Оксид нептуния(IV)
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Оксид нептуния(IV) | |
| Другие имена Оксид нептуния, диоксид нептуния | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| ChemSpider |
|
| Информационная карта ECHA | 100.031.651 |
| Номер ЕС |
|
CID PubChem |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| NpO2 | |
| Молярная масса | 269 г/моль |
| Появление | Зелёные кубические кристаллы |
| Плотность | 11,1 г/см 3 |
| Температура плавления | 2800 °C; 5070 °F; 3070 К [1] |
| Структура [2] | |
| Флюорит (кубический), cF12 | |
| Фм 3 м, №225 | |
а = 543,4 пм | |
Формульные единицы ( Z ) | 4 |
| Термохимия | |
Стандартная молярная энтропия ( S ⦵ 298 ) | 19,19 ± 0,1 кал · моль -1 · К -1 (80,3 ± 0,4 Дж · моль -1 ·К -1 ) [3] |
Стандартная энтальпия образования (Δ f H ⦵ 298 ) | −256,7 ± 0,6 ккал·моль −1 (−1074 ± 3 кДж·моль −1 ) [4] |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Нептуний(III) хлорид Нептуний(IV) хлорид |
Другие катионы | Оксид протактиния(IV) Оксид урана(IV) Оксид плутония(IV) Оксид америция(IV) |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Оксид нептуния (IV) или диоксид нептуния — радиоактивное , оливково-зелёное [5] кубическое [6] кристаллическое твёрдое вещество с формулой NpO 2 . Он испускает как α-, так и γ-частицы. [4]
Производство
В промышленности диоксид нептуния получают путем осаждения оксалата нептуния (IV) с последующим прокаливанием до диоксида нептуния. [7]
Производство начинается с азотнокислого исходного раствора, содержащего ионы нептуния в различных степенях окисления. Сначала добавляется ингибитор гидразина, чтобы замедлить любое окисление от стояния на воздухе. Затем аскорбиновая кислота восстанавливает исходный раствор до преимущественно нептуния(IV):
- 2Np 5+ + C 6 H 8 O 6 → 2Np 4+ + C 6 H 6 O 6 + 2H +
- Np 6+ + C 6 H 8 O 6 → Np 4+ + C 6 H 6 O 6 + 2H +
Добавление щавелевой кислоты приводит к осаждению гидратированного оксалата нептуния...
- Np 4+ + 2H 2 C 2 O 4 + 6H 2 O → Np(C 2 O 4 ) 2 .6H 2 O(v) + 4H +
...который пиролизуется при нагревании: [7]
- Np ( C2O4 ) 2.6H2OΔ
→Нп ( С2О4 ) 2 Δ
→NpO2 + 2CO(г)
Диоксид нептуния также может быть образован путем осаждения пероксида нептуния (IV), но этот процесс гораздо более чувствителен. [7]
Очищение
Как побочный продукт ядерных реакторов деления, диоксид нептуния может быть очищен фторированием с последующим восстановлением избытком кальция в присутствии йода. [4] Однако вышеупомянутый синтез дает довольно чистое твердое вещество с массовой долей примесей менее 0,3% . Как правило, дальнейшая очистка не требуется. [7]
Другие свойства
Диоксид нептуния участвует в α-распаде 241 Am, сокращая его обычный период полураспада на непроверенную, но заметную величину. [8] Соединение имеет низкую удельную теплоемкость (900 К по сравнению с удельной теплоемкостью диоксида урана 1400 К), аномалия, как предполагается, вытекает из его 5f-электронного числа. [9] Еще одной уникальной чертой диоксида нептуния является его «загадочная низкотемпературная упорядоченная фаза». Упомянутый выше, он ссылается на аномальный уровень порядка для комплекса диоксида актинита при низкой температуре. [10] Дальнейшее обсуждение таких тем может указать на полезные физические тенденции в актиноидах.
Использует
Комплекс диоксида нептуния используется как средство стабилизации и снижения «долгосрочной экологической нагрузки» [11] нептуния как побочного продукта ядерного деления. Отработанное ядерное топливо, содержащее актиноид, обычно обрабатывается таким образом, что образуются различные комплексы AnO 2 (где An = U, Np, Pu, Am и т. д.). В диоксиде нептуния нептуний имеет пониженную радиотоксичность по сравнению с элементарным нептунием и, таким образом, более желателен для хранения и утилизации.
Диоксид нептуния также используется экспериментально для исследований в области ядерной химии и физики, и предполагается, что он может быть использован для создания эффективного ядерного оружия. В ядерных реакторах диоксид нептуния также может использоваться в качестве мишени для бомбардировки плутонием. [11]
Кроме того, патент на ракету, работающую на диоксиде нептуния, принадлежит Сиракаве Тосихисе [12] , но имеется мало информации об исследованиях и производстве, связанных с таким продуктом.
Ссылки
- ^ Бёлер, Р.; М. Дж. Уэлланд; Ф. Де Брюйкер; К. Боборидис; А. Янссен; Р. Элоирди; Р. Дж. М. Конингс; Д. Манара (2012). «Пересмотр температуры плавления NpO2 и проблем, связанных с измерениями соединений актинидов при высоких температурах». Журнал прикладной физики . 111 (11). Американский институт физики: 113501–113501–8. Bibcode : 2012JAP...111k3501B. doi : 10.1063/1.4721655.
- ^ Christine Guéneau; Alain Chartier; Paul Fossati; Laurent Van Brutzel; Philippe Martin (2020). «Термодинамические и термофизические свойства оксидов актинидов». Comprehensive Nuclear Materials 2nd Ed . 7 : 111– 154. doi :10.1016/B978-0-12-803581-8.11786-2. ISBN 9780081028667. S2CID 261051636.
- ^ Westrum, Jr., Edgar F.; JB Hatcher; Darrell W. Osborne (март 1953 г.). «Энтропия и низкотемпературная теплоемкость диоксида нептуния». Журнал химической физики . 21 (3): 419. Bibcode : 1953JChPh..21..419W. doi : 10.1063/1.1698923.
- ^ abc Huber Jr, Elmer J.; Charles E. Holley Jr (октябрь 1968 г.). «Энтальпия образования диоксида нептуния». Journal of Chemical & Engineering Data . 13 (4): 545– 546. doi :10.1021/je60039a029.
- ^ Патнаик, Прадьот (2003). Справочник по неорганическим химическим соединениям . McGraw-Hill Professional. стр. 271. ISBN 0-07-049439-8.
- ^ Лид, DR (1998). Справочник по химии и физике 87-е изд . CRC Press. стр. 471. ISBN 0-8493-0594-2.
- ^ abcd Портер, JA (1964). «Производство диоксида нептуния». Промышленная и инженерная химия Проектирование и разработка процессов . 4 (3): 289– 292. doi :10.1021/i260012a001. Уравнения, экстраполированные из словесного описания.
- ^ Колле, Ж.-Й. (2011). «Исследования равновесия (твердое тело + газ) для диоксида нептуния». Журнал химической термодинамики . 43 (3): 492– 498. doi :10.1016/j.jct.2010.10.027.
- ^ Серидзава, Х.; Араи, И.; Накадзима, К. (2001). «Оценка теплоемкости NpO 2 ». Журнал химической термодинамики . 33 (6): 615– 628. doi :10.1006/jcht.2000.0775.
- ^ Хотта, Т. (2009). «Микроскопический анализ мультипольной восприимчивости диоксидов актинидов: сценарий мультипольного упорядочения в AmO 2 ». Physical Review B . 80 (2): 024408–1–024408–7. arXiv : 0906.3607 . Bibcode :2009PhRvB..80b4408H. doi :10.1103/PhysRevB.80.024408. S2CID 119295656.
- ^ ab Colle, J.-Y. (2011). "Исследования равновесия (твердое тело + газ) для диоксида нептуния". Журнал химической термодинамики . 43 (3): 492– 498. doi :10.1016/j.jct.2010.10.027.
- ^ Тосихиса, Сиракава. "Библиографические данные: JP2007040768 (A) - 2007-02-15". Espacenet, патентный поиск . Получено 11 апреля 2012 г.
