřitý a poměrně reaktivní kov, který na vzduchu postupně ztrácí svůj lesk. V přírodě se vyskytuje pouze v zanedbatelném stopovém množství v uranových rudách. Hlavním zdrojem pro jeho získávání je vyhořelé jaderné palivo z jaderných reaktorů, kde vzniká ozařováním uranu neutrony. Využití má především ve vědeckém výzkumu a jako prekurzor pro výrobu plutonia-238.
Vlastnosti
Neptunium (Np) je radioaktivní kovový prvek s protonovým číslem 93, první člen řady transuranů a aktinoidů. Tento stříbřitě bílý kov je chemicky reaktivní a na vzduchu se pomalu pokrývá vrstvou oxidu. Vyznačuje se vysokou hustotou, téměř dvakrát vyšší než hustota olova. V závislosti na teplotě existuje nejméně ve třech různých krystalových modifikacích. Všechny jeho izotopy jsou nestabilní, přičemž nejdelší poločas rozpadu má izotop neptunium-237, a to přibližně 2,14 milionu let. Vykazuje komplexní chemii s několika oxidačními stavy, z nichž nejčastější jsou +4 a +5.
Vznik názvu
Pojmenování prvku navazuje na astronomickou tradici. Neptunium následuje v periodické tabulce hned za uranem, který byl pojmenován podle planety Uran. Jeho objevitelé proto logicky pokračovali v řadě a zvolili jméno podle následující planety sluneční soustavy, kterou je Neptun. Tento princip byl dodržen i u dalšího prvku, plutonia.
Objev
Objevení neptunia v roce 1940 Edwinem McMillanem a Philipem H. Abelsonem na Kalifornské univerzitě v Berkeley představovalo zásadní milník. Jednalo se o první uměle připravený transuranový prvek. Vědci bombardovali uran-238 pomalými neutrony v cyklotronu, čímž vznikl izotop uran-239. Následným beta rozpadem tohoto izotopu pak vzniklo neptunium-239. Pojmenování prvku navázalo na astronomickou tradici; stejně jako planeta Neptun následuje za Uranem, tak i neptunium v periodické tabulce následuje za uranem. Tento objev otevřel zcela nové pole jaderné chemie a fyziky a předznamenal syntézu dalších těžkých prvků.
Výskyt v přírodě
V přírodě se neptunium vyskytuje pouze v extrémně stopových množstvích v uranových rudách, jako je uraninit. Vzniká zde přirozenými jadernými reakcemi, konkrétně záchytem neutronů atomy uranu. Pro praktické využití je toto množství zcela zanedbatelné. Hlavním a v podstatě jediným zdrojem neptunia pro vědecké a průmyslové účely je jeho umělá výroba. Získává se jako vedlejší produkt z vyhořelého jaderného paliva v jaderných elektrárnách. Během složitých přepracovacích procesů, jako je PUREX, se izotop neptunium-237 chemicky odděluje od uranu, plutonia a dalších štěpných produktů.
Využití
Hlavní využití neptunia, konkrétně jeho izotopu neptunium-237, spočívá v produkci plutonia-238 ozařováním v jaderných reaktorech. Vzniklé plutonium-238 je klíčovým zdrojem energie pro radioizotopové termoelektrické generátory, které napájí kosmické sondy pro mise do hlubokého vesmíru, jako jsou Voyager nebo Curiosity. Dále se neptunium využívá v některých specializovaných zařízeních pro detekci neutronů. V přírodě se tento prvek vyskytuje pouze v nepatrných stopových množstvích v uranových rudách, kde vzniká jako meziprodukt při záchytu neutronů jádry uranu a následných jaderných přeměnách. Nemá žádnou biologickou roli.
Sloučeniny
Neptunium je chemicky reaktivní a tvoří širokou škálu sloučenin, nejčastěji v oxidačních stavech od +3 po +7. Člověkem jsou běžně syntetizovány například oxid neptuničitý (NpO₂), který je základním materiálem pro další výrobu, nebo těkavý fluorid neptuniový (NpF₆), využívaný při separaci izotopů. Ve vodných roztocích tvoří neptunium barevné ionty, jejichž zbarvení závisí na oxidačním stavu: například Np³⁺ je fialový a Np⁴⁺ žlutozelený. V přírodě se kvůli své extrémní vzácnosti a radioaktivitě nevyskytuje ve formě stabilních minerálů, pouze jako jednotlivé atomy rozptýlené v uraninové matrici.
Zajímavosti
Nejstabilnější izotop, Np-237, s poločasem rozpadu 2,14 milionu let, je nejvýznamnějším radionuklidem v dlouhodobém jaderném odpadu, což představuje výzvu pro jeho trvalé uložení. Zajímavostí je, že tento izotop je štěpný rychlými neutrony a jeho kritická hmotnost je přibližně 60 kg, teoreticky by tak mohl být použit v jaderném zařízení. Tento stříbřitý kov je také mimořádně hustý, hustší než olovo téměř dvojnásobně, a v závislosti na teplotě mění svou krystalovou strukturu, kdy existuje nejméně ve třech alotropických modifikacích – alfa, beta a gama.
