NEPTUNIUM

NEPTUNIUM

Élément chimique de numéro atomique 93, le neptunium (symbole Np) est le premier membre de la série d’éléments lourds artificiels: les transuraniens.

Comme tous ces éléments, il a de nombreux isotopes qui sont tous radio-actifs et produits principalement dans les réacteurs nucléaires. Seul l’isotope 237 existe dans la nature, mais en quantité trop faible pour constituer une source intéressante. Cet isotope est le sous-produit le plus important, après le plutonium, formé au cours de l’irradiation de l’uranium par les neutrons.

Découverte du neptunium

Après la découverte de la transmutation par neutron en 1934, de nombreuses recherches furent entreprises pour mettre en évidence un élément transuranien en irradiant l’uranium par les neutrons. Certains produits de fission de l’uranium 235 furent alors considérés à tort comme des isotopes de l’élément 93. Mais en 1940, Edwin M. McMillan et Philip H. Abelson, de l’université de Californie, purent montrer que l’irradiation par les neutrons d’uranium naturel provoque non seulement la fission de ²³⁵U, mais aussi la formation de l’isotope 239 de l’élément 93 à partir de ²³⁸U, par capture d’un neutron et décroissance 廓 漣:

Ce nouvel élément, situé dans la classification périodique juste après l’uranium, fut appelé neptunium par analogie avec les planètes Uranus et Neptune.

L’isotope ²³⁷Np – le plus intéressant, car sa période est très longue –, fut découvert en 1942 par Arthur C. Wahl et Glenn T. Seaborg. Des quantités pondérables de l’élément, 10 microgrammes de bioxyde, ne furent isolées qu’en 1944.

Isotopes

Tous les isotopes de nombre de masse allant de 228 à 241 sont connus et plusieurs d’entre eux ont un ou deux isomères métastables (²³⁶Np, ²³⁷Np, ²⁴⁰Np et ²⁴¹Np). Ils sont produits artificiellement par réactions nucléaires de neutrons ou particules chargées accélérées sur divers isotopes de l’uranium.

Le neptunium 239, émetteur 廓 size=1^漣 de courte période (2,33 jours), est le précurseur du plutonium 239.

Le neptunium 237 est l’isotope le plus important; il se désintègre par émission de particules 見 de 4,78 MeV avec une demi-vie de 2,2 憐 10⁶ années. Il est produit par réaction (n , 2n ) sur ²³⁸U.

Seul cet isotope a été détecté dans la nature; cependant, l’isolement de microgrammes de ²³⁹Pu à partir de pechblende et monazite de diverses origines implique également l’existence brève de traces de ²³⁹Np. Les neutrons nécessaires pour initier la séquence:

pourraient provenir de réactions ( 見, n ) puisque ces minerais uranifères renferment des émetteurs 見.

La formation de ²³⁷Np dans les réacteurs nucléaires utilisant l’uranium naturel comme combustible est assez importante: environ 0,3 p. 100 de celle du plutonium 239. Dans les réacteurs à uranium enrichi en isotope de masse 235, il est produit par captures successives de neutrons, suivies d’une décroissance 廓 size=1^漣:

Propriétés chimiques

L’étude des propriétés de l’élément 93 fut commencée à l’échelle des indicateurs sur le seul isotope initialement disponible, le neptunium 239. Depuis, la chimie du neptunium a pris une ampleur considérable grâce à l’isotope 237, qui peut être étudié à l’échelle macroscopique, sans danger, moyennant certaines précautions. Cet isotope jouit d’une longévité assez exceptionnelle, sa radioactivité 見 est faible, et le rayonnement 塚 associé est peu énergique; le seul danger biologique est son introduction accidentelle dans l’organisme, aussi doit-on le manipuler en enceinte étanche.

Chimie de l’état solide

Le métal Np⁰ a l’aspect de l’argent, il est aussi malléable que l’uranium; sa densité est d’environ 20,3. Il présente trois variétés allotropiques avant sa fusion à 637 ⁰C. De caractère électropositif (le potentiel normal du couple Np⁰-Np^III est de 漣 1,83 V), Np⁰ est obtenu en réduisant sous vide du trifluorure Np³ ou du tétrafluorure Np⁴ par les vapeurs d’un métal très réactif, tel que le calcium ou le baryum. Des alliages ont été préparés avec l’aluminium (NpAl³, NpAl⁴), le béryllium (NpBe¹³) et avec ses deux voisins immédiats, uranium et plutonium.

Un certain nombre de composés du neptunium à différents degrés d’oxydation (III - IV - V - VI - VII) ont été obtenus par réactions dans l’état solide ou en solutions. Par rapport à l’uranium, on remarque une stabilisation des valences inférieures. L’oxyde le plus stable est le bioxyde Np² de structure cubique à faces centrées, obtenu par calcination des hydroxyde, oxalate, peroxyde de Np^IV. Les fluorures Np³, Np⁴, Np⁶, les chlorures NpCl³ et NpCl⁴, les bromures NpBr³ et NpBr⁴ et l’iodure NpI³ sont connus. Une meilleure compréhension des propriétés physiques des composés solides du neptunium a été rendue possible par le développement de la spectrométrie Mössbauer du neptunium 237.

Chimie en solution

Le neptunium peut exister aux degrés d’oxydation III - IV - V - VI auxquels correspondent en solution acide les espèces ioniques Np³⁺, Np⁴⁺, Np⁺² et Np²⁺² analogues à celles de l’uranium, du plutonium et de l’américium. De plus, en milieu alcalin, Np^VII est stable. Ces différents ions présentent en solution aqueuse une coloration caractéristique. Certaines bandes de leurs spectres d’absorption sont très utiles pour le dosage de divers degrés d’oxydation.

Les potentiels normaux apparents des différents systèmes oxydo-réducteurs du neptunium ont été déterminés dans plusieurs milieux. Les propriétés les plus caractéristiques qui le différencient assez nettement des autres transuraniens sont: la stabilité du neptunium pentavalent, dont la dismutation n’est observée qu’en solutions très acides, et l’existence du degré d’oxydation VII (mis également en évidence pour le plutonium).

En solution, les ions IV, V et VI du neptunium présentent une grande aptitude à la complexation, propriété utilisée pour la séparation ou la purification de l’élément ^{[cf. TRANSURANIENS]}.

Production

Les besoins en neptunium 237 se sont considérablement accrus par suite de son utilisation dans la fabrication à grande échelle de ²³⁸Pu. Cet émetteur 見 est considéré actuellement comme une des meilleures sources d’énergie de faible encombrement (vaisseaux spatiaux, scaphandres, satellites, animation de cœurs artificiels, etc.). Le neptunium 237 formé dans les réacteurs nucléaires est donc extrait du combustible irradié au cours de son traitement chimique, purifié, puis irradié, sous forme de cible, aux neutrons.

La séquence des réactions nucléaires mise en jeu est la suivante:

neptunium [ nɛptynjɔm ] n. m.

• 1940; de Neptune, nom d'une planète, d'apr. uranium

♦ Chim. Élément transuranien radioactif (Np; n^o at. 93; m. at. 237,04), métal argenté de la série des actinides.

● neptunium nom masculin (de la planète Neptune) Élément chimique de numéro atomique 93 et de masse atomique 237,048 (symbole Np). [L'isotope 239, le premier d'un élément transuranien à être synthétisé par l'homme, se transforme en plutonium 239 dans les réacteurs nucléaires.]

neptunium

n. m. CHIM élément artificiel (symbole Np) de numéro atomique Z = 93.

⇒NEPTUNIUM, subst. masc.

CHIM., PHYS. NUCL. Élément chimique radio-actif, obtenu artificiellement à partir de l'uranium (symb. NP, numéro atomique 93). Il existe (...) des éléments transuraniens, inconnus dans la nature, mais qui ont été produits artificiellement, allant de 93 à 98: neptunium, plutonium (FURON ds R. gén. sc., t.63, 1956, p.36). En 1940, E. M. McMillan et P.Abelson de Californie isolèrent, d'une feuille d'uranium qui avait été bombardée par des neutrons, un isotope (...) qui se révéla être l'élément 93 et fut désigné sous le nom de neptunium (Hist. gén. sc., t.3, vol. 2, 1964, p.426).

Prononc.:[]. Étymol. et Hist. 1947 (B. de la Société chim. de France, Chim. Phys., p.145 qui cite FOSTER L. S.-J. Chem. Educ., 1945, 22, 619-623). Dér. de Neptune, nom d'une planète (1857 Fr. ARAGO, Astron. pop., t.4, p.507, v. aussi BESCH. 1845-46); suff. -ium. L'angl. neptunium de même sens est att. dep. 1941 et ds NED Suppl.² qui précise que le mot n'est pas employé par MacMillan et Abelson dans l'article où ils annoncent la découverte de cet élément (Physical Rev. —1940 —LVII, 1185) quoique l'on attribue souvent à MacMillan la création de ce mot. Bbg. DUB. Dér. 1962, p.68.

neptunium [nɛptynjɔm] n. m.

ÉTYM. 1940; de Neptune, nom d'une planète.

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♦ Chim. Élément chimique (symb. : Np, n^o at. : 93) obtenu artificiellement à partir de l'uranium.

Encyclopédie Universelle. 2012.