Neptunium

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Neptunium
UraniumNeptuniumPlutonium
Pm
   
 
93
Np
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Np
Uqt
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Neptunium, Np, 93
Série chimique Actinides
Groupe, période, bloc L/A, 7, f
Masse volumique 20,25 g·cm-3 (20 °C)[1]
Couleur blanc argenté
No CAS 7439-99-8
Propriétés atomiques
Masse atomique 237 u
Rayon atomique (calc) 155 pm
Rayon de covalence 1,90 ± 0,01 Å [2]
Configuration électronique [Rn] 5f4 6d1 7s2
 
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
État(s) d’oxydation 6, 5, 4, 3
Oxyde amphotère
Structure cristalline 3 formes :
orthorhombique,
tétragonale
et cubique
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 644 °C [1]
Point d’ébullition 3 999,85 °C
Énergie de fusion 5,19 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 336 kJ·mol-1
Volume molaire 11,59×10-6 m3·mol-1
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,36
Chaleur massique 29,46 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 0,822×106 S·m-1
Conductivité thermique 6,3 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[3]
1re : 6,2657 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
235Np {syn.} 396,1 j α
ε
5,192
0,124
231Pa
235U
236Np {syn.} 154 000 a α
β-
ε
5,020
0,940
0,940
232Pa
235Pu
236U
237Np {syn.} 2,144×106 a FS et α 4,959 233Pa
Précautions
Élément radioactif
Élément radioactif
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le neptunium est un élément chimique de synthèse de symbole Np et de numéro atomique 93.

Élément métallique radioactif, le neptunium est le premier des transuraniens et appartient à la série des actinides. Son isotope le plus stable, le neptunium 237, est produit dans les réacteurs nucléaires. On le trouve aussi sous forme de traces dans le minerai d'uranium.

Il fut découvert en 1940 à l'Université de Californie. Comme il vient après l'uranium dans le tableau périodique, il fut baptisé en référence à la planète Neptune, qui vient après Uranus dans le système solaire.

Historique[modifier | modifier le code]

Le neptunium fut découvert par Edwin McMillan et Philip Abelson en 1940. La découverte a été faite au Berkeley Radiation Laboratory de l'Université de Californie, à Berkeley, où l'équipe produisit l'isotope 239 du neptunium, d'une demi-vie de 2,4 jours, en bombardant de l'uranium 238 avec des neutrons. C'est l'étape intermédiaire menant à la production du plutonium 239.

Propriétés chimiques[modifier | modifier le code]

Le neptunium est préparé sous sa forme métallique par réduction du composé NpF3 dans des vapeurs de lithium ou de baryum à 1 200 °C. D'apparence argentée, le métal est chimiquement assez réactif, et il présente au moins 3 structures allotropiques :

  • L'alpha-neptunium (à température ambiante), orthorhombique, densité : 20,25 ;
  • Le bêta-neptunium (au-dessus de 280 °C), tétragonal, densité (à 313 °C) : 19,36 ;
  • Le gamma-neptunium (au-dessus de 577 °C), cubique, densité (à 600 °C) : 18,00.

Le neptunium forme des composés halogénures tels que NpF3, NpF4, NpCl4, NpBr3, NpI3. Il forme également des oxydes de valences similaires aux oxydes d'uranium, en particulier Np3O8 et NpO2.

En milieu aqueux, cet élément peut se trouver sous quatre degrés d'oxydation :

  • Np3+ : n.o. = +3 (pourpre pâle), analogue à l'ion rare Pm3+ ;
  • Np4+ : n.o. = +4 (jaune-vert) ;
  • NpO2+ : n.o. = +5 (bleu-vert) ;
  • NpO22+ : n.o. = +6 (rose pâle).

Isotopes[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Isotopes du neptunium.

20 radio-isotopes du neptunium ont été identifiés. Le plus stable est le 237Np avec une demi-vie de 2,14 millions d'années, tandis que le 236Np a une demi-vie de 154 000 ans, et le 235Np de 396,1 jours. La demi-vie de tous les autres isotopes est inférieure à 4,5 jours, et dans la majorité des cas inférieure à 50 minutes.

Le poids atomique des isotopes du neptunium, va de 225,0339 u pour le 225Np jusqu'à 244,068 u pour le 244Np.

Applications militaires[modifier | modifier le code]

Np sphere.jpg

Le neptunium 236 est fissile en neutron thermique, la section efficace de fission est voisine de 2 800 barns (suivant le HBPC) soit donc une valeur assez élevée.

Le neptunium 237 est faiblement fissile en neutrons thermiques, la section efficace de fission est de 19 millibarns suivant le HBPC ; la section efficace de fission en neutrons de forte énergie est sans doute plus élevée. Le neptunium 237 peut donc théoriquement être utilisé comme combustible dans un réacteur ou pour fabriquer un système d'arme à fission. Cette information a été rendue publique par l'US DOE en 1992[4]. L'utilisation effective de neptunium pour réaliser une arme n'est cependant pas établie à ce jour.

En septembre 2002, des chercheurs de l'Université de Californie (Laboratoire National de Los Alamos) travaillant pour un projet d'armes de destruction massive américaines, ont indiqué qu'un mélange de neptunium 237 et d'uranium enrichi pouvait permettre la fabrication d'une arme à fission avec une quantité moindre de neptunium 237 qu'antérieurement imaginé. On peut noter que l'uranium 233 (fissile) a 4 nucléons de moins que le neptunium 237.

Il s'agit là de la première masse critique nucléaire fondée sur l'usage du neptunium 237, mélangé à de l'uranium enrichi, plutôt que du plutonium ou de l'uranium.

Le neptunium 237 est considéré comme pouvant potentiellement contribuer à la prolifération des armes nucléaires et la protection des matières séparée est renforcée.

Le neptunium 237 est l'actinide mineur prépondérant produit par les réacteurs à eau légère (présent à raison de 45% des noyaux d'actinides mineurs dans le combustible irradié).

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc,‎ 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ 2008, p. 2832 - 2838 (lien DOI?)
  3. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC,‎ 2009, 89e éd., p. 10-203
  4. (en) Restricted data declassification decisions 1946 to the present

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Voir aussi[modifier | modifier le code]

  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


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