镎 （ ná ） Neptunium ；台湾译錼 （ nài ） 化学元素 ，其化学符号 为Np ，原子序数 为93。属于锕系元素 ，且是首个超铀元素 ，于1940年由柏克莱辐射实验室 的埃德温·麦克米伦 和菲力普·艾贝尔森 首次合成出来，并参照以天王星 （Uranus ）为名的铀 ，将其以海王星 （Neptune ）命名。
Quick Facts 外观, 概况 ...
镎 93 银色的金属光泽 名称·符号 ·序数 镎（Neptunium）·Np·93 元素类别 锕系元素 族 ·周期 ·区 不适用 ·7 ·f 标准原子质量 [237] 电子排布 [Rn ] 5f4 6d1 7s2 镎的电子层（2, 8, 18, 32, 22, 9, 2） 发现 埃德温·麦克米伦 和菲力普·艾贝尔森 （1940年）物态 固态 密度 （接近室温 ）[ 1] g ·cm −3 熔点 910 K ，637 °C ，1179 °F 沸点 4447 K ，4174 °C ，7545 °F （外推） 熔化热 3.20 kJ·mol−1 汽化热 336 kJ·mol−1 比热容 29.46 J·mol−1 ·K−1 蒸气压
压/Pa
1
10
100
1 k
10 k
100 k
温/K
2194
2437
氧化态 7, 6, 5 , 4, 3两性 氧化物) 电负性 1.36（鲍林标度） 电离能 第一：604.5 kJ·mol−1 原子半径 155 pm 共价半径 190±1 pm 镎的原子谱线 晶体结构 正交晶系 磁序 顺磁性 [ 2] 电阻率 （22 °C）1.220 µ Ω ·m 热导率 6.3 W·m−1 ·K−1 CAS号 7439-99-8 主条目：镎的同位素
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镎是一种坚硬、有延展性 的高密度 金属 ，是所有锕系元素中密度最大的，在所有天然元素中密度第五高，仅次于铼 、铂 、铱 和锇 。镎金属外观为银白色，暴露在空气中表面会氧化而失去光泽。镎有三种同素异形体 ，且在水溶液中能表现出+3到+7共五种氧化态 ，其中以+5最为稳定。镎具有放射性 ，其最稳定的同位素 为237 Np，半衰期为214万年。由于镎有放射性、有毒，在粉末状态下能自燃，且摄入人体后会在骨骼 中积聚，因此处理镎元素具有一定的危险性。
现时绝大多数的镎是核燃料 中的铀吸收中子 后产生的，为核反应堆 和钚 生产过程常见的副产品。虽然镎本身目前没有商业用途，但它被用作生产238 Pu238 Pu是航天和军事上的放射性同位素热电机 中常用的热源。镎也被用于高能中子探测仪。
由于核嬗变 反应，天然铀 矿当中存在着痕量 镎元素，故镎是少数存在于自然界中的超铀元素。[ 3]
德米特里·门捷列夫 于1870年代出版的元素周期表 在铀之后的位置显示的是一条横线“－”，其他当时未发现的元素亦然。1913由卡西米尔·法扬斯 出版的已知放射性同位素列表中，也同样在铀之后留了空格。[ 4]
1934，奥多林·克布利奇（Odolen Koblic）从沥青铀矿 的洗涤水中提取了一小部分物质。他认为这就是93号元素，并将其命名为Bohemium。然而在分析后，他才发现这一物质只是钨 和钒 的混合物。1934，恩里科·费米 试图以中子撞击铀，产生93号和94号 元素。虽然最后失败了，但是他无意中发现了核裂变 。1938，罗马尼亚 物理学家霍里亚·胡卢贝伊 法国 化学家伊维特·哥舒瓦 光谱学 分析，发现了93号元素，并将其命名为Sequanium。由于科学家当时认为这一元素必须人工制造，所以他们的发现遭到了反对。现在人们发现镎确实存在于自然界中，因此胡卢贝伊和哥舒瓦两人有可能确实发现了镎元素。[ 5]
伯克利加州大学劳伦斯伯克利国家实验室的1.5米直径回旋加速器，摄于1939年8月 在93号元素被发现之前，当时的元素周期表还没有锕系这一行，因此钍、镤和铀分别位于铪、钽和钨之下，93号元素也在铼之下。根据这一排位推测，93号元素的特性应该与锰和铼相似。这意味着这一元素不可能从矿石中提取出来，尽管人们于1952年在铀矿中探测到了镎元素。[ 6]
费米相信对铀 进行中子撞击，再经β衰变后，可产生93号元素。实验产物具有短半衰期，因此费米于1934年宣布发现了新元素，[ 7] [ 8] [ 9] 核裂变 所产生的。奥托·哈恩 在1930年代末进行的239 U衰变实验中，产生了少量的镎。Hahn的团队通过实验生产并证实了239 U的属性，但未成功分离和探测到镎。[ 10]
埃德温·麦克米伦 和菲力普·艾贝尔森 于1940年在伯克利加州大学 的伯克利辐射实验室正式发现 了镎。镎（Neptunium）以海王星 （Neptune）命名，它的前一元素铀（Uranium）则以天王星 （Uranus）命名。研究团队以低速中子撞击铀 ，生成了镎同位素 239 Np（半衰期 为2.4天）。镎是首个被发现，也是首个人工合成的锕系 超铀元素 。[ 11]
92
238
U
+
0
1
n
⟶
92
239
U
→
23
m
i
n
β
−
93
239
N
p
→
2.355
d
β
−
94
239
P
u
{\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2.355\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu} }
镎是银色、有延性 的放射性 金属 ，在元素周期表 中位于铀 和钚 之间，镧系元素 钷 的下面。镎较硬，体积模量118 GPa ，与锰 相近。[ 13] 杂化 及金属间有方向性的金属键。[ 14] 蒸汽压 数值外推出来的沸点是4174 °C。如果属实，镎会有所有元素间最高的液态温度区间，其熔点和沸点温度差为3535 K 。[ 15]
镎具有三种同素异形体 ： [ 3]
α型：属于正交晶系 ，密度20.45 g/cm3 ；[ 16]
β型：出现于280 °C以上，属于四方晶系 ，313 °C时密度19.36 g/cm3 ；[ 16]
γ型：出现于577 °C以上，属于立方晶系 ，600 °C时密度18 g/cm3 。[ 16] 有声称发现了镎的第四种同素异形体，但仍未证实。锕系元素都有很多同素异形体。镤 、铀、镎、钚的晶体结构 不像镧系元素，更像第4周期的过渡金属 。[ 14]
镎是所有锕系元素中密度最高的，在所有天然元素中密度第五高，仅次于锇 、铱 、铂 、铼 。[ 15] 骨骼 当中，并慢慢减少。
溶液中的镎离子 镎的化学活性很高。在溶液中具有4种离子氧化态 ：
Np3+ （淡紫色），相似于稀土元素离子Pm3+
Np4+ （黄绿色）
NpO+ （蓝绿色）NpO2+ （淡粉红色）氢氧化镎(III)不溶于水和过碱溶液中。镎(III)在空气中会氧化为镎(IV)。[ 17] [ 18]
镎可以形成三卤化物 和四卤化物，如NpF3 、NpF4 、NpCl4 、NpBr3 和NpI3 等，以及类似于铀氧化合物系统的各种氧化物 ，包括Np3 O8 和NpO2 。
六氟化镎 （NpF6 ）是一种类似于六氟化铀 的挥发性物质。
镎和镤、铀、钚和镅 一样，能够形成线形二氧镎芯（NpO2 n+ ），其中的镎原子呈5+或6+氧化态。镎会与氧 、蒸汽 和酸 产生剧烈反应，但不被碱 侵蚀。[ 5]
NpO2 (OH)2 –
NpO2 (CO3 )–
NpO2 (CO3 )2 3–
NpO2 (CO3 )3 5–
已知的镎同位素有19种，全部都具有放射性 。其中最稳定的包括：237 Np，半衰期 214万年；236 Np，半衰期152,000年；以及235 Np，半衰期396.1天。所有剩余同位素的半衰期都在4.5天以下，大部分甚至在50分钟以下。镎还有4种同核异构体 ，最稳定的是236m Np，半衰期22.5小时。
镎同位素的原子量 在225.0339 u （225 Np）和244.068 u（244 Np）之间。质量比最稳定的237 Np低的同位素以电子捕获 的模式 衰变（一部分也进行α衰变 ），比它高的同位素则进行β衰变 。前者的衰变产物是铀的各种同位素，后者则衰变为钚同位素。
237 Np衰变后的最终稳定产物是205 Tl衰变链 终点都是铅的同位素 。237 Np的特殊衰变链称为镎衰变系 。此外，237 Np能够进行核裂变 。[ 19]
最稳定的镎同位素是237 Np，半衰期为200万年。这比地球年龄 短得多，因此所有原始 的镎元素，也就是地球形成时就存在的镎，至今已衰变殆尽了。然而在铀矿 中，自然核嬗变 反应会产生衰变产物 ，当中含有微量的镎-237至镎-240，因此镎是少数存在于自然界中的超铀元素。[ 3] [ 5]
要产生237 Np金属，须将237 NpF3 与液态钡 或锂 在1200 °C 高温下反应。含镎的反应原料可从乏核燃料 中作为钚 生产过程的副产品提取出来，单次提取量有数千克。[ 5]
2
NpF
3
+
3
Ba
⟶
2
Np
+
3
BaF
2
{\displaystyle {\ce {2 NpF3 + 3 Ba -> 2 Np + 3 BaF2}}}
依重量计，镎-237产量是钚产量的5%，或所有乏核燃料的0.05%。[ 20] [ 21]
大部分的镎都是在核反应中产生的：
铀-235 原子在捕获一颗中子后，会变为铀-236 的激化态。这些激化了的原子核有大约81%会进行裂变，剩余的衰变为236 U的基态，并释放伽马射线 。再次捕获中子 后，236 U会变为237 U，其半衰期为7天，并且会快速经β衰变 形成237 Np。在β衰变过程中，激化的237 U原子核释放一颗电子，弱交互作用 再把一颗中子 转变为一颗质子 ，从而产生237 Np。
92
235
U
+
0
1
n
⟶
92
236
U
m
→
120
n
s
92
236
U
+
γ
{\displaystyle \mathrm {^{235}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{236}U_{m}\ {\xrightarrow[{120\ ns}]{}}\ _{\ 92}^{236}U\ +\ \gamma } }
92
236
U
+
0
1
n
⟶
92
237
U
→
6.75
d
β
−
93
237
N
p
{\displaystyle \mathrm {^{236}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{237}U\ {\xrightarrow[{6.75\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{237}Np} }
237 U也可以通过238 Un ,2n)反应产生，但这只在极高能中子的撞击下才会发生。237 Np也是241 Amα衰变 后的产物。较重的镎同位素迅速衰变，而较轻的镎同位素则无法通过中子捕获 形成，因此从乏核燃料中化学提取出的镎几乎完全由237 Np组成。
要制成纯的镎金属，须在1200°C高温下用钡 或锂 对三氟化镎 （NpF3 ）进行还原 。[ 3]
用中子对237 Np进行照射，可形成238 Puα粒子 ，可在航天和军事上的放射性同位素热电机 中作发电之用。237 Np会捕获一颗中子形成238 Np，经β衰变 之后变为238 Pu（半衰期约为2天）。[ 22]
93
237
N
p
+
0
1
n
⟶
93
238
N
p
→
2.117
d
β
−
94
238
P
u
{\displaystyle \mathrm {^{237}_{\ 93}Np\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 93}^{238}Np\ {\xrightarrow[{2.117\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{238}Pu} }
乏核燃料 当中也含有可称量的238 Pu，但这须从其他的镎同位素中分离出来。
镎可进行核裂变 ，理论上可用作快中子反应堆 或核武器 的燃料，其临界质量 大约为60千克。[ 21] 美国能源部 解密部分文件，其中包括“镎-237可用于制造核子爆炸装置”一句。[ 23]
2002年9月，美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室 短暂地创造了首个达到临界质量的含镎物体，当中还含有浓缩铀 （铀-235 ）。实验发现，用镎-237制造的裸露球体的临界质量在60千克左右，[ 1] [ 19]
镎-237 镎-237是受深地质处置 的锕系元素 中可动性最高的。[ 25] 镅-241 一起通过核嬗变 转化为其他污染性较弱的同位素。[ 26] 电离室 烟雾探测器 含有的镅-241（一般有0.2微克 ）会衰变成镎。镅-241的半衰期为432年，因此在20年后有3%变为镎，100年后则有15%变为镎。
镎的半衰期很长，所以它在一万年以内会是核废料中辐射的主要来源。为了避免日后（数千年后）废料容器破裂时造成的大范围核污染，镎需要先从废料中提取出来。[ 27] [ 28]
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![{\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2.355\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu} }](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4c6145a7221058188d23d96dea443d824d867190)
![{\displaystyle \mathrm {^{235}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{236}U_{m}\ {\xrightarrow[{120\ ns}]{}}\ _{\ 92}^{236}U\ +\ \gamma } }](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4048c0b6e9530b699cddcb3f677768354e643a48)
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![{\displaystyle \mathrm {^{237}_{\ 93}Np\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 93}^{238}Np\ {\xrightarrow[{2.117\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{238}Pu} }](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b3a8a7663dc2ada26e26f0fc9b7f4bf751f8ae34)
