नेप्चूनियम

नेप्चूनियम एक रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक Np और परमाणु क्रमांक 93 है। एक रेडियोधर्मी एक्टिनाइड धातु, नेप्चूनियम पहला ट्रांसयुरेनिक तत्व है। इसका नाम सौर मंडल में यूरेनस के बाद स्थित ग्रह नेप्चून के नाम पर रखा गया है, जिसके नाम पर यूरेनियम का नाम रखा गया है। एक नेप्चूनियम परमाणु में 93 प्रोटॉन और 93 इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें से सात संयोजकता इलेक्ट्रॉन होते हैं। नेप्चूनियम धातु चांदी जैसी होती है और हवा के संपर्क में आने पर धुंधली हो जाती है। यह तत्व तीन अपरूपी रूपों में पाया जाता है और सामान्यतः +3 से +7 तक, पांच ऑक्सीकरण अवस्थाएं प्रदर्शित करता है। सभी एक्टिनाइड्स की तरह, यह रेडियोधर्मी, विषाक्त, स्वतः ज्वलनशील है और हड्डियों में जमा होने में सक्षम है, जो नेप्चूनियम के रख-रखाव को खतरनाक बनाता है।

हालाँकि वर्षों से इसकी खोज के कई झूठे दावे किए गए थे, लेकिन इस तत्व को पहली बार 1940 में बर्कले रेडिएशन लेबोरेटरी में एडविन मैकमिलन और फिलिप एच. एबेलसन द्वारा संश्लेषित किया गया था। तब से, अधिकांश नेप्चूनियम का उत्पादन परमाणु रिएक्टरों में यूरेनियम के न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा किया जाता रहा है और अभी भी किया जाता है। इसका अधिकांश भाग पारंपरिक परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों में उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होता है। हालाँकि वर्तमान में नेप्चूनियम का कोई व्यावसायिक उपयोग नहीं है, लेकिन इसका उपयोग प्लूटोनियम-238 के निर्माण के लिए एक अग्रदूत के रूप में किया जाता है, जिसका उपयोग बदले में अंतरिक्ष यान के लिए बिजली प्रदान करने के लिए रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर में किया जाता है। नेप्चूनियम का उपयोग उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन के डिटेक्टरों में भी किया गया है।

नेप्चूनियम का सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला आइसोटोप, नेप्चूनियम-237, परमाणु रिएक्टरों और प्लूटोनियम उत्पादन का एक उप-उत्पाद है। यह आइसोटोप, और आइसोटोप नेप्चूनियम-239, न्यूट्रॉन कैप्चर प्रतिक्रियाओं और बीटा क्षय के कारण यूरेनियम अयस्कों में भी कम मात्रा में पाए जाते हैं।

विशेषताएँ

भौतिक

नेप्चूनियम एक कठोर, चांदी जैसी, तन्य, रेडियोधर्मी एक्टिनाइड धातु है (सभी एक्टिनाइड धातु होते हैं)। आवर्त सारणी में, यह एक्टिनाइड यूरेनियम के दाईं ओर, एक्टिनाइड प्लूटोनियम के बाईं ओर और लैंथेनाइड प्रोमेथियम के नीचे स्थित है। नेप्चूनियम एक कठोर धातु है, जिसका बल्क मापांक 118 जीपीए है, जो मैंगनीज के बराबर है। नेप्चूनियम धातु भौतिक कार्यक्षमता के मामले में यूरेनियम के समान है। सामान्य तापमान पर हवा के संपर्क में आने पर, यह एक पतली ऑक्साइड परत बनाती है। तापमान बढ़ने पर यह प्रतिक्रिया अधिक तेजी से होती है। नेप्चूनियम 639 ± 3 °C पर पिघलता है: यह कम गलनांक, एक ऐसा गुण जो धातु पड़ोसी तत्व प्लूटोनियम (जिसका गलनांक 639.4 °C है) के साथ साझा करती है, 5f और 6d ऑर्बिटल्स के हाइब्रिडाइजेशन और धातु में दिशात्मक बंधों के निर्माण के कारण है। नेप्चूनियम का क्वथनांक अनुभवजन्य रूप से ज्ञात नहीं है और आमतौर पर दिया गया 4174 °C का मान तत्व के वाष्प दबाव से निकाला गया है। यदि यह सटीक है, तो नेप्चूनियम के पास किसी भी तत्व की सबसे बड़ी तरल सीमा होगी (इसके गलनांक और क्वथनांक के बीच 3535 K का अंतर)।

नेप्चूनियम कम से कम तीन अपरूपों में पाया जाता है। चौथे अपरूप के कुछ दावे किए गए हैं, लेकिन वे अब तक सिद्ध नहीं हुए हैं। अपरूपों की यह बहुलता एक्टिनाइड्स के बीच सामान्य है। नेप्चूनियम, प्रोटैक्टीनियम, यूरेनियम और प्लूटोनियम की क्रिस्टल संरचना के लैंथेनाइड्स के बीच स्पष्ट एनालॉग नहीं हैं और ये 3d संक्रमण धातु के अधिक समान हैं।

नेप्चूनियम के अपरूप

अपरूप	α (20 °C पर मापा गया)	β (313 °C पर मापा गया)	γ (600 °C पर मापा गया)
संक्रमण तापमान	(α→β) 280 °C	(β→γ) 576 °C	(γ→तरल) 639 °C
क्रिस्टल संरचना	ऑर्थोरोम्बिक	टेट्रागोनल	बॉडी-सेंटर्ड क्यूबिक
पियर्सन प्रतीक	oP8	tP4	cI2
स्पेस ग्रुप	Pnma	P4212	Im3m
घनत्व (g/cm3, 237Np)	20.45	19.36	18.08
लैटिस पैरामीटर (pm)	a = 472.3 b = 488.7 c = 666.3	a = 489.5 c = 338.9	a = 351.8

α-नेप्चूनियम एक ऑर्थोरोम्बिक संरचना लेता है, जो एक अत्यधिक विकृत बॉडी-सेंटर्ड क्यूबिक संरचना जैसा दिखता है। प्रत्येक नेप्चूनियम परमाणु चार अन्य परमाणुओं के साथ समन्वित होता है और Np–Np बंध लंबाई 260 pm होती है। यह सभी एक्टिनाइड्स में सबसे सघन है और सभी प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तत्वों में पांचवां सबसे सघन है, जो केवल रेनियम, प्लैटिनम, इरिडियम और ऑस्मियम से पीछे है। α-नेप्चूनियम में अर्धधात्विक गुण होते हैं, जैसे कि मजबूत सहसंयोजक बंध और उच्च विद्युत प्रतिरोधकता, और इसके धात्विक भौतिक गुण सच्चे धातुओं की तुलना में उपधातुओं के अधिक करीब होते हैं। अन्य एक्टिनाइड्स के कुछ अपरूप भी समान व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, हालांकि कम हद तक। अल्फा चरण में नेप्चूनियम के विभिन्न आइसोटोप का घनत्व स्पष्ट रूप से अलग होने की उम्मीद है: α-²³⁵Np का घनत्व 20.303 g/cm³; α-²³⁶Np का घनत्व 20.389 g/cm³; α-²³⁷Np का घनत्व 20.476 g/cm³ होना चाहिए।

β-नेप्चूनियम एक विकृत टेट्रागोनल क्लोज-पैक्ड संरचना लेता है। नेप्चूनियम के चार परमाणु एक यूनिट सेल बनाते हैं, और Np–Np बंध लंबाई 276 pm होती है। γ-नेप्चूनियम की संरचना बॉडी-सेंटर्ड क्यूबिक होती है और इसकी Np–Np बंध लंबाई 297 pm होती है। γ रूप बढ़ते दबाव के साथ कम स्थिर हो जाता है, हालांकि नेप्चूनियम का गलनांक भी दबाव के साथ बढ़ता है। β-Np/γ-Np/तरल ट्रिपल पॉइंट 725 °C और 3200 एमपीए पर होता है।

मिश्र धातु

संयोजकता 5f इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण, नेप्चूनियम और इसके मिश्र धातु कई अन्य एक्टिनाइड्स की तरह बहुत दिलचस्प चुंबकीय व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। ये संक्रमण धातु की विशेषता वाले इटिनरेंट बैंड-जैसे चरित्र से लेकर स्कैंडियम, यट्रियम और लैंथेनाइड्स के विशिष्ट स्थानीय क्षण व्यवहार तक हो सकते हैं। यह धातु लिगेंड के ऑर्बिटल्स के साथ 5f-ऑर्बिटल हाइब्रिडाइजेशन से उत्पन्न होता है, और इस तथ्य से कि 5f ऑर्बिटल सापेक्षतावादी रूप से अस्थिर है और बाहर की ओर फैलता है। उदाहरण के लिए, शुद्ध नेप्चूनियम अनुचुंबकीय है, NpAl₃ लौहचुंबकीय है, NpGe₃ में कोई चुंबकीय क्रम नहीं है, और NpSn₃ एक हेवी फर्मियन पदार्थ हो सकता है। नेप्चूनियम-237 जैसे लंबे समय तक जीवित रहने वाले अपशिष्ट आइसोटोप को परमाणु ईंधन के रूप में अधिक उपयोगी कम समय तक जीवित रहने वाले आइसोटोप में पुनर्चक्रित करने के लिए यूरेनियम, अमेरिसियम, प्लूटोनियम, जिरकोनियम और लोहे के साथ नेप्चूनियम के मिश्र धातुओं के संबंध में जांच चल रही है।

एक नेप्चूनियम-आधारित अतिचालक मिश्र धातु NpPd₅Al₂ सूत्र के साथ खोजी गई है। नेप्चूनियम यौगिकों में यह घटना कुछ हद तक आश्चर्यजनक है क्योंकि वे अक्सर मजबूत चुंबकत्व प्रदर्शित करते हैं, जो आमतौर पर अतिचालकता को नष्ट कर देता है। मिश्र धातु की संरचना टेट्रागोनल है और इसका अतिचालकता संक्रमण तापमान -268.3 °C (4.9 K) है।

रासायनिक

रासायनिक यौगिक बनाते समय नेप्चूनियम में +3 से +7 तक पांच आयनिक ऑक्सीकरण अवस्थाएं होती हैं, जिन्हें समाधानों में एक साथ देखा जा सकता है। यह सबसे भारी एक्टिनाइड है जो एक स्थिर यौगिक में अपने सभी संयोजकता इलेक्ट्रॉनों को खो सकता है। समाधान में सबसे स्थिर अवस्था +5 है, लेकिन ठोस नेप्चूनियम यौगिकों में +4 संयोजकता को प्राथमिकता दी जाती है। नेप्चूनियम धातु बहुत प्रतिक्रियाशील है। नेप्चूनियम के आयन हाइड्रोलिसिस और समन्वय यौगिक बनाने के लिए प्रवृत्त होते हैं।

परमाणु

एक नेप्चूनियम परमाणु में 93 इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो विन्यास [Rn] 5f⁴ 6d¹ 7s² में व्यवस्थित होते हैं। यह आउफबाऊ सिद्धांत द्वारा अपेक्षित विन्यास से इस मायने में भिन्न है कि एक इलेक्ट्रॉन 5f सबशेल में होने के बजाय 6d सबशेल में होता है। ऐसा 5f, 6d और 7s सबशेल की इलेक्ट्रॉन ऊर्जाओं की समानता के कारण है। यौगिकों और आयनों के निर्माण में, सभी संयोजकता इलेक्ट्रॉन खो सकते हैं, जिससे उत्कृष्ट गैस रेडॉन के इलेक्ट्रॉन विन्यास के साथ आंतरिक इलेक्ट्रॉनों का एक अक्रिय कोर पीछे रह जाता है; अधिक सामान्यतः, केवल कुछ संयोजकता इलेक्ट्रॉन ही खोएंगे। ट्रिपोसिटिव आयन Np³⁺ के लिए इलेक्ट्रॉन विन्यास [Rn] 5f⁴ है, जिसमें सबसे बाहरी 7s और 6d इलेक्ट्रॉन पहले खो जाते हैं: यह बिल्कुल नेप्चूनियम के लैंथेनाइड होमोलॉग प्रोमेथियम के अनुरूप है, और ट्रिपोसिटिव अवस्था में [Rn] 5fⁿ इलेक्ट्रॉन विन्यास के साथ अन्य एक्टिनाइड्स द्वारा निर्धारित प्रवृत्ति के अनुरूप है। नेप्चूनियम का पहला आयनन विभव 1974 में अधिकतम 6.19 ± 0.12 eV मापा गया था, इस धारणा के आधार पर कि 7s इलेक्ट्रॉन 5f और 6d से पहले आयनित होंगे; हाल के मापों ने इसे 6.2657 eV तक परिष्कृत किया है।

आइसोटोप

मुख्य लेख: नेप्चूनियम के आइसोटोप

अन्यथा न बताए गए सभी परमाणु डेटा मानक स्रोत से हैं:

चौबीस नेप्चूनियम रेडियोआइसोटोप की विशेषता बताई गई है, जिनमें सबसे स्थिर 2.144 मिलियन वर्षों के अर्ध-आयु के साथ ²³⁷Np, 153,000 वर्षों की अर्ध-आयु के साथ ²³⁶Np, और 396.1 दिनों की अर्ध-आयु के साथ ²³⁵Np है। शेष सभी रेडियोधर्मी आइसोटोप की अर्ध-आयु 5 दिनों से कम है।

सबसे स्थिर आइसोटोप, ²³⁷Np से हल्के आइसोटोप, मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा क्षय होते हैं, हालांकि कुछ प्रोटैक्टीनियम बनने के लिए अल्फा उत्सर्जन द्वारा भी क्षय होते हैं। ²³⁷Np स्वयं, द्रव्यमान संख्या 237 का बीटा-क्षय स्थिर आइसोबार होने के नाते, बहुत दुर्लभ सहज विखंडन के साथ, ²³³Pa में अल्फा द्वारा क्षय होता है। भारी आइसोटोप आमतौर पर बीटा उत्सर्जन द्वारा क्षय होते हैं।

²³⁷Np का क्षय अंततः बिस्मथ-209 और थैलियम-205 देता है, अधिकांश अन्य सामान्य भारी नाभिकों के विपरीत जो सीसे के आइसोटोप में क्षय होते हैं। इस क्षय श्रृंखला को नेप्चूनियम श्रृंखला के रूप में जाना जाता है। यह क्षय श्रृंखला पृथ्वी पर लगभग अनुपस्थित थी क्योंकि बिस्मथ-209 के ऊपर इसके सभी आइसोटोप की अर्ध-आयु कम थी, लेकिन अब नेप्चूनियम (और यूरेनियम-233) के टन पैमाने पर कृत्रिम उत्पादन के कारण इसे पुनर्जीवित किया जा रहा है।

आइसोटोप नेप्चूनियम-235, -236, और -237 के विखंडनीय होने का अनुमान है; हालांकि केवल नेप्चूनियम-237 की विखंडनीयता प्रयोगात्मक रूप से दिखाई गई है। इसका महत्वपूर्ण द्रव्यमान लगभग 60 kg है, जो आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले यूरेनियम-235 से केवल 10 kg अधिक है। नेप्चूनियम-235, -236, और -237 के महत्वपूर्ण द्रव्यमान के गणना किए गए मान क्रमशः 66.2 kg, 6.79 kg, और 63.6 kg हैं: नेप्चूनियम-236 का मान प्लूटोनियम-239 से भी कम है और ²³⁶Np का न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन भी कम है। हालांकि, एक नेप्चूनियम परमाणु बम कभी नहीं बनाया गया है क्योंकि यूरेनियम और प्लूटोनियम का महत्वपूर्ण द्रव्यमान ²³⁵Np और ²³⁷Np से कम है, और ²³⁶Np को शुद्ध करना मुश्किल है क्योंकि यह व्यय परमाणु ईंधन में मात्रा में नहीं पाया जाता है और ²³⁷Np से किसी भी महत्वपूर्ण मात्रा में अलग करना लगभग असंभव है।

घटना

नेप्चूनियम का सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला आइसोटोप, ²³⁷Np, की अर्ध-आयु 2.14 मिलियन वर्ष है, जो पृथ्वी की आयु से 2,000 गुना से अधिक कम है। इसलिए, कोई भी आदिम नेप्चूनियम सुदूर अतीत में क्षय हो गया होगा। केवल लगभग 80 मिलियन वर्षों के बाद, सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाले आइसोटोप, ²³⁷Np की सांद्रता भी इसके मूल मात्रा के एक-खरबवें (10⁻¹²) से कम हो गई होगी। इस प्रकार नेप्चूनियम प्रकृति में केवल नगण्य मात्रा में मौजूद है जो अन्य आइसोटोप के मध्यवर्ती क्षय उत्पादों के रूप में उत्पादित होता है।

नेप्चूनियम आइसोटोप नेप्चूनियम-237 और -239 की ट्रेस मात्रा यूरेनियम अयस्कों में रूपांतरण प्रतिक्रियाओं से क्षय उत्पाद के रूप में स्वाभाविक रूप से पाई जाती है। ²³⁹Np और ²³⁷Np इन आइसोटोप में सबसे आम हैं; वे सीधे यूरेनियम-238 परमाणुओं द्वारा न्यूट्रॉन कैप्चर से बनते हैं। ये न्यूट्रॉन यूरेनियम-238 के सहज विखंडन, यूरेनियम-235 के प्राकृतिक न्यूट्रॉन-प्रेरित विखंडन, नाभिक के कॉस्मिक रे स्पैलेशन, और अल्फा कणों को अवशोषित करने और एक न्यूट्रॉन उत्सर्जित करने वाले हल्के तत्वों से आते हैं। ²³⁹Np की अर्ध-आयु बहुत कम है, हालांकि 1951 में प्रकृति में इसके बहुत लंबे समय तक जीवित रहने वाले पुत्री उत्पाद ²³⁹Pu का पता चलने से इसकी प्राकृतिक घटना निश्चित रूप से स्थापित हो गई। 1952 में, ²³⁷Np की पहचान की गई और बेल्जियम कांगो से यूरेनियम अयस्क के सांद्रण से अलग किया गया: इन खनिजों में, नेप्चूनियम-237 से यूरेनियम का अनुपात लगभग 10⁻¹² से 1 से कम या उसके बराबर है। इसके अतिरिक्त, ²⁴⁰Np भी ²⁴⁴Pu के मध्यवर्ती क्षय उत्पाद के रूप में होना चाहिए, जिसे पृथ्वी पर समुद्री तलछट में उल्कापिंड धूल में पता लगाया गया है।

अब पर्यावरण में पाया जाने वाला अधिकांश नेप्चूनियम (और प्लूटोनियम) 1945 में पहले परमाणु बम के विस्फोट और 1963 में आंशिक परमाणु परीक्षण प्रतिबंध संधि के अनुसमर्थन के बीच हुए वायुमंडलीय परमाणु विस्फोटों के कारण है। इन विस्फोटों और 1963 के बाद से किए गए कुछ वायुमंडलीय परीक्षणों द्वारा जारी नेप्चूनियम की कुल मात्रा लगभग 2500 kg होने का अनुमान है। इसका भारी बहुमत लंबे समय तक जीवित रहने वाले आइसोटोप ²³⁶Np और ²³⁷Np से बना है क्योंकि मध्यम रूप से लंबे समय तक जीवित रहने वाला ²³⁵Np (अर्ध-आयु 396 दिन) भी दशकों के दौरान अपनी मूल सांद्रता के एक-अरबवें (10⁻⁹) से कम हो गया होगा। परमाणु रिएक्टर शीतलन जल में प्राकृतिक यूरेनियम के न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा उत्पादित नेप्चूनियम की एक अतिरिक्त बहुत छोटी मात्रा तब जारी होती है जब पानी को नदियों या झीलों में छोड़ दिया जाता है। समुद्री जल में ²³⁷Np की सांद्रता लगभग 6.5 × 10⁻⁵ मिलीबेकरेल प्रति लीटर है: यह सांद्रता प्लूटोनियम की सांद्रता का 0.1% और 1% के बीच है।

एक बार सतह के वातावरण में जारी होने के बाद, वायुमंडलीय ऑक्सीजन के संपर्क में, नेप्चूनियम आमतौर पर काफी जल्दी ऑक्सीकृत हो जाता है, आमतौर पर +4 या +5 अवस्था में। अपनी ऑक्सीकरण अवस्था की परवाह किए बिना, तत्व अन्य एक्टिनाइड्स की तुलना में बहुत अधिक गतिशीलता प्रदर्शित करता है, काफी हद तक विभिन्न अन्य तत्वों के साथ आसानी से जलीय समाधान बनाने की क्षमता के कारण। बलुआ पत्थर और चूना पत्थर में नेप्चूनियम(V), प्लूटोनियम(IV), और अमेरिसियम(III) की प्रसार दरों की तुलना करने वाले एक अध्ययन में, नेप्चूनियम अन्य तत्वों की तुलना में दस गुना से अधिक प्रवेश कर गया। Np(V) यदि कोई कार्बोनेट मौजूद नहीं है तो 5.5 से अधिक पीएच स्तरों में भी कुशलतापूर्वक प्रतिक्रिया करेगा और इन स्थितियों में इसे क्वार्ट्ज के साथ आसानी से बंधते हुए भी देखा गया है। इसे गोएथाइट, फेरिक ऑक्साइड कोलाइड्स, और काओलिनाइट और स्मेक्टाइट सहित कई मिट्टी के साथ अच्छी तरह से बंधते हुए भी देखा गया है। Np(V) हल्के अम्लीय परिस्थितियों में मिट्टी के कणों से अपने साथी एक्टिनाइड्स अमेरिसियम और क्यूरियम की तरह आसानी से नहीं बंधता है। यह व्यवहार इसे समाधान में रहते हुए मिट्टी के माध्यम से तेजी से प्रवास करने में सक्षम बनाता है बिना किसी स्थान पर स्थिर हुए, जो इसकी गतिशीलता में और योगदान देता है। Np(V) कंक्रीट द्वारा भी आसानी से अवशोषित हो जाता है, जो तत्व की रेडियोधर्मिता के कारण एक विचार है जिसे परमाणु कचरा भंडारण सुविधाओं का निर्माण करते समय संबोधित किया जाना चाहिए। जब कंक्रीट में अवशोषित किया जाता है, तो यह अपेक्षाकृत कम समय में Np(IV) में कम हो जाता है। Np(V) को ह्यूमिक एसिड द्वारा भी कम किया जाता है यदि वे गोएथाइट, हेमेटाइट और मैग्नेटाइट की सतह पर मौजूद हों। Np(IV) कम मोबाइल है और टफ, ग्रैनोडियोराइट और बेंटोनाइट द्वारा कुशलतापूर्वक अधिशोषित होता है; हालांकि बाद के द्वारा अपटेक हल्के अम्लीय परिस्थितियों में सबसे स्पष्ट है। यह कोलाइडल कणों से बंधने की एक मजबूत प्रवृत्ति भी प्रदर्शित करता है, एक प्रभाव जो उच्च मिट्टी सामग्री वाली सतह की मिट्टी में होने पर बढ़ जाता है। यह व्यवहार तत्व की देखी गई उच्च गतिशीलता में एक अतिरिक्त सहायता प्रदान करता है।

इतिहास

पृष्ठभूमि और प्रारंभिक दावे

जब 1870 के दशक की शुरुआत में दिमित्री मेंडेलीव द्वारा तत्वों की पहली आवर्त सारणी प्रकाशित की गई थी, तो इसने यूरेनियम के बाद के स्थान पर " — " दिखाया था, जो तब के अज्ञात तत्वों के लिए कई अन्य स्थानों के समान था। ज्ञात तत्वों की अन्य बाद की तालिकाएं, जिसमें कासिमिर फजन्स द्वारा ज्ञात रेडियोधर्मी आइसोटोप का 1913 का प्रकाशन शामिल है, भी यूरेनियम, तत्व 92 के बाद एक खाली स्थान दिखाती हैं।

1932 में परमाणु नाभिक के अंतिम घटक, न्यूट्रॉन की खोज तक और उसके बाद, अधिकांश वैज्ञानिकों ने यूरेनियम से भारी तत्वों की संभावना पर गंभीरता से विचार नहीं किया। हालांकि उस समय परमाणु सिद्धांत ने स्पष्ट रूप से उनके अस्तित्व को प्रतिबंधित नहीं किया था, लेकिन यह सुझाव देने के लिए बहुत कम सबूत थे कि वे मौजूद थे। हालांकि, 1933 के अंत में इरीन और फ्रेडरिक जोलियट-क्यूरी द्वारा प्रेरित रेडियोधर्मिता की खोज ने तत्वों पर शोध करने का एक पूरी तरह से नया तरीका खोल दिया और एनरिको फर्मी के नेतृत्व में इतालवी वैज्ञानिकों के एक छोटे समूह को न्यूट्रॉन बमबारी से जुड़े प्रयोगों की एक श्रृंखला शुरू करने के लिए प्रेरित किया। हालांकि जोलियट-क्यूरी के प्रयोग में रेडियोधर्मी ³⁰P का उत्पादन करने के लिए अल्फा कणों के साथ ²⁷Al के एक नमूने पर बमबारी करना शामिल था, फर्मी ने महसूस किया कि न्यूट्रॉन का उपयोग करना, जिसमें कोई विद्युत आवेश नहीं होता है, सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए अल्फा कणों की तुलना में और भी बेहतर परिणाम देगा। तदनुसार, मार्च 1934 में उन्होंने यह निर्धारित करने के लिए कि क्या अन्य को भी रेडियोधर्मिता के लिए प्रेरित किया जा सकता है, सभी ज्ञात तत्वों को न्यूट्रॉन बमबारी के अधीन करना शुरू कर दिया।

काम के कई महीनों के बाद, फर्मी के समूह ने अस्थायी रूप से निर्धारित किया था कि हल्के तत्व एक प्रोटॉन या अल्फा कण उत्सर्जित करके कैप्चर किए गए न्यूट्रॉन की ऊर्जा को फैला देंगे और भारी तत्व आमतौर पर गामा किरण उत्सर्जित करके ऐसा ही करेंगे। यह बाद का व्यवहार बाद में एक न्यूट्रॉन के एक प्रोटॉन में बीटा क्षय का परिणाम होगा, इस प्रकार परिणामी आइसोटोप को आवर्त सारणी में एक स्थान ऊपर ले जाएगा। जब फर्मी की टीम ने यूरेनियम पर बमबारी की, तो उन्होंने इस व्यवहार को भी देखा, जिसने दृढ़ता से सुझाव दिया कि परिणामी आइसोटोप का परमाणु क्रमांक 93 था। फर्मी शुरू में इस तरह के दावे को सार्वजनिक करने के लिए अनिच्छुक थे, लेकिन उनकी टीम द्वारा यूरेनियम बमबारी उत्पादों में कई अज्ञात अर्ध-आयु देखने के बाद जो किसी भी ज्ञात आइसोटोप से मेल नहीं खाते थे, उन्होंने जून 1934 में Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92 शीर्षक से एक पेपर प्रकाशित किया। तत्व 93 के लिए, उन्होंने इटली के लिए ग्रीक नाम Ausonia के बाद ऑसेनियम (परमाणु प्रतीक Ao) नाम प्रस्तावित किया।

फर्मी के शोध-पत्र के दावों पर कई सैद्धांतिक आपत्तियां तुरंत उठाई गईं; विशेष रूप से, उस समय यह प्रक्रिया ठीक से समझ में नहीं आई थी कि जब कोई परमाणु न्यूट्रॉन को कैप्चर करता है तो वास्तव में क्या होता है। इस तथ्य ने और तीन महीने बाद फर्मी की इस आकस्मिक खोज ने कि परमाणु प्रतिक्रियाओं को धीमे न्यूट्रॉन द्वारा प्रेरित किया जा सकता है, कई वैज्ञानिकों, विशेष रूप से एरिस्टिड वॉन ग्रोस और इडा नोडैक के मन में यह संदेह पैदा कर दिया कि प्रयोग में तत्व 93 का निर्माण हो रहा है। हालाँकि वॉन ग्रोस का यह दावा कि फर्मी वास्तव में प्रोटैक्टीनियम (तत्व 91) का उत्पादन कर रहे थे, जल्दी ही परीक्षण करके गलत साबित कर दिया गया, लेकिन नोडैक का यह प्रस्ताव कि यूरेनियम को दो या अधिक छोटे टुकड़ों में तोड़ दिया गया था, अधिकांश वैज्ञानिकों द्वारा केवल इसलिए अनदेखा कर दिया गया क्योंकि मौजूदा परमाणु सिद्धांत में इसके संभव होने का कोई तरीका शामिल नहीं था। फर्मी और उनकी टीम का मानना था कि वे वास्तव में एक नए तत्व का संश्लेषण कर रहे थे, लेकिन यह मुद्दा कई वर्षों तक अनसुलझा रहा।

हालाँकि प्रयोग के परिणामों में कई अलग-अलग और अज्ञात रेडियोधर्मी अर्ध-आयु (half-lives) ने यह दिखाया कि कई परमाणु प्रतिक्रियाएं हो रही थीं, फर्मी का समूह यह साबित नहीं कर सका कि तत्व 93 का उत्पादन हो रहा था जब तक कि वे इसे रासायनिक रूप से अलग न कर लें। उन्होंने और कई अन्य वैज्ञानिकों ने इसे हासिल करने का प्रयास किया, जिनमें ओटो हाह्न और लीज़ मीटनर शामिल थे, जो उस समय दुनिया के सर्वश्रेष्ठ रेडियोकेमिस्टों में से थे और फर्मी के दावे के समर्थक थे, लेकिन वे सभी विफल रहे। बहुत बाद में, यह निर्धारित किया गया कि इस विफलता का मुख्य कारण यह था कि तत्व 93 के रासायनिक गुणों की भविष्यवाणियां एक ऐसी आवर्त सारणी पर आधारित थीं जिसमें एक्टिनाइड श्रेणी का अभाव था। इस व्यवस्था ने प्रोटैक्टीनियम को टैंटलम के नीचे, यूरेनियम को टंगस्टन के नीचे रखा, और आगे यह सुझाव दिया कि तत्व 93, जिसे उस समय एका-रेनियम कहा जाता था, मैंगनीज और रेनियम सहित समूह 7 के तत्वों के समान होना चाहिए। थोरियम, प्रोटैक्टीनियम और यूरेनियम, अपनी क्रमशः +4, +5 और +6 की प्रमुख ऑक्सीकरण अवस्थाओं के साथ, वैज्ञानिकों को यह सोचने के लिए गुमराह करते थे कि वे लैंथेनाइड श्रेणी के नीचे होने के बजाय हाफनियम, टैंटलम और टंगस्टन के नीचे आते हैं, जिसे उस समय एक संयोग माना जाता था, और जिसके सभी सदस्यों की प्रमुख अवस्था +3 होती है; दूसरी ओर, नेप्च्यूनियम में +7 की बहुत दुर्लभ और अस्थिर अवस्था होती है, जबकि +4 और +5 सबसे स्थिर अवस्थाएं हैं। यह पता चलने पर कि प्लूटोनियम और अन्य ट्रांसयुरानिक तत्वों में भी प्रमुख +3 और +4 अवस्थाएं होती हैं, और f-ब्लॉक की खोज के साथ, एक्टिनाइड श्रेणी को मजबूती से स्थापित किया गया।

जबकि यह प्रश्न कि क्या फर्मी के प्रयोग ने तत्व 93 का उत्पादन किया था, गतिरोध में था, तत्व की खोज के दो अतिरिक्त दावे सामने आए, हालाँकि फर्मी के विपरीत, उन दोनों ने प्रकृति में इसे देखने का दावा किया। इनमें से पहला दावा 1934 में चेक इंजीनियर ओडोलन कोब्लिक द्वारा किया गया था, जब उन्होंने गर्म पिचब्लेंड के धुलाई के पानी से थोड़ी मात्रा में पदार्थ निकाला था। उन्होंने तत्व के लिए बोहेमियम नाम प्रस्तावित किया, लेकिन विश्लेषण के बाद पता चला कि नमूना टंगस्टन और वैनेडियम का मिश्रण था। दूसरा दावा 1938 में रोमानियाई भौतिक विज्ञानी होरिया हुलुबेई और फ्रांसीसी रसायनज्ञ यवेट कॉचोइस द्वारा किया गया था, जिन्होंने खनिजों में स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से नए तत्व की खोज करने का दावा किया था। उन्होंने अपने तत्व का नाम सेक्वेनियम रखा, लेकिन दावे को खारिज कर दिया गया क्योंकि उस समय प्रचलित सिद्धांत यह था कि यदि यह अस्तित्व में है भी, तो तत्व 93 प्राकृतिक रूप से मौजूद नहीं होगा। हालाँकि, चूंकि नेप्च्यूनियम वास्तव में प्रकृति में सूक्ष्म मात्रा में पाया जाता है, जैसा कि 1952 में यूरेनियम अयस्क में पाए जाने पर प्रदर्शित हुआ था, यह संभव है कि हुलुबेई और कॉचोइस ने वास्तव में नेप्च्यूनियम का अवलोकन किया हो।

हालाँकि 1938 तक कुछ वैज्ञानिक, जिनमें नील्स बोर भी शामिल थे, यह स्वीकार करने में अनिच्छुक थे कि फर्मी ने वास्तव में एक नया तत्व तैयार किया है, फिर भी उन्हें नवंबर 1938 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया, "न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा उत्पादित नए रेडियोधर्मी तत्वों के अस्तित्व के उनके प्रदर्शन के लिए, और धीमे न्यूट्रॉन द्वारा लाई गई परमाणु प्रतिक्रियाओं की उनकी संबंधित खोज के लिए"। एक महीने बाद, हाह्न, मीटनर और ओटो फ्रिश द्वारा परमाणु विखंडन की पूरी तरह से अप्रत्याशित खोज ने इस संभावना को समाप्त कर दिया कि फर्मी ने तत्व 93 की खोज की थी क्योंकि फर्मी की टीम द्वारा देखी गई अधिकांश अज्ञात अर्ध-आयु को तेजी से विखंडन उत्पादों के रूप में पहचाना गया था।

शायद लापता तत्व 93 का उत्पादन करने के सभी प्रयासों में सबसे करीबी प्रयास 1940 में जापानी भौतिक विज्ञानी योशियो निशिना द्वारा रसायनज्ञ केंजीरो किमुरा के साथ काम करते हुए किया गया था, जो 1941 में प्रशांत युद्ध के प्रकोप से ठीक पहले था: उन्होंने ²³⁸U को तेज न्यूट्रॉन के साथ बमबारी की। हालाँकि, जबकि धीमे न्यूट्रॉन (n, γ) प्रतिक्रिया के माध्यम से न्यूट्रॉन कैप्चर को प्रेरित करते हैं, तेज न्यूट्रॉन एक "नॉक-आउट" (n, 2n) प्रतिक्रिया को प्रेरित करते हैं, जहाँ एक न्यूट्रॉन जोड़ा जाता है और दो और हटा दिए जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप न्यूट्रॉन का शुद्ध नुकसान होता है। निशिना और किमुरा ने इस तकनीक का ²³²Th पर परीक्षण किया था और सफलतापूर्वक ज्ञात ²³¹Th और इसकी लंबी आयु वाली बीटा क्षय पुत्री ²³¹Pa (दोनों ²³⁵U की प्राकृतिक क्षय श्रृंखला में होती हैं) का उत्पादन किया था, इसलिए उन्होंने देखी गई नई 6.75-दिवसीय अर्ध-आयु गतिविधि को सही ढंग से नए समस्थानिक ²³⁷U के रूप में निर्दिष्ट किया। उन्होंने पुष्टि की कि यह समस्थानिक भी एक बीटा उत्सर्जक था और इसलिए इसे अज्ञात न्यूक्लाइड ²³⁷Np में क्षय होना चाहिए। उन्होंने इसे अपने कथित हल्के सजातीय रेनियम के साथ ले जाकर इस न्यूक्लाइड को अलग करने का प्रयास किया, लेकिन रेनियम युक्त अंश से कोई बीटा या अल्फा क्षय नहीं देखा गया: निशिना और किमुरा ने इस प्रकार सही अनुमान लगाया कि ²³⁷Np की अर्ध-आयु, ²³¹Pa की तरह, बहुत लंबी थी और इसलिए इसकी गतिविधि इतनी कमजोर होगी कि उनके उपकरणों द्वारा मापने योग्य नहीं होगी, इस प्रकार ट्रांसयुरानिक तत्वों के लिए अंतिम और सबसे करीबी असफल खोज का समापन हुआ।

खोज

जैसे-जैसे 1939 की शुरुआत में परमाणु विखंडन पर शोध आगे बढ़ा, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले की बर्कले रेडिएशन लैबोरेटरी में एडविन मैकमिलन ने विश्वविद्यालय में हाल ही में बनाए गए शक्तिशाली 60-इंच (1.52 मीटर) साइक्लोट्रॉन का उपयोग करके यूरेनियम पर बमबारी करने का प्रयोग करने का निर्णय लिया। इसका उद्देश्य विखंडन के बाद टुकड़ों को उनके आपसी विद्युत प्रतिकर्षण से प्राप्त होने वाली भारी शक्ति का उपयोग करके बमबारी द्वारा उत्पादित विभिन्न विखंडन उत्पादों को अलग करना था। हालाँकि उन्हें इससे कुछ उल्लेखनीय नहीं मिला, मैकमिलन ने यूरेनियम ट्राइऑक्साइड लक्ष्य में ही दो नई बीटा क्षय अर्ध-आयु देखीं, जिसका अर्थ था कि रेडियोधर्मिता पैदा करने वाली कोई भी चीज़ सामान्य विखंडन उत्पादों की तरह एक-दूसरे को हिंसक रूप से पीछे नहीं हटा रही थी। उन्होंने जल्दी ही महसूस किया कि अर्ध-आयु में से एक यूरेनियम-239 की ज्ञात 23-मिनट की क्षय अवधि से निकटता से मेल खाती है, लेकिन 2.3 दिनों की दूसरी अर्ध-आयु अज्ञात थी। मैकमिलन रेडियोधर्मिता के स्रोत को अलग करने के प्रयास में अपने प्रयोग के परिणाम रसायनज्ञ और साथी बर्कले प्रोफेसर एमिलियो सेग्रे के पास ले गए। दोनों वैज्ञानिकों ने इस प्रचलित सिद्धांत का उपयोग करते हुए अपना काम शुरू किया कि तत्व 93 में रेनियम के समान रसायन विज्ञान होगा, लेकिन सेग्रे ने जल्दी ही निर्धारित किया कि मैकमिलन का नमूना रेनियम के बिल्कुल भी समान नहीं था। इसके बजाय, जब उन्होंने इसे एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट की उपस्थिति में हाइड्रोजन फ्लोराइड (HF) के साथ प्रतिक्रिया कराई, तो यह दुर्लभ मृदा धातुओं के सदस्यों की तरह व्यवहार करता था। चूंकि ये तत्व विखंडन उत्पादों का एक बड़ा प्रतिशत बनाते हैं, सेग्रे और मैकमिलन ने निर्णय लिया कि अर्ध-आयु केवल एक और विखंडन उत्पाद रही होगी, और उन्होंने शोध-पत्र का शीर्षक "An Unsuccessful Search for Transuranium Elements" (ट्रांसयुरानियम तत्वों के लिए एक असफल खोज) रखा।

हालाँकि, जैसे-जैसे विखंडन के बारे में अधिक जानकारी उपलब्ध हुई, यह संभावना कि परमाणु विखंडन के टुकड़े अभी भी लक्ष्य में मौजूद हो सकते हैं, और अधिक दूर की बात हो गई। मैकमिलन और फिलिप एच. एबेलसन सहित कई वैज्ञानिकों ने फिर से यह निर्धारित करने का प्रयास किया कि अज्ञात अर्ध-आयु का उत्पादन क्या कर रहा था। 1940 की शुरुआत में, मैकमिलन ने महसूस किया कि सेग्रे के साथ उनके 1939 के प्रयोग ने रेडियोधर्मी स्रोत की रासायनिक प्रतिक्रियाओं का पर्याप्त कठोरता के साथ परीक्षण नहीं किया था। एक नए प्रयोग में, मैकमिलन ने अज्ञात पदार्थ को एक अपचायक एजेंट की उपस्थिति में HF के अधीन करने का प्रयास किया, कुछ ऐसा जो उन्होंने पहले नहीं किया था। इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप नमूना HF के साथ अवक्षेपित हो गया, एक ऐसी क्रिया जिसने निश्चित रूप से इस संभावना को खारिज कर दिया कि अज्ञात पदार्थ एक दुर्लभ-मृदा धातु थी। इसके कुछ ही समय बाद, एबेलसन, जिन्होंने विश्वविद्यालय से अपनी स्नातक डिग्री प्राप्त की थी, एक छोटी छुट्टी के लिए बर्कले आए और मैकमिलन ने अधिक सक्षम रसायनज्ञ से प्रयोग के परिणामों को अलग करने में सहायता करने के लिए कहा। एबेलसन ने बहुत जल्दी देखा कि 2.3-दिवसीय अर्ध-आयु का उत्पादन करने वाली जो भी चीज़ थी, उसका रसायन विज्ञान किसी ज्ञात तत्व जैसा नहीं था और वास्तव में यह दुर्लभ-मृदा धातु की तुलना में यूरेनियम के अधिक समान था। इस खोज ने अंततः स्रोत को अलग करने की अनुमति दी और बाद में, 1945 में, एक्टिनाइड श्रेणी के वर्गीकरण का नेतृत्व किया। अंतिम चरण के रूप में, मैकमिलन और एबेलसन ने बमबारी किए गए यूरेनियम का एक बहुत बड़ा नमूना तैयार किया जिसमें ²³⁹U से 23-मिनट की प्रमुख अर्ध-आयु थी और निर्णायक रूप से प्रदर्शित किया कि अज्ञात 2.3-दिवसीय अर्ध-आयु की शक्ति 23-मिनट की गतिविधि में कमी के साथ निम्नलिखित प्रतिक्रिया के माध्यम से बढ़ती है:

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{8}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}+{}^{\mathrm{1}}{}_{\mathrm{0}}\mathrm{n}⟶{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}\underset{23\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}\underset{2.355\mathrm{d}\mathrm{a}\mathrm{y}\mathrm{s}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}$ (समय अर्ध-आयु हैं।)

इसने साबित कर दिया कि अज्ञात रेडियोधर्मी स्रोत यूरेनियम के क्षय से उत्पन्न हुआ है और, पिछले अवलोकन के साथ कि स्रोत रासायनिक रूप से सभी ज्ञात तत्वों से अलग था, यह संदेह से परे साबित हो गया कि एक नए तत्व की खोज की गई है। मैकमिलन और एबेलसन ने 27 मई, 1940 को फिजिकल रिव्यू में रेडियोधर्मी तत्व 93 शीर्षक वाले एक शोध-पत्र में अपने परिणाम प्रकाशित किए। उन्होंने शोध-पत्र में तत्व के लिए कोई नाम प्रस्तावित नहीं किया, लेकिन उन्होंने जल्द ही नेप्च्यूनियम नाम का निर्णय लिया क्योंकि सौर मंडल में यूरेनस के बाद अगला ग्रह नेप्च्यून है, जिसके नाम पर यूरेनियम का नाम रखा गया है। निशिना और किमुरा की चूक की तुलना में मैकमिलन और एबेलसन की सफलता का श्रेय रेडियोकेमिकल विश्लेषण के लिए ²³⁹Np की अनुकूल अर्ध-आयु और ²³⁹U के त्वरित क्षय को दिया जा सकता है, जो ²³⁷U के धीमे क्षय और ²³⁷Np की अत्यधिक लंबी अर्ध-आयु के विपरीत है।

बाद के घटनाक्रम

यह भी महसूस किया गया कि ²³⁹Np के बीटा क्षय को तत्व 94 (जिसे अब प्लूटोनियम कहा जाता है) का एक समस्थानिक उत्पन्न करना चाहिए, लेकिन मैकमिलन और एबेलसन के मूल प्रयोग में शामिल मात्राएँ नेप्च्यूनियम के साथ प्लूटोनियम को अलग करने और पहचानने के लिए बहुत कम थीं। प्लूटोनियम की खोज 1940 के अंत तक प्रतीक्षा करनी पड़ी, जब ग्लेन टी. सीबॉर्ग और उनकी टीम ने प्लूटोनियम-238 समस्थानिक की पहचान की।

1942 में, हाह्न और फ्रिट्ज़ स्ट्रैसमैन, और स्वतंत्र रूप से कर्ट स्टार्क ने बर्लिन में तत्व 93 की पुष्टि की सूचना दी। हाह्न के समूह ने तत्व 94 का पीछा नहीं किया, संभवतः इसलिए क्योंकि वे इसे अलग करने में मैकमिलन और एबेलसन की विफलता से हतोत्साहित थे। चूंकि उनके पास इस बिंदु पर पेरिस में मजबूत साइक्लोट्रॉन तक पहुंच थी, हाह्न का समूह संभवतः तत्व 94 का पता लगाने में सक्षम होता यदि उन्होंने कोशिश की होती, हालांकि बहुत कम मात्रा में (कुछ बेकरेल)।

नेप्च्यूनियम की अनूठी रेडियोधर्मी विशेषताओं ने इसे रासायनिक प्रतिक्रियाओं में विभिन्न यौगिकों के माध्यम से चलते समय ट्रैक करने की अनुमति दी, शुरुआत में यह साबित करने के लिए उपलब्ध एकमात्र तरीका था कि इसका रसायन विज्ञान अन्य तत्वों से अलग था। चूंकि नेप्च्यूनियम का खोजा गया पहला समस्थानिक इतनी कम अर्ध-आयु वाला है, मैकमिलन और एबेलसन उस समय उपलब्ध तकनीक का उपयोग करके नए तत्व का रासायनिक विश्लेषण करने के लिए पर्याप्त बड़ा नमूना तैयार करने में असमर्थ थे। हालाँकि, 1942 में ग्लेन सीबॉर्ग और आर्थर वाह्ल द्वारा लंबी आयु वाले ²³⁷Np समस्थानिक की खोज के बाद, नेप्च्यूनियम की वजन योग्य मात्रा बनाना एक यथार्थवादी प्रयास बन गया। इसकी अर्ध-आयु शुरू में लगभग 3 मिलियन वर्ष निर्धारित की गई थी (बाद में इसे 2.144 मिलियन वर्ष संशोधित किया गया), जिसने बहुत लंबी अर्ध-आयु के निशिना और किमुरा के भविष्यवाणियों की पुष्टि की।

तत्व पर प्रारंभिक शोध कुछ हद तक सीमित था क्योंकि उस समय संयुक्त राज्य अमेरिका में अधिकांश परमाणु भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ मैनहट्टन प्रोजेक्ट के हिस्से के रूप में प्लूटोनियम के गुणों पर शोध करने के बड़े प्रयास पर केंद्रित थे। तत्व पर शोध परियोजना के एक छोटे हिस्से के रूप में जारी रहा और नेप्च्यूनियम का पहला थोक नमूना ( नेप्च्यूनियम डाइऑक्साइड के रूप में) 1944 में अलग किया गया था।

तब से नेप्च्यूनियम के गुणों पर अधिकांश शोध इस बात को समझने पर केंद्रित है कि इसे परमाणु कचरे के एक हिस्से के रूप में कैसे सीमित किया जाए। चूंकि इसमें बहुत लंबी अर्ध-आयु वाले समस्थानिक हैं, इसलिए यह ऐसी नियंत्रण सुविधाओं को डिजाइन करने के संदर्भ में विशेष चिंता का विषय है जो हजारों वर्षों तक चल सकें। इसने रेडियोधर्मी ट्रेसर के रूप में और उपयोगी प्लूटोनियम समस्थानिकों का उत्पादन करने के लिए विभिन्न परमाणु प्रतिक्रियाओं के अग्रदूत के रूप में कुछ सीमित उपयोग पाए हैं। हालाँकि, परमाणु ऊर्जा स्टेशनों में प्रतिक्रिया उप-उत्पाद के रूप में उत्पादित अधिकांश नेप्च्यूनियम को अपशिष्ट उत्पाद माना जाता है।

उत्पादन

संश्लेषण

पृथ्वी पर वर्तमान में मौजूद अधिकांश नेप्च्यूनियम का उत्पादन परमाणु प्रतिक्रियाओं में कृत्रिम रूप से किया गया था। नेप्च्यूनियम-237 सबसे अधिक संश्लेषित समस्थानिक है क्योंकि यह एकमात्र ऐसा समस्थानिक है जिसे न्यूट्रॉन कैप्चर के माध्यम से उत्पादित किया जा सकता है और इसकी अर्ध-आयु इतनी लंबी है कि वजन योग्य मात्रा को आसानी से अलग किया जा सके। यह तत्व के रासायनिक अध्ययनों में उपयोग किया जाने वाला अब तक का सबसे आम समस्थानिक है।

• जब एक ²³⁵U परमाणु एक न्यूट्रॉन को कैप्चर करता है, तो यह ²³⁶U की एक उत्तेजित अवस्था में परिवर्तित हो जाता है। उत्तेजित ²³⁶U नाभिकों का लगभग 85.5% विखंडन से गुजरता है, लेकिन शेष गामा विकिरण उत्सर्जित करके ²³⁶U की जमीनी अवस्था में क्षय हो जाते हैं। आगे न्यूट्रॉन कैप्चर ²³⁷U बनाता है जिसकी अर्ध-आयु 7 दिन है और यह बीटा क्षय के माध्यम से जल्दी ही ²³⁷Np में क्षय हो जाता है। बीटा क्षय के दौरान, उत्तेजित ²³⁷U एक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करता है, जबकि परमाणु दुर्बल अन्योन्यक्रिया एक न्यूट्रॉन को प्रोटॉन में परिवर्तित करती है, इस प्रकार ²³⁷Np का निर्माण होता है।

  $\{\begin{array}{l}{\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{235}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}235}\mathrm{U}+{\phantom{A}}_{\phantom{0}}^{\phantom{1}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}0}^{\phantom{2}1}\mathrm{n}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{236m}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}236m}\mathrm{U}\underset{120\mathrm{n}\mathrm{s}}{\overset{}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{236}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}236}\mathrm{U}+\mathrm{\gamma }\\ {\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{236}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}236}\mathrm{U}+{\phantom{A}}_{\phantom{0}}^{\phantom{1}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}0}^{\phantom{2}1}\mathrm{n}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{237}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}237}\mathrm{U}\underset{6.75\mathrm{d}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{93}}^{\phantom{237}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}93}^{\phantom{2}237}\mathrm{N}\mathrm{p}\end{array}$

• ²³⁷U का उत्पादन ²³⁸U के साथ (n,2n) प्रतिक्रिया के माध्यम से भी होता है। यह केवल बहुत ऊर्जावान न्यूट्रॉन के साथ होता है।
• ²³⁷Np ²⁴¹Am के अल्फा क्षय का उत्पाद है, जो यूरेनियम-238 के न्यूट्रॉन विकिरण के माध्यम से उत्पादित होता है।

नेप्च्यूनियम के भारी समस्थानिक जल्दी क्षय हो जाते हैं, और नेप्च्यूनियम के हल्के समस्थानिकों को न्यूट्रॉन कैप्चर द्वारा उत्पादित नहीं किया जा सकता है, इसलिए ठंडे व्ययित परमाणु ईंधन से नेप्च्यूनियम का रासायनिक पृथक्करण लगभग शुद्ध ²³⁷Np देता है। अल्पकालिक भारी समस्थानिक ²³⁸Np और ²³⁹Np, जो रेडियोधर्मी ट्रेसर के रूप में उपयोगी हैं, क्रमशः ²³⁷Np और ²³⁸U के न्यूट्रॉन विकिरण के माध्यम से उत्पादित होते हैं, जबकि लंबे समय तक रहने वाले हल्के समस्थानिक ²³⁵Np और ²³⁶Np साइक्लोट्रॉन में प्रोटॉन और ड्यूटेरॉन के साथ ²³⁵U के विकिरण के माध्यम से उत्पादित होते हैं।

कृत्रिम ²³⁷Np धातु को आमतौर पर लगभग 1200 C पर तरल बेरियम या लिथियम के साथ ²³⁷NpF₃ की प्रतिक्रिया के माध्यम से अलग किया जाता है और इसे अक्सर प्लूटोनियम उत्पादन में उप-उत्पाद के रूप में किलोग्राम मात्रा में व्ययित परमाणु ईंधन छड़ों से निकाला जाता है।

2 NpF₃ + 3 Ba → 2 Np + 3 BaF₂

वजन के अनुसार, नेप्च्यूनियम-237 का उत्सर्जन प्लूटोनियम उत्सर्जन का लगभग 5% और व्ययित परमाणु ईंधन उत्सर्जन का लगभग 0.05% है। हालाँकि, यह अंश भी विश्व स्तर पर प्रति वर्ष पचास टन से अधिक है।

शुद्धिकरण विधियां

पुन: उपयोग के लिए व्ययित परमाणु ईंधन से यूरेनियम और प्लूटोनियम की रिकवरी परमाणु ईंधन चक्र की प्रमुख प्रक्रियाओं में से एक है। चूंकि इसकी अर्ध-आयु 2 मिलियन वर्ष से थोड़ी अधिक है, अल्फा उत्सर्जक ²³⁷Np व्ययित परमाणु ईंधन से अलग किए गए लघु एक्टिनाइडों के प्रमुख समस्थानिकों में से एक है। नेप्च्यूनियम को अलग करने के लिए कई पृथक्करण विधियों का उपयोग किया गया है, जो छोटे और बड़े पैमाने पर काम करती हैं। छोटे पैमाने के शुद्धिकरण कार्यों का लक्ष्य धात्विक नेप्च्यूनियम और इसके यौगिकों के अग्रदूत के रूप में शुद्ध नेप्च्यूनियम तैयार करना है, और विश्लेषण के लिए नमूनों में नेप्च्यूनियम को अलग और पूर्व-केंद्रित करना भी है।

नेप्च्यूनियम आयनों को अलग करने वाली अधिकांश विधियां समाधान में नेप्च्यूनियम की विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं (+3 से +6 या कभी-कभी +7 तक) के भिन्न रासायनिक व्यवहार का उपयोग करती हैं। जिन विधियों का उपयोग किया जाता है या किया गया है उनमें शामिल हैं: विलायक निष्कर्षण (विभिन्न निष्कर्षण एजेंटों का उपयोग करके, आमतौर पर बहुदंतुर β-डाइकेटोन डेरिवेटिव, ऑर्गेनोफॉस्फोरस यौगिक, और अमीन यौगिक), विभिन्न आयन-विनिमय या कीलेटिंग रेजिन का उपयोग करके क्रोमैटोग्राफी, सह-अवक्षेपण (संभावित मैट्रिक्स में LaF₃, BiPO₄, BaSO₄, Fe(OH)₃, और MnO₂ शामिल हैं), इलेक्ट्रोडिपोजिशन, और जैव-तकनीकी विधियां। वर्तमान में, वाणिज्यिक पुनर्संसाधन संयंत्र ट्राइब्यूटिल फॉस्फेट के साथ यूरेनियम और प्लूटोनियम के विलायक निष्कर्षण को शामिल करते हुए प्यूरेक्स प्रक्रिया का उपयोग करते हैं।

रसायन विज्ञान और यौगिक

समाधान रसायन विज्ञान

जब यह जलीय घोल में होता है, तो नेप्च्यूनियम अपनी पांच संभावित ऑक्सीकरण अवस्थाओं (+3 से +7) में से किसी में भी मौजूद हो सकता है और इनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट रंग दिखाता है। प्रत्येक ऑक्सीकरण अवस्था की स्थिरता विभिन्न कारकों पर दृढ़ता से निर्भर करती है, जैसे कि ऑक्सीकरण या अपचायक एजेंटों की उपस्थिति, समाधान का pH, समन्वय परिसर-निर्माण लिगैंडों की उपस्थिति, और यहां तक कि समाधान में नेप्च्यूनियम की सांद्रता भी।

ऑक्सीकरण अवस्था	प्रतिनिधि यौगिक
+2	[K(2.2.2-crypt)][NpCp'3]
+3	नेप्च्यूनियम(III) क्लोराइड, NpCl3
+4	नेप्च्यूनियम(IV) ऑक्साइड, NpO2
+5	नेप्च्यूनियम(V) फ्लोराइड, NpF5
+6	नेप्च्यूनियम(VI) फ्लोराइड, NpF6
+7	नेप्च्यूनियम(VII) ऑक्साइड-हाइड्रॉक्साइड, NpO2(OH)3

अम्लीय समाधानों में, नेप्च्यूनियम(III) से नेप्च्यूनियम(VII) आयन Np³⁺, Np⁴⁺, NpO₂+, NpO₂₂+, और NpO₃+ के रूप में मौजूद होते हैं। क्षारीय समाधानों में, वे ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड Np(OH)₃, NpO₂, NpO₂OH, NpO₂(OH)₂, और NpO₅₃- के रूप में मौजूद होते हैं। क्षारीय समाधानों में नेप्च्यूनियम की विशेषताओं का वर्णन करने के लिए इतना काम नहीं किया गया है। Np³⁺ और Np⁴⁺ को आसानी से एक-दूसरे में अपचयित और ऑक्सीकृत किया जा सकता है, जैसा कि NpO₂+ और NpO₂₂+ के साथ होता है।

नेप्च्यूनियम(III)

Np(III) या Np³⁺ अम्लीय समाधानों में जलयोजित परिसरों, Np(H₂O)n3+ के रूप में मौजूद होता है। यह गहरा नीला-बैंगनी है और अपने हल्के सजातीय, गुलाबी दुर्लभ-मृदा आयन Pm³⁺ के अनुरूप है। ऑक्सीजन की उपस्थिति में, यह जल्दी ही Np(IV) में ऑक्सीकृत हो जाता है जब तक कि मजबूत अपचायक एजेंट भी मौजूद न हों। फिर भी, यह पानी में दूसरा सबसे कम आसानी से जल-अपघटित होने वाला नेप्च्यूनियम आयन है, जो NpOH²⁺ आयन बनाता है। Np³⁺ pH 4–5 के समाधानों में प्रमुख नेप्च्यूनियम आयन है।

नेप्चूनियम(IV)

Np(IV) या Np⁴⁺ अम्लीय विलयनों में हल्के पीले-हरे रंग का होता है, जहाँ यह जलयोजित संकुलों (Np(H₂O)n4+) के रूप में मौजूद होता है। यह pH 1 और उससे अधिक के अम्लीय जलीय विलयनों में जल-अपघटन (hydrolysis) के प्रति काफी अस्थिर है, और NpOH³⁺ बनाता है। क्षारीय विलयनों में, Np⁴⁺ जल-अपघटित होकर उदासीन नेप्चूनियम(IV) हाइड्रॉक्साइड (Np(OH)₄) और नेप्चूनियम(IV) ऑक्साइड (NpO₂) बनाने की प्रवृत्ति रखता है।

नेप्चूनियम(V)

Np(V) या NpO₂+ जलीय विलयन में हरे-नीले रंग का होता है, जिसमें यह एक प्रबल लुईस अम्ल (Lewis acid) के रूप में व्यवहार करता है। यह एक स्थिर आयन है और जलीय विलयनों में नेप्चूनियम का सबसे सामान्य रूप है। अपने पड़ोसी समरूपों UO₂+ और PuO₂+ के विपरीत, NpO₂+ बहुत कम pH और उच्च सांद्रता को छोड़कर स्वतः विषमानुपातन (disproportionation) नहीं करता है:

2 NpO₂+ + 4 H⁺ ⇌ Np⁴⁺ + NpO₂₂+ + 2 H₂O

यह क्षारीय विलयनों में जल-अपघटित होकर NpO₂OH और NpO₂(OH)₂- बनाता है।

नेप्चूनियम(VI)

Np(VI) या NpO₂₂+, जो नेप्चूनिल आयन है, अम्लीय विलयन में हल्का गुलाबी या लाल रंग दिखाता है और अन्यथा यह पीले-हरे रंग का होता है। यह एक प्रबल लुईस अम्ल है और pH 3–4 के विलयनों में पाया जाने वाला मुख्य नेप्चूनियम आयन है। यद्यपि यह अम्लीय विलयनों में स्थिर है, लेकिन यह Np(V) आयन में बहुत आसानी से अपचयित (reduced) हो जाता है, और यह अपने पड़ोसियों यूरेनियम और प्लूटोनियम के समरूप हेक्सावेलेंट आयनों (यूरैनिल और प्लूटोनिल आयन) जितना स्थिर नहीं है। यह क्षारीय विलयनों में जल-अपघटित होकर ऑक्सो और हाइड्रॉक्सो आयन NpO₂OH⁺, (NpO₂)₂(OH)₂₂+, और (NpO₂)₃(OH)₅+ बनाता है।

नेप्चूनियम(VII)

Np(VII) अत्यधिक क्षारीय विलयन में गहरे हरे रंग का होता है। यद्यपि क्षारीय विलयन में इसके रासायनिक सूत्र को अक्सर NpO₅₃- के रूप में उद्धृत किया जाता है, लेकिन यह एक सरलीकरण है और वास्तविक संरचना संभवतः [NpO₄(OH)₂]₃- जैसी हाइड्रॉक्सो प्रजाति के अधिक करीब है। Np(VII) को पहली बार 1967 में क्षारीय विलयन में तैयार किया गया था। अत्यधिक अम्लीय विलयन में, Np(VII) को NpO₃+ के रूप में पाया जाता है; जल इसे तेजी से Np(VI) में अपचयित कर देता है। इसके जल-अपघटन उत्पादों का वर्णन नहीं किया गया है।

हाइड्रॉक्साइड

नेप्चूनियम के ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड इसके आयनों से निकटता से संबंधित हैं। सामान्य तौर पर, विभिन्न ऑक्सीकरण स्तरों पर Np हाइड्रॉक्साइड आवर्त सारणी में इससे पहले आने वाले एक्टिनाइड्स जैसे थोरियम और यूरेनियम की तुलना में कम स्थिर होते हैं और इसके बाद आने वाले जैसे प्लूटोनियम और अमेरिसियम की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं। यह घटना इसलिए है क्योंकि आयन की स्थिरता तब बढ़ती है जब आयन की त्रिज्या के प्रति परमाणु संख्या का अनुपात बढ़ता है। इस प्रकार आवर्त सारणी में उच्च स्थान वाले एक्टिनाइड्स अधिक आसानी से जल-अपघटन (hydrolysis) से गुजरेंगे।

नेप्चूनियम(III) हाइड्रॉक्साइड अम्लीय विलयनों में और ऑक्सीजन रहित वातावरण में काफी स्थिर होता है, लेकिन हवा की उपस्थिति में यह तेजी से IV अवस्था में ऑक्सीकृत हो जाएगा। यह पानी में घुलनशील नहीं है। Np(IV) हाइड्रॉक्साइड मुख्य रूप से विद्युत रूप से उदासीन Np(OH)₄ के रूप में मौजूद होते हैं और पानी में इसकी हल्की घुलनशीलता विलयन के pH से बिल्कुल भी प्रभावित नहीं होती है। यह बताता है कि अन्य Np(IV) हाइड्रॉक्साइड, Np(OH)₅-, की कोई महत्वपूर्ण उपस्थिति नहीं है।

चूंकि Np(V) आयन NpO₂+ बहुत स्थिर है, इसलिए यह केवल उच्च अम्लता स्तरों में ही हाइड्रॉक्साइड बना सकता है। जब इसे 0.1 M सोडियम परक्लोरेट विलयन में रखा जाता है, तो यह महीनों की अवधि तक महत्वपूर्ण रूप से प्रतिक्रिया नहीं करता है, हालांकि 3.0 M की उच्च मोलर सांद्रता के परिणामस्वरूप यह लगभग तुरंत ठोस हाइड्रॉक्साइड NpO₂OH में प्रतिक्रिया करेगा। Np(VI) हाइड्रॉक्साइड अधिक प्रतिक्रियाशील है लेकिन यह अभी भी अम्लीय विलयनों में काफी स्थिर है। यह विभिन्न कार्बन डाइऑक्साइड दबावों के तहत ओजोन की उपस्थिति में NpO₃·H₂O यौगिक बनाएगा। Np(VII) का अच्छी तरह से अध्ययन नहीं किया गया है और किसी भी उदासीन हाइड्रॉक्साइड की सूचना नहीं मिली है। यह संभवतः ज्यादातर [NpO₄(OH)₂]₃- के रूप में मौजूद है।

ऑक्साइड

नेप्चूनियम के दो स्थिर ऑक्साइड हैं, जो NpO₂ और Np₂O₅ हैं। Np₃O₈ को शुरुआती साहित्य में रिपोर्ट किया गया था, हालांकि कुछ अध्ययन यह सुझाव देते हैं कि Np₃O₈ के दावे वास्तव में Np₂O₅ के गलत विश्लेषण का परिणाम हैं। एक अन्य ऑक्साइड Np₄O₉ के अस्तित्व का सुझाव दिया गया है, लेकिन इसे पूरी तरह से वर्णित नहीं किया गया है। हालांकि नेप्चूनियम ऑक्साइड का उत्पादन नेप्चूनियम के साथ उन ऑक्सीकरण अवस्थाओं में नहीं किया गया है जो निकटवर्ती एक्टिनाइड यूरेनियम के साथ संभव हैं, नेप्चूनियम ऑक्साइड कम ऑक्सीकरण अवस्थाओं में अधिक स्थिर होते हैं। यह व्यवहार इस तथ्य से स्पष्ट होता है कि NpO₂ को हवा में ऑक्सीएसिड के नेप्चूनियम लवणों को जलाकर आसानी से उत्पादित किया जा सकता है।

हरे-भूरे रंग का NpO₂ दबाव और तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला पर बहुत स्थिर है और कम तापमान पर फेज ट्रांजिशन (phase transition) से नहीं गुजरता है। यह लगभग 33–37 GPa पर फेस-सेंटर्ड क्यूबिक से ऑर्थोरोम्बिक में एक फेज ट्रांजिशन दिखाता है, हालांकि दबाव हटाए जाने पर यह अपनी मूल अवस्था में लौट आता है। यह 2.84 MPa तक के ऑक्सीजन दबाव और 400 °C तक के तापमान पर स्थिर रहता है। Np₂O₅ रंग में काला-भूरा है और 418×658×409 पिकोमीटर के जाली आकार (lattice size) के साथ मोनोक्लिनिक है। यह अपेक्षाकृत अस्थिर है और 420–695 °C पर NpO₂ और O₂ में विघटित हो जाता है। हालांकि Np₂O₅ शुरू में कई अध्ययनों का विषय था जिन्होंने परस्पर विरोधी तरीकों से इसे उत्पादित करने का दावा किया था, अंततः इसे नेप्चूनियम पेरोक्साइड को 300–350 °C पर 2–3 घंटे तक गर्म करके या 180 °C पर एक एम्प्यूल में पानी की परत के नीचे गर्म करके सफलतापूर्वक तैयार किया गया था।

नेप्चूनियम विभिन्न प्रकार के तत्वों के साथ बड़ी संख्या में ऑक्साइड यौगिक भी बनाता है, हालांकि क्षार धातु और क्षारीय मृदा धातु के साथ बने नेप्च्यूनेट ऑक्साइड का अब तक सबसे अधिक अध्ययन किया गया है। टर्नरी नेप्चूनियम ऑक्साइड आमतौर पर NpO₂ को किसी अन्य तत्व के ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करके या क्षारीय विलयन से अवक्षेपित करके बनाए जाते हैं। Li₅NpO₆ को Li₂O और NpO₂ को 400 °C पर 16 घंटे तक प्रतिक्रिया करके या Li₂O₂ को NpO₃·H₂O के साथ 400 °C पर 16 घंटे तक क्वार्ट्ज ट्यूब में ऑक्सीजन प्रवाहित करके तैयार किया गया है। क्षार नेप्च्यूनेट यौगिक K₃NpO₅, Cs₃NpO₅, और Rb₃NpO₅ सभी एक समान प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित किए जाते हैं:

NpO₂ + 3 MO₂ → M₃NpO₅ (M = K, Cs, Rb)

ऑक्साइड यौगिक KNpO₄, CsNpO₄, और RbNpO₄, Np(VII) ([NpO₄(OH)₂]₃-) को क्षार धातु नाइट्रेट और ओजोन के यौगिक के साथ प्रतिक्रिया करके बनते हैं। अतिरिक्त यौगिकों का उत्पादन NpO₃ और पानी को ठोस क्षार और क्षारीय पेरोक्साइड के साथ 400–600 °C के तापमान पर 15–30 घंटों के लिए प्रतिक्रिया करके किया गया है। इनमें से कुछ में Ba₃(NpO₅)₂, Ba₂NaNpO₆, और Ba₂LiNpO₆ शामिल हैं। साथ ही, बड़ी संख्या में हेक्सावेलेंट नेप्चूनियम ऑक्साइड ठोस-अवस्था NpO₂ को ऑक्सीजन प्रवाहित करने वाले वातावरण में विभिन्न क्षार या क्षारीय मृदा ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करके बनाए जाते हैं। परिणामी यौगिकों में से कई में एक समकक्ष यौगिक भी होता है जो नेप्चूनियम के लिए यूरेनियम को प्रतिस्थापित करता है। कुछ यौगिक जिन्हें वर्णित किया गया है उनमें Na₂Np₂O₇, Na₄NpO₅, Na₆NpO₆, और Na₂NpO₄ शामिल हैं। इन्हें NpO₂ और Na₂O के विभिन्न संयोजनों को विभिन्न तापमान सीमाओं तक गर्म करके प्राप्त किया जा सकता है और आगे गर्म करने से ये यौगिक अलग-अलग नेप्चूनियम एलोट्रोप्स (allotropes) प्रदर्शित करेंगे। लिथियम नेप्च्यूनेट ऑक्साइड Li₆NpO₆ और Li₄NpO₅ को NpO₂ और Li₂O की समान प्रतिक्रियाओं के साथ प्राप्त किया जा सकता है।

Cs₄Np₅O₁₇ और Cs₂Np₃O₁₀ जैसे बड़ी संख्या में अतिरिक्त क्षार और क्षारीय नेप्चूनियम ऑक्साइड यौगिकों को विभिन्न उत्पादन विधियों के साथ वर्णित किया गया है। नेप्चूनियम को समूह 3 से 7 के कई अतिरिक्त तत्वों के साथ टर्नरी ऑक्साइड बनाते हुए भी देखा गया है, हालांकि इन यौगिकों का अध्ययन बहुत कम किया गया है।

हैलाइड

यह भी देखें: नेप्चूनियम हेक्साफ्लोराइड

हालांकि नेप्चूनियम हैलाइड यौगिकों का अध्ययन इसके ऑक्साइड जितना नहीं किया गया है, फिर भी एक काफी बड़ी संख्या को सफलतापूर्वक वर्णित किया गया है। इनमें से, नेप्चूनियम फ्लोराइड पर सबसे व्यापक रूप से शोध किया गया है, जिसका मुख्य कारण परमाणु कचरे के उत्पादों से तत्व को अलग करने में उनका संभावित उपयोग है। चार बाइनरी नेप्चूनियम फ्लोराइड यौगिकों, NpF₃, NpF₄, NpF₅, और NpF₆, की सूचना दी गई है। पहले दो काफी स्थिर हैं और पहली बार 1947 में निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं के माध्यम से तैयार किए गए थे:

2 NpO₂ + H₂ + 6 HF → 2 NpF₃ + 4 H₂O (400°C)

2 NpF₃ + O₂ + 2 HF → 2 NpF₄ + H₂O (400°C)

बाद में, NpF₄ को हाइड्रोजन फ्लोराइड या शुद्ध फ्लोरीन गैस के मिश्रण में NpO₂ को विभिन्न तापमानों पर गर्म करके सीधे प्राप्त किया गया था। NpF₅ बनाना बहुत कठिन है और अधिकांश ज्ञात तैयारी विधियों में NpF₄ या NpF₆ यौगिकों को विभिन्न अन्य फ्लोराइड यौगिकों के साथ प्रतिक्रिया करना शामिल है। NpF₅ को लगभग 320 °C पर गर्म करने पर यह NpF₄ और NpF₆ में विघटित हो जाएगा।

NpF₆ या नेप्चूनियम हेक्साफ्लोराइड अत्यधिक वाष्पशील है, जैसा कि इसके निकटवर्ती एक्टिनाइड यौगिक यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड (UF₆) और प्लूटोनियम हेक्साफ्लोराइड (PuF₆) हैं। इस वाष्पशीलता ने खर्च किए गए परमाणु ऊर्जा स्टेशन ईंधन छड़ों से नेप्चूनियम निकालने के लिए एक सरल विधि तैयार करने के प्रयास में यौगिक के प्रति काफी रुचि आकर्षित की है। NpF₆ को पहली बार 1943 में NpF₃ और गैसीय फ्लोरीन को बहुत उच्च तापमान पर प्रतिक्रिया करके तैयार किया गया था और पहली थोक मात्रा 1958 में NpF₄ को गर्म करके और उस पर शुद्ध फ्लोरीन को एक विशेष रूप से तैयार उपकरण में टपकाकर प्राप्त की गई थी। अतिरिक्त विधियों में जिन्होंने सफलतापूर्वक नेप्चूनियम हेक्साफ्लोराइड का उत्पादन किया है, उनमें NpF₄ के साथ BrF₃ और BrF₅ की प्रतिक्रिया और निर्जल हाइड्रोजन फ्लोराइड के साथ कई अलग-अलग नेप्चूनियम ऑक्साइड और फ्लोराइड यौगिकों की प्रतिक्रिया शामिल है।

चार नेप्चूनियम ऑक्सीफ्लोराइड यौगिकों, NpO₂F, NpOF₃, NpO₂F₂, और NpOF₄, की सूचना दी गई है, हालांकि उनमें से किसी का भी व्यापक रूप से अध्ययन नहीं किया गया है। NpO₂F₂ एक गुलाबी ठोस है और इसे NpO₃·H₂O और Np₂F₅ को लगभग 330 °C पर शुद्ध फ्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करके तैयार किया जा सकता है। NpOF₃ और NpOF₄ को विभिन्न तापमानों पर निर्जल हाइड्रोजन फ्लोराइड के साथ नेप्चूनियम ऑक्साइड की प्रतिक्रिया करके उत्पादित किया जा सकता है। नेप्चूनियम विभिन्न तत्वों के साथ फ्लोराइड यौगिकों की एक विस्तृत विविधता भी बनाता है। इनमें से कुछ जिन्हें वर्णित किया गया है उनमें CsNpF₆, Rb₂NpF₇, Na₃NpF₈, और K₃NpO₂F₅ शामिल हैं।

दो नेप्चूनियम क्लोराइड, NpCl₃ और NpCl₄, को वर्णित किया गया है। हालांकि NpCl₅ प्राप्त करने के कई प्रयास किए गए हैं, लेकिन वे सफल नहीं हुए हैं। NpCl₃ को नेप्चूनियम डाइऑक्साइड को हाइड्रोजन और कार्बन टेट्राक्लोराइड (CCl₄) के साथ अपचयित करके और NpCl₄ को नेप्चूनियम ऑक्साइड को लगभग 500 °C पर CCl₄ के साथ प्रतिक्रिया करके उत्पादित किया जाता है। अन्य नेप्चूनियम क्लोराइड यौगिकों की भी सूचना दी गई है, जिनमें NpOCl₂, Cs₂NpCl₆, Cs₃NpO₂Cl₄, और Cs₂NaNpCl₆ शामिल हैं। नेप्चूनियम ब्रोमाइड NpBr₃ और NpBr₄ भी उत्पादित किए गए हैं; बाद वाला एल्युमिनियम ब्रोमाइड को 350 °C पर NpO₂ के साथ प्रतिक्रिया करके और पहला लगभग समान प्रक्रिया में लेकिन जस्ता (zinc) की उपस्थिति में। नेप्चूनियम आयोडाइड NpI₃ को भी NpBr₃ के समान विधि से तैयार किया गया है।

चैल्कोजेनाइड, पिक्टाइड और कार्बाइड

नेप्चूनियम चैल्कोजेन और पिक्टोजेन यौगिकों का अध्ययन मुख्य रूप से उनके इलेक्ट्रॉनिक और चुंबकीय गुणों और प्राकृतिक वातावरण में उनकी बातचीत पर शोध के हिस्से के रूप में अच्छी तरह से किया गया है। पिक्टाइड और कार्बाइड यौगिकों ने भी कई उन्नत परमाणु रिएक्टर डिजाइनों के ईंधन में उनकी उपस्थिति के कारण रुचि आकर्षित की है, हालांकि बाद वाले समूह पर पूर्व की तुलना में उतना शोध नहीं हुआ है।

चैल्कोजेनाइड

मुख्य लेख: नेप्चूनियम सल्फाइड

नेप्चूनियम सल्फाइड यौगिकों की एक विस्तृत विविधता को वर्णित किया गया है, जिसमें शुद्ध सल्फाइड यौगिक NpS, NpS₃, Np₂S₅, Np₃S₅, Np₂S₃, और Np₃S₄ शामिल हैं। इनमें से, Np₂S₃, जिसे NpO₂ को हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइसल्फाइड के साथ लगभग 1000 °C पर प्रतिक्रिया करके तैयार किया जाता है, सबसे अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है और तीन एलोट्रोपिक रूप ज्ञात हैं। α रूप लगभग 1230 °C तक, β 1530 °C तक, और γ रूप, जो Np₃S₄ के रूप में भी मौजूद हो सकता है, उच्च तापमान पर मौजूद होता है। NpS को Np₂S₃ और नेप्चूनियम धातु को 1600 °C पर प्रतिक्रिया करके उत्पादित किया जा सकता है और Np₃S₅ को 500 °C पर Np₂S₃ के अपघटन द्वारा या 650 °C पर सल्फर और नेप्चूनियम हाइड्राइड को प्रतिक्रिया करके तैयार किया जा सकता है। Np₂S₅ को Np₃S₅ और शुद्ध सल्फर के मिश्रण को 500 °C तक गर्म करके बनाया जाता है। Np₂S₃ के β और γ रूपों को छोड़कर सभी नेप्चूनियम सल्फाइड समकक्ष यूरेनियम सल्फाइड के साथ आइसोस्ट्रक्चरल (isostructural) हैं और कई, जिनमें NpS, α−Np₂S₃, और β−Np₂S₃ शामिल हैं, समकक्ष प्लूटोनियम सल्फाइड के साथ भी आइसोस्ट्रक्चरल हैं। ऑक्सीसल्फाइड NpOS, Np₄O₄S₃, और Np₂O₂S भी उत्पादित किए गए हैं, हालांकि अंतिम दो का अच्छी तरह से अध्ययन नहीं किया गया है। NpOS को पहली बार 1985 में NpO₂, Np₃S₅, और शुद्ध सल्फर को एक क्वार्ट्ज ट्यूब में वैक्यूम सील करके और इसे एक सप्ताह के लिए 900 °C तक गर्म करके तैयार किया गया था।

नेप्चूनियम सेलेनाइड यौगिकों की सूचना दी गई है जिनमें NpSe, NpSe₃, Np₂Se₃, Np₂Se₅, Np₃Se₄, और Np₃Se₅ शामिल हैं। ये सभी केवल नेप्चूनियम हाइड्राइड और सेलेनियम धातु को लंबे समय तक वैक्यूम में विभिन्न तापमानों पर गर्म करके प्राप्त किए गए हैं और Np₂Se₃ केवल अपेक्षाकृत उच्च तापमान पर γ एलोट्रोप में मौजूद होने के लिए जाना जाता है। दो नेप्चूनियम ऑक्सीसेलेनाइड यौगिक ज्ञात हैं, NpOSe और Np₂O₂Se, जो नेप्चूनियम हाइड्राइड को नेप्चूनियम डाइऑक्साइड के साथ बदलकर समान विधियों से बनते हैं। ज्ञात नेप्चूनियम टेलुराइड यौगिक NpTe, NpTe₃, Np₃Te₄, Np₂Te₃, और Np₂O₂Te सेलेनाइड के समान प्रक्रियाओं द्वारा बनते हैं और Np₂O₂Te समकक्ष यूरेनियम और प्लूटोनियम यौगिकों के लिए आइसोस्ट्रक्चरल है। किसी भी नेप्चूनियम−पोलोनियम यौगिकों की सूचना नहीं मिली है।

निक्टाइड और कार्बाइड

नेप्च्यूनियम नाइट्राइड (NpN) को पहली बार 1953 में लगभग 750 °C पर एक क्वार्ट्ज केशिका नली (quartz capillary tube) में नेप्च्यूनियम हाइड्राइड और अमोनिया गैस की प्रतिक्रिया कराकर तैयार किया गया था। बाद में, इसे विभिन्न तापमानों पर नाइट्रोजन और हाइड्रोजन के अलग-अलग मिश्रणों के साथ नेप्च्यूनियम धातु की प्रतिक्रिया कराकर उत्पादित किया गया। इसे 1550 °C पर द्विपरमाणुक नाइट्रोजन गैस के साथ नेप्च्यूनियम डाइऑक्साइड के अपचयन (reduction) द्वारा भी उत्पादित किया गया है। NpN, यूरेनियम मोनोनाइट्राइड (UN) और प्लूटोनियम मोनोनाइट्राइड (PuN) के साथ आइसोमोर्फस (समरूपी) है और लगभग 1 MPa के नाइट्रोजन दबाव पर इसका गलनांक 2830 °C है। दो नेप्च्यूनियम फॉस्फाइड यौगिकों की सूचना मिली है, NpP और Np₃P₄। पहले वाले की संरचना फलक-केंद्रित घन (face centered cubic) होती है और इसे नेप्च्यूनियम धातु को पाउडर में बदलकर और फिर 350 °C पर फॉस्फीन गैस के साथ प्रतिक्रिया कराकर तैयार किया जाता है। Np₃P₄ को निर्वात में 740 °C पर नेप्च्यूनियम धातु की लाल फॉस्फोरस के साथ प्रतिक्रिया कराकर और फिर किसी भी अतिरिक्त फॉस्फोरस को ऊर्ध्वपातित (sublimate) होने देकर उत्पादित किया जा सकता है। यह यौगिक पानी के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, लेकिन Np(IV) घोल बनाने के लिए नाइट्रिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है।

तीन नेप्च्यूनियम आर्सेनाइड यौगिक तैयार किए गए हैं: NpAs, NpAs₂, और Np₃As₄। पहले दो को पहली बार लगभग एक सप्ताह के लिए निर्वात-बंद नली में आर्सेनिक और नेप्च्यूनियम हाइड्राइड को गर्म करके उत्पादित किया गया था। बाद में, NpAs को भी नेप्च्यूनियम धातु और आर्सेनिक को एक निर्वात नली में रखकर, उन्हें एक क्वार्ट्ज झिल्ली से अलग करके, और उन्हें नेप्च्यूनियम के 639 °C के गलनांक से ठीक नीचे गर्म करके बनाया गया था, जो आर्सेनिक के 615 °C के ऊर्ध्वपातन बिंदु से थोड़ा अधिक है। Np₃As₄ को परिवहन एजेंट के रूप में आयोडीन का उपयोग करके इसी तरह की प्रक्रिया द्वारा तैयार किया जाता है। NpAs₂ के क्रिस्टल भूरे-सुनहरे और Np₃As₄ काले रंग के होते हैं। नेप्च्यूनियम एंटीमोनाइड यौगिक NpSb को 1971 में एक निर्वात नली में दोनों तत्वों की समान मात्रा रखकर, उन्हें एंटीमनी के गलनांक तक गर्म करके, और फिर इसे सोलह दिनों तक 1000 °C तक गर्म करके उत्पादित किया गया था। इस प्रक्रिया ने एक अतिरिक्त एंटीमोनाइड यौगिक Np₃Sb₄ की सूक्ष्म मात्रा भी उत्पन्न की। एक नेप्च्यूनियम-बिस्मथ यौगिक, NpBi, की भी सूचना मिली है।

नेप्च्यूनियम कार्बाइड NpC, Np₂C₃, और NpC₂ (अस्थायी) की सूचना मिली है, लेकिन उन्नत परमाणु रिएक्टर ईंधन के रूप में एक्टिनाइड कार्बाइड के उच्च महत्व और उपयोगिता के बावजूद इनका विस्तार से वर्णन नहीं किया गया है। NpC एक गैर-स्टोइकियोमेट्रिक यौगिक है, और इसे NpC_x (0.82 ≤ x ≤ 0.96) के रूप में बेहतर ढंग से लेबल किया जा सकता है। इसे 1400 °C पर ग्रेफाइट के साथ नेप्च्यूनियम हाइड्राइड की प्रतिक्रिया से या टंगस्टन इलेक्ट्रोड का उपयोग करके इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में घटक तत्वों को एक साथ गर्म करके प्राप्त किया जा सकता है। यह शुद्ध Np₂C₃ बनाने के लिए अतिरिक्त कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करता है। NpC₂ को 2660–2800 °C पर ग्रेफाइट क्रूसिबल में NpO₂ को गर्म करके बनाया जाता है।

अन्य अकार्बनिक

हाइड्राइड

नेप्च्यूनियम अपने पड़ोसी प्लूटोनियम के समान हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे हाइड्राइड NpH_2+x (फलक-केंद्रित घन) और NpH₃ (हेक्सागोनल) बनते हैं। ये संबंधित प्लूटोनियम हाइड्राइड के साथ आइसोस्ट्रक्चरल (समसंरचनात्मक) हैं, हालांकि PuH_2+x के विपरीत, NpH_2+x के लैटिस पैरामीटर हाइड्रोजन सामग्री (x) बढ़ने के साथ बड़े होते जाते हैं। हाइड्राइड को संभालने में अत्यधिक सावधानी की आवश्यकता होती है क्योंकि वे 300 °C पर निर्वात में विघटित होकर बारीक विभाजित नेप्च्यूनियम धातु बनाते हैं, जो पायरोफोरिक (स्वयं प्रज्वलित होने वाली) होती है।

फॉस्फेट, सल्फेट और कार्बोनेट

रासायनिक रूप से स्थिर होने के कारण, परमाणु कचरे को स्थिर करने में संभावित उपयोग के लिए नेप्च्यूनियम फॉस्फेट की जांच की गई है। नेप्च्यूनियम पाइरोफॉस्फेट (α-NpP₂O₇), एक हरा ठोस, 1100 °C पर नेप्च्यूनियम डाइऑक्साइड और बोरॉन फॉस्फेट के बीच प्रतिक्रिया में उत्पादित किया गया है, हालांकि नेप्च्यूनियम(IV) फॉस्फेट अब तक दुर्लभ ही रहा है। यौगिकों की श्रृंखला NpM₂(PO₄)₃, जहाँ M एक क्षार धातु (Li, Na, K, Rb, या Cs) है, सभी ज्ञात हैं। कुछ नेप्च्यूनियम सल्फेट की विशेषता बताई गई है, जो जलीय और ठोस दोनों हैं और नेप्च्यूनियम की विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं (IV से VI तक देखी गई हैं) में हैं। इसके अतिरिक्त, भूवैज्ञानिक रिपॉजिटरी और पर्यावरण में नेप्च्यूनियम के व्यवहार की बेहतर समझ प्राप्त करने के लिए नेप्च्यूनियम कार्बोनेट की जांच की गई है, जहाँ यह कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट जलीय घोल के संपर्क में आ सकता है और घुलनशील कॉम्प्लेक्स बना सकता है।

ऑर्गेनोमेटालिक

कुछ ऑर्गेनोनेप्च्यूनियम यौगिक ज्ञात हैं और रासायनिक रूप से पहचाने गए हैं, हालांकि नेप्च्यूनियम की कमी और रेडियोधर्मिता के कारण यूरेनियम के जितने नहीं। सबसे प्रसिद्ध ऑर्गेनोनेप्च्यूनियम यौगिक साइक्लोपेंटाडाइनिल और साइक्लोओक्टाटेट्राएनाइल यौगिक और उनके डेरिवेटिव हैं। त्रिसंयोजक साइक्लोपेंटाडाइनिल यौगिक Np(C₅H₅)₃·THF को 1972 में Np(C₅H₅)₃Cl की सोडियम के साथ प्रतिक्रिया से प्राप्त किया गया था, हालांकि सरल Np(C₅H₅) प्राप्त नहीं किया जा सका। चतुर्संयोजक नेप्च्यूनियम साइक्लोपेंटाडाइनिल, एक लाल-भूरा कॉम्प्लेक्स, 1968 में नेप्च्यूनियम(IV) क्लोराइड की पोटेशियम साइक्लोपेंटाडाइनइड के साथ प्रतिक्रिया करके संश्लेषित किया गया था:

NpCl₄ + 4 KC₅H₅ → Np(C₅H₅)₄ + 4 KCl

यह बेंजीन और THF में घुलनशील है, और Pu(C₅H₅)₃ और Am(C₅H₅)₃ की तुलना में ऑक्सीजन और पानी के प्रति कम संवेदनशील है। अन्य Np(IV) साइक्लोपेंटाडाइनिल यौगिक कई लिगेंड के लिए ज्ञात हैं: उनका सामान्य सूत्र (C₅H₅)₃NpL है, जहाँ L एक लिगेंड का प्रतिनिधित्व करता है। नेप्च्यूनोसीन, Np(C₈H₈)₂, को 1970 में नेप्च्यूनियम(IV) क्लोराइड की K₂(C₈H₈) के साथ प्रतिक्रिया करके संश्लेषित किया गया था। यह यूरेनोसीन और प्लूटोनोसीन के साथ आइसोमोर्फस (समरूपी) है, और वे रासायनिक रूप से समान व्यवहार करते हैं: तीनों यौगिक पानी या तनु क्षार के प्रति असंवेदनशील हैं लेकिन हवा के प्रति संवेदनशील हैं, ऑक्साइड बनाने के लिए जल्दी प्रतिक्रिया करते हैं, और बेंजीन और टोल्यूनि में केवल थोड़े घुलनशील हैं। अन्य ज्ञात नेप्च्यूनियम साइक्लोओक्टाटेट्राएनाइल डेरिवेटिव में Np(RC₈H₇)₂ (R = इथेनॉल, ब्यूटेनॉल) और KNp(C₈H₈)·2THF शामिल हैं, जो संबंधित प्लूटोनियम यौगिक के साथ आइसोस्ट्रक्चरल है। इसके अलावा, नेप्च्यूनियम हाइड्रोकार्बिल तैयार किए गए हैं, और नेप्च्यूनियम के सॉल्वेटेड ट्राईआयोडाइड कॉम्प्लेक्स कई ऑर्गेनोनेप्च्यूनियम और अकार्बनिक नेप्च्यूनियम यौगिकों के अग्रदूत हैं।

समन्वय कॉम्प्लेक्स

नेप्च्यूनियम की समन्वय रसायन विज्ञान (coordination chemistry) में बहुत रुचि है, क्योंकि इसकी पांचों ऑक्सीकरण अवस्थाएं अपना विशिष्ट रासायनिक व्यवहार प्रदर्शित करती हैं, और एक्टिनाइड्स की समन्वय रसायन विज्ञान एक्टिनाइड संकुचन (एक्टिनाइड श्रृंखला में आयनिक त्रिज्या में अपेक्षा से अधिक कमी, लैंथेनाइड संकुचन के अनुरूप) से भारी रूप से प्रभावित होती है।

ठोस अवस्था

कुछ नेप्च्यूनियम(III) समन्वय यौगिक ज्ञात हैं, क्योंकि जलीय घोल में रहने पर Np(III) वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है। हालाँकि, सोडियम फॉर्मल्डिहाइड सल्फोक्सिलेट Np(IV) को Np(III) में अपचयित कर सकता है, जिससे निचली ऑक्सीकरण अवस्था स्थिर हो जाती है और विभिन्न अल्प-घुलनशील Np(III) समन्वय कॉम्प्लेक्स बनते हैं, जैसे कि Np₂(C₂O₄)₃·11H₂O, Np₂(C₆H₅AsO₃)₃·H₂O, और Np₂[C₆H₄(OH)COO]₃।

कई नेप्च्यूनियम(IV) समन्वय यौगिकों की सूचना मिली है, जिसमें पहला (Et₄N)Np(NCS)₈ है, जो समान यूरेनियम(IV) समन्वय यौगिक के साथ आइसोस्ट्रक्चरल है। अन्य Np(IV) समन्वय यौगिक ज्ञात हैं, जिनमें से कुछ अन्य धातुओं जैसे कोबाल्ट (CoNp₂F₁₀·8H₂O, 400 K पर निर्मित) और कॉपर (CuNp₂F₁₀·6H₂O, 600 K पर निर्मित) शामिल हैं। कॉम्प्लेक्स नाइट्रेट यौगिक भी ज्ञात हैं: जिन प्रयोगकर्ताओं ने 1986 और 1987 में उन्हें उत्पादित किया, उन्होंने सांद्र नाइट्रिक एसिड और अतिरिक्त 2,2′-पाइरीमिडीन में परिवेश के तापमान पर Np(IV) घोल के धीमे वाष्पीकरण द्वारा एकल क्रिस्टल प्राप्त किए।

नेप्च्यूनियम(V) की समन्वय रसायन विज्ञान पर ठोस अवस्था में धनायन-धनायन अंतःक्रिया (cation–cation interaction) की उपस्थिति के कारण व्यापक रूप से शोध किया गया है, जो एक्टिनाइल आयनों के लिए पहले से ही ज्ञात थी। कुछ ज्ञात ऐसे यौगिकों में नेप्च्यूनिल डाइमर Na₄(NpO₄)₂C₁₂O₁₂·8H₂O और नेप्च्यूनियम ग्लाइकोलेट शामिल हैं, जो दोनों हरे क्रिस्टल बनाते हैं।

नेप्च्यूनियम(VI) यौगिक सरल ऑक्सालेट NpO₂C₂O₄ (जो अस्थिर है, आमतौर पर Np(IV) बन जाता है) से लेकर हरे (NH₄)₄NpO₂(CO₃)₃ जैसे जटिल यौगिकों तक होते हैं। M₄AnO₂(CO₃)₃ रूप के यौगिकों पर व्यापक अध्ययन किया गया है, जहाँ M एक मोनोवैलेंट धनायन का प्रतिनिधित्व करता है और An या तो यूरेनियम, नेप्च्यूनियम, या प्लूटोनियम है।

1967 से, जब नेप्च्यूनियम(VII) की खोज हुई थी, तब से +7 ऑक्सीकरण अवस्था में नेप्च्यूनियम के साथ कुछ समन्वय यौगिक तैयार और अध्ययन किए गए हैं। पहला सूचित ऐसा यौगिक शुरू में 1968 में Co(NH₃)₆NpO₅·nH₂O के रूप में पहचाना गया था, लेकिन 1973 में यह सुझाव दिया गया कि इसका वास्तविक सूत्र [Co(NH₃)₆][NpO₄(OH)₂]·2H₂O है, इस तथ्य के आधार पर कि Np(VII) जलीय घोल में [NpO₄(OH)₂]₃- के रूप में होता है। यह यौगिक 0.15–0.4 mm की अधिकतम किनारे की लंबाई वाले गहरे हरे रंग के प्रिज्मीय क्रिस्टल बनाता है।

जलीय घोल में

घोल में ज्ञात अधिकांश नेप्च्यूनियम समन्वय कॉम्प्लेक्स में +4, +5, और +6 ऑक्सीकरण अवस्थाओं में तत्व शामिल होते हैं: नेप्च्यूनियम(III) और (VII) समन्वय कॉम्प्लेक्स पर केवल कुछ ही अध्ययन किए गए हैं। पूर्व के लिए, NpX²⁺ और NpX₂+ (X = Cl, Br) 1966 में क्रमशः सांद्र LiCl और LiBr घोल में प्राप्त किए गए थे: बाद के लिए, 1970 के प्रयोगों ने खोज की कि NpO₂₃+ आयन अम्लीय घोल में सल्फेट कॉम्प्लेक्स बना सकते हैं, जैसे कि NpO₂SO₄+ और NpO₂(SO₄)₂-; ये नेप्च्यूनिल आयन (NpO₂₂+) की तुलना में उच्च स्थिरता स्थिरांक वाले पाए गए। अन्य नेप्च्यूनियम ऑक्सीकरण अवस्थाओं के लिए बहुत सारे कॉम्प्लेक्स ज्ञात हैं: शामिल अकार्बनिक लिगेंड हैलाइड, आयोडेट, एजाइड, नाइट्राइड, नाइट्रेट, थियोसाइनेट, सल्फेट, कार्बोनेट, क्रोमेट, और फॉस्फेट हैं। कई कार्बनिक लिगेंड नेप्च्यूनियम समन्वय कॉम्प्लेक्स में उपयोग किए जाने के लिए ज्ञात हैं: उनमें एसीटेट, प्रोपियोनेट, ग्लाइकोलेट, लैक्टेट, ऑक्सालेट, मैलोनेट, थैलेट, मेलिटेट, और साइट्रेट शामिल हैं।

अपने पड़ोसियों, यूरेनियम और प्लूटोनियम के अनुरूप, कॉम्प्लेक्स बनाने की क्षमता के संदर्भ में नेप्च्यूनियम आयनों का क्रम Np⁴⁺ > NpO₂₂+ ≥ Np³⁺ > NpO₂+ है। (मध्य दो नेप्च्यूनियम आयनों का सापेक्ष क्रम उपयोग किए गए लिगेंड और सॉल्वैंट्स पर निर्भर करता है।) मोनोवैलेंट अकार्बनिक लिगेंड के साथ Np(IV), Np(V), और Np(VI) कॉम्प्लेक्स के लिए स्थिरता अनुक्रम F⁻ > H₂PO₄- > SCN⁻ > NO₃- > Cl⁻ > ClO₄- है; डाइवैलेंट अकार्बनिक लिगेंड के लिए क्रम CO₃₂- > HPO₄₂- > SO₄₂- है। ये संबंधित अम्लों की शक्ति का पालन करते हैं। डाइवैलेंट लिगेंड मोनोवैलेंट की तुलना में अधिक मजबूती से कॉम्प्लेक्स बनाने वाले होते हैं। NpO₂+ परक्लोरिक एसिड घोल में कॉम्प्लेक्स आयन [NpO₂+M₃+] (M = Al, Ga, Sc, In, Fe, Cr, Rh) भी बना सकता है: दो धनायनों के बीच अंतःक्रिया की शक्ति Fe > In > Sc > Ga > Al के क्रम का पालन करती है। नेप्च्यूनिल और यूरेनिल आयन भी एक साथ एक कॉम्प्लेक्स बना सकते हैं।

अनुप्रयोग

प्लूटोनियम-238 उत्पादन में अग्रदूत

मुख्य लेख: प्लूटोनियम-238

²³⁷Np का एक महत्वपूर्ण उपयोग प्लूटोनियम-238 उत्पादन में एक अग्रदूत के रूप में है, जहाँ इसे ²³⁸Pu बनाने के लिए न्यूट्रॉन के साथ विकिरणित किया जाता है, जो अंतरिक्ष यान और सैन्य अनुप्रयोगों के लिए रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के लिए एक अल्फा उत्सर्जक है। ²³⁷Np ²³⁸Np बनाने के लिए एक न्यूट्रॉन को कैप्चर करेगा और ²³⁸Pu के लिए दो दिनों से अधिक के अर्ध-आयु के साथ बीटा क्षय करेगा।

${\phantom{A}}_{\phantom{93}}^{\phantom{237}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}93}^{\phantom{2}237}\mathrm{N}\mathrm{p}+{\phantom{A}}_{\phantom{0}}^{\phantom{1}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}0}^{\phantom{2}1}\mathrm{n}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{93}}^{\phantom{238}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}93}^{\phantom{2}238}\mathrm{N}\mathrm{p}\underset{2.117\mathrm{d}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{94}}^{\phantom{238}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}94}^{\phantom{2}238}\mathrm{P}\mathrm{u}$

²³⁸Pu परमाणु ईंधन के कचरे में भी काफी मात्रा में मौजूद होता है लेकिन इसे प्लूटोनियम के समस्थानिकों से अलग करना होगा। नेप्च्यूनियम-237 को इलेक्ट्रॉन बीम के साथ विकिरणित करना, ब्रेम्सस्ट्रालुंग को उकसाना, समस्थानिक प्लूटोनियम-236 के काफी शुद्ध नमूने भी उत्पन्न करता है, जो पर्यावरण में प्लूटोनियम सांद्रता निर्धारित करने के लिए एक ट्रेसर के रूप में उपयोगी है।

परमाणु हथियार

नेप्च्यूनियम विखंडनीय है, और सैद्धांतिक रूप से इसे फास्ट-न्यूट्रॉन रिएक्टर या परमाणु हथियार में ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जिसका क्रांतिक द्रव्यमान लगभग 60 किलोग्राम है। 1992 में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने इस बयान को अवर्गीकृत किया कि नेप्च्यूनियम-237 का उपयोग "परमाणु विस्फोटक उपकरण के लिए किया जा सकता है"। ऐसा नहीं माना जाता है कि नेप्च्यूनियम का उपयोग करके कभी कोई वास्तविक हथियार बनाया गया है। 2009 तक, वाणिज्यिक बिजली रिएक्टरों द्वारा नेप्च्यूनियम-237 का विश्व उत्पादन प्रति वर्ष 1000 क्रांतिक द्रव्यमान से अधिक था, लेकिन विकिरणित ईंधन तत्वों से समस्थानिक निकालने के लिए एक बड़ा औद्योगिक उपक्रम होगा।

सितंबर 2002 में, लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने नेप्च्यूनियम के एक महत्वपूर्ण अंश का उपयोग करके, संवर्धित यूरेनियम (यूरेनियम-235) के गोले के संयोजन में, पहला ज्ञात परमाणु क्रांतिक द्रव्यमान संक्षेप में उत्पादित किया, यह पता लगाया कि नेप्च्यूनियम-237 के एक नंगे गोले का क्रांतिक द्रव्यमान "पचास के दशक के उच्च स्तर से साठ के दशक के निम्न स्तर तक किलोग्राम वजन में होता है", यह दर्शाता है कि यह "[यूरेनियम-235] जितना ही अच्छा बम सामग्री है"। संयुक्त राज्य संघीय सरकार ने मार्च 2004 में अमेरिका की अलग की गई नेप्च्यूनियम की आपूर्ति को नेवादा में परमाणु-कचरा निपटान स्थल पर ले जाने की योजना बनाई।

भौतिकी

²³⁷Np का उपयोग उच्च-ऊर्जा (MeV) न्यूट्रॉन का पता लगाने वाले उपकरणों में किया जाता है।

परमाणु कचरे में भूमिका

नेप्च्यूनियम वाणिज्यिक घरेलू आयनीकरण-कक्ष धुआं डिटेक्टरों में आयनीकरण विकिरण के स्रोत के रूप में शुरू में मौजूद (आमतौर पर) 0.2 माइक्रोग्राम अमेरिकियम-241 के क्षय से जमा होता है। 432 वर्षों के अर्ध-आयु के साथ, एक आयनीकरण धुआं डिटेक्टर में अमेरिकियम-241 में 20 वर्षों के बाद लगभग 3% नेप्च्यूनियम, और 100 वर्षों के बाद लगभग 15% शामिल होता है।

ऑक्सीकरण स्थितियों के तहत, नेप्च्यूनियम-237 नेवादा में युक्का माउंटेन परियोजना के गहरी भूवैज्ञानिक रिपॉजिटरी वातावरण में सबसे अधिक मोबाइल एक्टिनाइड है। यह इसे और इसके पूर्ववर्तियों जैसे अमेरिकियम-241 को परमाणु रूपांतरण द्वारा विनाश के लिए रुचि के उम्मीदवार बनाता है। अपनी लंबी अर्ध-आयु के कारण, नेप्च्यूनियम 10,000 वर्षों में युक्का माउंटेन में कुल रेडियोटॉक्सिसिटी का प्रमुख योगदानकर्ता बन जाएगा। चूंकि यह स्पष्ट नहीं है कि उस लंबी अवधि में गैर-पुनः संसाधित परमाणु ईंधन के कचरे के कंटेनमेंट का क्या होता है, यदि परमाणु कचरे को कई हजार वर्षों के बाद जुटाया जा सकता है तो परमाणु ईंधन के कचरे के पुनर्संसाधन के बाद नेप्च्यूनियम का निष्कर्षण और रूपांतरण पर्यावरण के संदूषण को कम करने में मदद कर सकता है।

जैविक भूमिका और सावधानियां

नेप्च्यूनियम की कोई जैविक भूमिका नहीं है, क्योंकि इसकी अर्ध-आयु कम है और यह प्राकृतिक रूप से केवल छोटे अंशों में पाया जाता है। पशु परीक्षण दिखाते हैं कि यह पाचन तंत्र के माध्यम से खराब तरीके से (~1%) अवशोषित होता है। जब इंजेक्ट किया जाता है, तो यह हड्डियों में केंद्रित हो जाता है, जहाँ से इसे धीरे-धीरे छोड़ा जाता है।

बारीक विभाजित नेप्च्यूनियम धातु आग का खतरा पैदा करती है क्योंकि नेप्च्यूनियम पायरोफोरिक (स्वयं प्रज्वलित होने वाली) है; छोटे दाने कमरे के तापमान पर हवा में अनायास ही प्रज्वलित हो जाएंगे।

ग्रंथ सूची

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बाहरी लिंक

Neptunium

• Neptunium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• Lab builds world's first neptunium sphere संग्रहीत संस्करण, U.S. Department of Energy Research News
• NLM Hazardous Substances Databank – Neptunium, Radioactive
• Neptunium: Human Health Fact Sheet संग्रहीत संस्करण
• C&EN: It's Elemental: The Periodic Table – Neptunium

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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Neptunium" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Neptunium यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।