Periodensystem: Neptunium

Reines Neptunium ist ein silbrig glänzendes, sehr reaktionsfähiges Schwermetall, das künstlich erzeugt werden kann. Es existieren drei Modifikationen. Das stabilste Isotop Np-237 kommt auf der Erde nur in geringsten Spuren vor. Beim Erwärmen reagiert es mit Wasser unter Bildung von Wasserstoff. Das Metall ist stark radioaktiv und ähnelt in seinen chemischen Eigenschaften dem Uran.

Es sind einige Neptuniumverbindungen bekannt. Die Oxide und Fluoride fallen bei der Aufbereitung alter Kernbrennstäbe an. Das grünbraune Neptunium(IV)-oxid NpO₂ ist das stabilste Oxid des Neptuniums. Im Jahr 1944 wurde es als erstes Neptunium-Salz hergestellt. Es besitzt mit etwa 2600 °C einen sehr hohen Schmelzpunkt und ist relativ stabil gegenüber Wasser. Durch eine Reaktion mit Tetrachlorkohlenstoff bei etwa 500 °C kann man das orangebraune Neptunium(IV)-chlorid NpCl₄ herstellen. Durch Reaktion des Neptunium(IV)-oxids mit Fluorwasserstoff im reinen Sauerstoff-Strom erhält man Neptunium(IV)-fluorid NpF₄. Dies ist ein grünes Salz, aus dem man durch Umsetzung mit Fluor Neptunium(VI-)fluorid (Neptuniumhexafluorid) NpF₆ herstellen kann. Dieses bildet orange Kristalle, die bei 55 °C zerfallen und mit Wasser unter Fluorwasserstoff-Bildung heftig reagieren.

Wie alle anderen radioaktiven Elemente wirkt das Neptunium im Körper stark toxisch und erzeugt Strahlenschäden.

Häufigkeit sehr selten

Das radioaktive Isotop Np-237 kommt in der Natur in den Uranerzen nur in geringsten Spuren vor. Dort entsteht es aus dem Uran durch Einfang von Neutronen und β-Zerfall.

Im Jahre 1932 entdeckte James Chadwick (1891–1974) das Neutron. Zwei Jahre später beobachteten Frédéric Joliot und Irène Joliot-Curie, die Tochter von Marie Curie, ein Phänomen, das zuvor niemand beobachtet hatte: Beim Beschuss einer Aluminium-Folie mit α-Strahlung sendete die Folie für kurze Zeit ebenfalls eine Strahlung aus. Zum ersten Mal konnte der radioaktive Zerfall künstlich ausgelöst werden. Angeregt durch diese Entdeckung machte sich in Rom Enrico Fermi (1901–1954) daran, alle bisher bekannten Elemente mit Neutronen zu beschießen. Dadurch erhoffte sich Fermi, künstliche Elemente jenseits des Urans (Transurane) zu erhalten. Ähnliches probierten zur gleichen Zeit auch Otto Hahn (1879–1968) und Lise Meitner (1878–1968) in Berlin aus. Hahn und Meitner glaubten, vier Transurane gefunden zu haben, was sich später jedoch als falsch erwies. Stattdessen entdeckte Hahn die Kernspaltung, die vier Transurane waren allesamt Bruchstücke von Kernumwandlungen.

Der Nobelpreis für die Entdeckung des Elements Nr. 93 ging dann an zwei amerikanische Forscher: Edwin McMillan (1907–1991) schoss Neutronen auf ein mit Uranoxid beschichtetes Papier und erhielt ein unbekanntes Element mit 2,3 Tagen Halbwertszeit. Philip H. Abelson (1913–2004) konnte dann chemisch nachweisen, dass es sich wirklich um ein neues Element handelte, das Isotop Np-239 war entdeckt. Die Benennung orientierte sich am Planeten Neptun, der nach außen im Planetensystem auf dem Planeten Uranus folgt, nach dem ja das Uran benannt ist.

Das Isotop Np-237 wird durch Beschuss von Uran-235 mit Neutronen künstlich hergestellt:

In Kernreaktoren fällt das Np-237 aufgrund dieser Reaktion an. Durch chemische Ausfällung und Ionenaustauschverfahren wird es aus den Abfällen im Kilogrammbereich gewonnen. Die dabei gewonnenen Zwischenprodukte wie die Neptunium-Fluoride können mit Barium oder Lithium zu elementarem Neptunium reduziert werden.

Neptunium kann zur Herstellung von Plutonium und damit zum Bau von Kernwaffen verwendet werden. Daraus eröffnen sich auch alle Verwendungsmöglichkeiten wie beim Plutonium.

Weitere Informationen
Lise Meitner und Otto Hahn