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Elemento químico sintético, el neptunio está representado por el símbolo Np y el número atómico 93. Es el primer elemento metálico radiactivo entre los transuránicos y pertenece a la familia de los actínidos. El neptunio 237 es su isótopo más estable y se produce en reactores nucleares. También se presenta como una forma de traza en el mineral de uranio. Este elemento fue descubierto en 1940 en la Universidad de California. En la tabla periódica, viene después del uranio. Su nombre hace referencia al planeta Neptuno que sigue a Urano en el sistema solar.
El neptunio se clasifica en el 7º período del bloque f. Su configuración electrónica es [Rn] 5f4 6d1 7s2 y sus electrones por nivel de energía son: 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2.
Es un elemento de masa atómica 237 u. Su radio atómico y su radio de covalencia son respectivamente 155 pm y 190 ± 1 pm. Los números que describen el estado de oxidación de su átomo son: 6, 5, 4, 3. En la escala de Pauling, su electronegatividad es de 1,36. Su óxido está constituido por especies anfóteras. Su energía de ionización es de 6,265 7 eV.
En estado natural, el neptunio es un cuerpo sólido de color metálico plateado. Su densidad es de 20,25 g·cm-3 a una temperatura de 20°C. Su sistema cristalino se presenta en forma ortorrómbica. Este elemento funde a 644°C y hierve a 3.999,85°C. Su energía de fusión se eleva a 5,19 kJ·mol-1 y su energía de vaporización es de 336 kJ·mol-1. El volumen molar del neptunio es de 11,59×10-6 m3·mol-1 y su calor específico, 29,46 J·kg-1·K-1. Su conductividad eléctrica se evalúa en 0,822×106 S·m-1 y su conductividad térmica en 6,3 W·m-1·K-1. El neptunio está registrado bajo el número CAS 7439-99-8 y el del ECHA es el 100.028.280.
Philip Abelson y Edwin McMillan descubrieron el neptunio en 1940, en el Laboratorio de Radiación Berkeley de la Universidad de California en Berkeley. El isótopo 239 del neptunio fue el producto de un bombardeo del uranio 238 con neutrones. Su vida media es de 2,4 días. Esta producción constituye la etapa intermedia que condujo a la obtención del plutonio 239.
La preparación del neptunio en su forma metálica se hace utilizando el compuesto NpF3 en vapores de bario o de litio a 1.200°C. Este metal, de carácter plateado, es químicamente bastante reactivo. Se presenta, al menos, bajo tres estructuras alotrópicas. Primero, a temperatura ambiente, el alfa-neptunio tiene una forma ortorrómbica y una densidad de 20,25. Luego, por encima de 280°C, el beta-neptunio presenta una estructura tetragonal, su densidad es de 19,36 a 313°C. Finalmente, el gamma-neptunio, a una temperatura superior a 577°C, toma una forma cúbica. A 600°C, su densidad es de 18,00.
El neptunio forma óxidos cuyas valencias son similares a las del uranio, en particular el Np3O8 y NpO2. También da compuestos halogenados como el NpF3, el NpF4, el NpCl4, el NpBr3 y el NpI3.
Este elemento puede presentarse bajo cuatro grados de oxidación, en medio acuoso. El primer grado es el Np3+ con un número de óxidos (n.o) igual a +3. Es de color púrpura pálido similar al ion raro Pm3+. El segundo es el Np4, cuyo número de óxido es +4 y de color verde amarillento. El tercero, el NpO2+, tiene un n.o +5 de color verde azulado. El cuarto es el NpO22+ de n.o igual a +6 y caracterizado por un color rosa pálido.
El neptunio presenta 20 radioisótopos conocidos, entre los cuales el 237Np es el más estable con una vida media de 2,14 millones de años. La del 236Np es de 154.000 años y la del 235Np 396,1 días. Todos los demás isótopos tienen una vida media inferior a 4,5 días, siendo la mayoría inferior a 50 minutos.
El peso atómico de los isótopos del neptunio varía entre 225,0339 u para el 225Np y 244,068 u para el 244Np.
Los isótopos más estables figuran en la siguiente tabla:
| Iso | AN | Período | MD | Ed MeV | PD |
| 235Np | {syn.} | 396,1 d | α ε | 5,192 0,124 | 231Pa 235U |
| 236Np | {syn.} | 154 000 a | α β– ε | 5,020 0,940 0,940 | 232Pa 236Pu 236U |
| 237Np | {syn.} | 2,144×106 a | α FS | 4,959 — | 233Pa PF |
El neptunio 236 puede dividirse en neutrones térmicos con una sección eficaz de fisión bastante elevada. Según el HBPC, está alrededor de 2.800 barns.
La división del neptunio 237 en neutrones térmicos es débil con una sección eficaz de fisión de 19 mili-barns. Esta última puede ser más elevada para una división en neutrones de alta energía. Por consiguiente y en teoría, el neptunio 237 podría utilizarse para fabricar un sistema de armas de fisión o servir de combustible en un reactor. El US DOE hizo pública esta información en 1992, sin embargo, el uso real de neptunio en la producción de armas no ha sido establecido hasta la fecha.
Investigadores de la Universidad de California (Laboratorio Nacional de Los Álamos) trabajaron en un proyecto de armas de destrucción masiva estadounidenses en septiembre de 2002. Revelaron que se podía fabricar un arma de fisión con una mezcla de uranio enriquecido y neptunio 237. Sin embargo, la cantidad de este último será menor en comparación con la que habían previsto. Esto constituye la primera masa crítica nuclear basada en el uso del neptunio 237, mezclado con uranio enriquecido en lugar de uranio o plutonio. Es interesante saber que el neptunio 237 tiene cuatro nucleones más que el uranio 233 (fisible).
El neptunio 237 puede potencialmente favorecer la multiplicación de armas nucleares, lo que refuerza la necesidad de proteger los materiales separados. Además, es el actínido menor más abundante producido por los reactores de agua ligera, representando aproximadamente el 45% de los núcleos en el combustible irradiado.
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