ネプツニウム

ネプツニウムは、硬くて銀白色で延性のある放射性アクチニド金属です（アクチニドはすべて金属です）。周期表では、アクチニドウランの右、アクチニドプルトニウムの左、ランタニドプロメチウムの下に位置しています。^{[ 8 ]}ネプツニウムは硬い金属で、体積弾性率は118 GPaで、マンガンの体積弾性率に匹敵します。^{[ 9 ]}ネプツニウム金属は、物理的な加工性に関してはウランと似ています。常温で空気にさらされると、薄い酸化物層を形成します。この反応は、温度が上昇するにつれてより速く進行します。^{[ 8 ]}ネプツニウムの融点は639 ± 3 °Cです。この低い融点は、この金属が隣接する元素プルトニウム (融点 639.4 °C) と共有する性質であり、5f 軌道と 6d 軌道の混成と金属内の方向性結合の形成によるものです。 ^{[ 10 ]}ネプツニウムの沸点は経験的に知られておらず、通常示される 4174 °C という値は、この元素の蒸気圧から外挿されたものです。これが正確であれば、ネプツニウムはあらゆる元素の中で最も広い液体範囲 (融点と沸点の間に 3535 K がある) を持つことになります。^{[ 8 ] [ 11 ]}    

ネプツニウムは少なくとも3つの同素体で発見されている。^{[ 7 ]} 4番目の同素体が存在するという主張もあるが、今のところ証明されていない。^{[ 8 ]}このような同素体の多さはアクチノイドに共通する特徴である。ネプツニウム、プロトアクチニウム、ウラン、プルトニウムの結晶構造はランタノイドには明確な類似例がなく、3d遷移金属の構造により近い。^{[ 10 ]} 

α-ネプツニウムは、非常に歪んだ体心立方構造に似た斜方晶構造をとります。 ^{[ 13 ] [ 14 ]}各ネプツニウム原子は他の4つの原子と配位しており、Np–Np結合長は260  pmです。^{[ 15 ]}アクチノイドの中で最も密度が高く、天然に存在する元素の中ではレニウム、白金、イリジウム、オスミウムに次いで5番目に密度が高い元素です。^{[ 11 ]} α-ネプツニウムは、強い共有結合や高い電気抵抗率などの半金属的性質を持ち、その金属的物理的性質は真の金属よりも半金属に近いものです。他のアクチノイドの同素体の一部も同様の挙動を示しますが、程度は低いです。^{[ 16 ] [ 17 ]}アルファ相におけるネプツニウムの異なる同位体の密度は、観測可能なほど異なると予想される。α- ²³⁵ Np の密度は 20.303 g/cm ³、α- ²³⁶ Np の密度は 20.389 g/cm ³、α- ²³⁷ Np の密度は 20.476 g/cm ³である。^{[ 18 ]}   

β-ネプツニウムは歪んだ正方最密充填構造をとる。単位格子は4つのネプツニウム原子で構成され、Np–Np結合長は276  pmである。^{[ 15 ]} γ-ネプツニウムは体心立方構造を持ち、Np–Np結合長は297  pmである。γ型は圧力が増加すると不安定になるが、ネプツニウムの融点も圧力とともに上昇する。^{[ 15 ]} β-Np/γ-Np/液体の三重点は725  °C、3200 MPaで発生する。^{[ 15 ] [ 19 ]} 

ネプツニウムは、化学化合物を形成する際に+3から+7までの5つのイオン酸化状態をとり、これらは溶液中で同時に観察できます。ネプツニウムは、安定な化合物中で全ての価電子を失うことができる最も重いアクチニドです。溶液中で最も安定な状態は+5ですが、固体ネプツニウム化合物では価数+4が好まれます。ネプツニウム金属は非常に反応性が高いです。ネプツニウムのイオンは加水分解や配位化合物の形成を起こしやすいです。^{[ 23 ]}

ネプツニウム原子は、[ Rn ] 5f ⁴ 6d ¹ 7s ²の配置で 93 個の電子を持っています。これは、1 つの電子が 5f 副殻にあると予想されるのではなく 6d 副殻にあるという点で、アウフバウ原理で予想される配置とは異なります。これは、5f、6d、および 7s 副殻の電子エネルギーが似ているためです。化合物やイオンを形成する際に、すべての価電子が失われ、希ガスラドンの電子配置を持つ不活性な内殻電子が残る場合があります。^{[ 24 ]}より一般的には、価電子の一部のみが失われます。三価イオンNp ³⁺の電子配置は[Rn] 5f ⁴で、最外殻の7sおよび6d電子が最初に失われます。これはネプツニウムのランタニド同族元素であるプロメチウムと全く同じであり、三価状態で[Rn] 5f ⁿ電子配置を持つ他のアクチニド元素の傾向と一致します。ネプツニウムの第一イオン化ポテンシャルは最大で     1974年には6.19 ± 0.12 eV と推定されたが、これは7s電子が5fおよび6d電子よりも先にイオン化するという仮定に基づいていた。^{[ 25 ]}最近の測定では、この値は6.2657  eVに改良されている。^{[ 26 ]}

特に明記されていない限り、すべての核データは標準的な情報源からのものです: ^{[ 27 ]}

ネプツニウムの放射性同位体は24種類が特定されており、最も安定なのは半減期214万4千年の^237Np 、半減期15万3千年の^236Np 、そして半減期396.1日の235Npである。残りの^放射性同位体はすべて半減期が5日未満である。

最も安定な同位体である^237Npより軽い同位体は、主に電子捕獲によって崩壊するが、一部はアルファ崩壊によってプロトアクチニウムに崩壊する。質量数 237 のベータ安定同重体である^237Np自体は、アルファ崩壊によって^233Paに崩壊し、非常にまれに自発核分裂を起こす。より重い同位体は、一般的にベータ崩壊によって崩壊する。

²³⁷ Npの崩壊は最終的にビスマス-209 とタリウム-205 を生成します。これは、鉛の同位体に崩壊する他のほとんどの一般的な重原子核とは異なります。この崩壊系列はネプツニウム系列として知られています。^{[ 21 ] [ 28 ]}この崩壊系列は、ビスマス -209 より上のすべての同位体の半減期が短いため、地球上では事実上存在しませんでしたが、現在、トン規模でのネプツニウム (およびウラン -233 ) の人工生産のおかげで復活しています。 ^{[ 29 ]}

ネプツニウム235、236、237の同位体は核分裂性があると予測されているが、実験^的に核分裂性が確認されているのはネプツニウム237のみである。その^臨界質量は約60kgで、一般的に使用されているウラン235 の臨界質量より約10kg多いだけである。^{[ 30 ]}ネプツニウム235、236、237の臨界質量の計算値はそれぞれ66.2kg 、6.79kg 、63.6kgである。ネプツニウム236の値はプルトニウム239よりもさらに低く、^{236Npは中性子}断面積も小さい。^{[ 18 ]}しかし、ネプツニウム原子爆弾はこれまで製造されたことがない^{[ 30 ]}のは、ウランとプルトニウムの臨界質量が²³⁵ Np と²³⁷ Np よりも低く、^{236 Np は}使用済み核燃料中に大量に存在しないため精製が難しく^{[ 31 ] 、 237} Npから有意な量で分離することはほぼ不可能だからである^{[ 32 ] 。}    

ネプツニウムの最も寿命の長い同位体である^237Npの半減期は 214 万年であり、これは地球の年齢の 2,000 倍以上短い。したがって、原始ネプツニウムは遠い昔に崩壊したはずである。わずか 8,000 万年後には、最も寿命の長い同位体である^{237Npの濃度でさえ、元の量の 1 兆分の 1 (10 −12} )未満に減少する。^{[ 33 ]}したがって、ネプツニウムは、他の同位体の中間崩壊生成物として生成されるごくわずかな量としてのみ自然界に存在する。^{[ 23 ]}

微量のネプツニウム同位体であるネプツニウム237と239は、ウラン鉱石中の核変換反応の崩壊生成物として自然に存在します。^{[ 7 ] [ 34 ] 239Np}と^237Npはこれらの同位体の中で最も一般的なもので、ウラン238原子による中性子捕獲によって直接生成されます。これらの中性子は、ウラン238の自発核分裂、ウラン235の自然中性子誘起核分裂、原子核の宇宙線破砕、およびアルファ粒子を吸収して中性子を放出する軽元素から生じます。^{[ 33 ] 239Np}の半減期は非常に短いですが、1951年に自然界でその半減期がはるかに長い娘核種である^239Puが検出されたことで、その自然存在が確定しました。^{[ 33 ]} 1952年に、ベルギー領コンゴのウラン鉱石の濃縮物から^237Npが同定され、分離されました。これらの鉱物では、ネプツニウム237とウランの比率は約10 ⁻¹²対1以下です。 ^{[ 33 ] [ 35 ] [ 36 ]}さらに、^240Npは、地球の海洋堆積物中の隕石の塵から検出された^244Puの中間崩壊生成物としても存在するはずです。 ^{[ 37 ]}

現在環境中に存在するネプツニウム（およびプルトニウム）のほとんどは、1945年の最初の原子爆弾の爆発から1963年の部分的核実験禁止条約の批准までの間に行われた大気圏核爆発によるものです。これらの爆発と1963年以降に行われた少数の大気圏核実験によって放出されたネプツニウムの総量は、約2500kgと推定されています 。このうち圧倒的に多いのは、長寿命同位体である^236Npと^237Npです。なぜなら、半減期が396日と比較的長い235Np^{でさえ、その後の数十年の間に元の濃度の10億分の1（ 10⁻⁹}  ）以下にまで崩壊しているからです。さらに、原子炉冷却水中の天然ウランに中性子を照射して生成されたごく少量のネプツニウムが、冷却水が河川や湖に排出される際に放出されます。^{[ 33 ] [ 35 ] [ 38 ]}海水中の²³⁷ Npの濃度は約 6.5 × 10 ⁻⁵ミリベクレル/リットルです。この濃度はプルトニウムの濃度の 0.1% ～ 1% です。^{[ 33 ]}   

地表環境に放出されると、大気中の酸素と接触したネプツニウムは一般的にかなり速やかに酸化され、通常は+4または+5の状態に変化します。酸化状態に関係なく、この元素は他のアクチノイドよりもはるかに高い移動性を示します。これは主に、他のさまざまな元素と容易に水溶液を形成する能力によるものです。砂岩と石灰岩中のネプツニウム(V)、プルトニウム(IV)、アメリシウム(III)の拡散速度を比較したある研究では、ネプツニウムは他の元素の10倍以上浸透しました。Np(V)は、炭酸塩が存在しない場合、pHが5.5を超えるレベルでも効率的に反応し、このような条件下では石英と容易に結合することも観察されています。また、ゲータイト、酸化鉄コロイド、カオリナイトやスメクタイトを含むいくつかの粘土とも良好に結合することが観察されています。 Np(V)は、弱酸性条件下では、同じアクチニド元素であるアメリシウムやキュリウムほど土壌粒子に容易に結合しない。この性質により、溶液中で土壌中を固定されることなく急速に移動することができ、その移動性をさらに高めている。^{[ 35 ] [ 39 ]} Np(V)はコンクリートにも容易に吸収されるが、この元素の放射能のため、核廃棄物貯蔵施設を建設する際には、この点を考慮しなければならない。コンクリートに吸収されると、比較的短時間でNp(IV)に還元される。Np(V)は、ゲータイト、ヘマタイト、マグネタイトの表面にフミン酸が存在する場合、フミン酸によっても還元される。Np(IV)は移動性が低く、凝灰岩、花崗閃緑岩、ベントナイトに効率的に吸着される。ただし、後者による吸収は弱酸性条件下で最も顕著である。また、コロイド粒子に結合する強い傾向も示し、粘土含有量の多い表層土壌ではその効果が増強される。この挙動は、この元素の高い移動性をさらに促進する。^{[ 35 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

1870年代初頭にドミトリ・メンデレーエフが最初の元素周期表を発表したとき、ウランの後に「 — 」が記されており、当時未発見だった他のいくつかの元素の位置にも同様の空白があった。カシミール・ファヤンスによる1913年の既知の放射性同位体の発表を含む、その後の既知の元素の周期表にも、元素番号92のウランの後に空白が記されている。^{[ 42 ]}  

1932年に原子核の最後の構成要素である中性子が発見されるまで、そしてその後も、ほとんどの科学者はウランより重い元素の可能性を真剣に検討していませんでした。当時の核理論はそれらの存在を明確に否定していませんでしたが、それらが存在しないことを示唆する証拠はほとんどありませんでした。しかし、 1933年末にイレーヌとフレデリック・ジョリオ＝キュリー夫妻が誘導放射能を発見したことで、元素の研究に全く新しい方法が開かれ、エンリコ・フェルミ率いる少数のイタリア人科学者グループが中性子照射を伴う一連の実験を開始するきっかけとなりました。ジョリオ＝キュリー夫妻の実験では、放射性同位体である30Pを生成するために^27Alの^サンプルにアルファ粒子を照射しましたが、フェルミは、電荷を持たない中性子を使用すれば、正に帯電したアルファ粒子よりもさらに良い結果が得られる可能性が高いことに気づきました。そこで、1934年3月、彼は当時知られていたすべての元素に中性子照射を体系的に行い、他の元素も放射能を誘発できるかどうかを調べた。^{[ 43 ] [ 44 ]}

数ヶ月の研究の後、フェルミの研究グループは、軽い元素は捕獲した中性子のエネルギーを陽子またはアルファ粒子を放出することで分散させ、重い元素は一般的にガンマ線を放出することで同じことを行うと暫定的に結論付けた。この後者の挙動は後に中性子のベータ崩壊を引き起こし、陽子に変化し、結果として生じる同位体の周期表上の位置を一つ上げることになる。フェルミの研究チームがウランに核を照射した際にもこの挙動が観測され、結果として生じる同位体の原子番号が93であることを強く示唆していた。フェルミは当初、このような主張を公表することに消極的であったが、研究チームがウラン核照射生成物に既知の同位体のいずれとも一致しない未知の半減期をいくつか観測した後、 1934年6月に「原子番号92より大きい元素の生成の可能性」と題する論文を発表した。彼は93番目の元素に、イタリアのギリシャ語名アウソニアにちなんでアウセニウム（原子記号Ao）という名前を提案した。^{[ 45 ] [ 46 ]}

フェルミの論文の主張に対しては、すぐにいくつかの理論的な反論が提起された。特に、原子が中性子を捕獲したときに実際に起こるプロセスは、当時よく理解されていなかった。このことと、3か月後にフェルミが偶然発見した、低速中性子によって核反応が誘発される可能性があるという事実は、アリスティッド・フォン・グロッセやイダ・ノダックをはじめとする多くの科学者の間で、この実験が93番元素を生成しているという主張にさらなる疑念を抱かせた。フォン・グロッセの、フェルミが実際にプロトアクチニウム（91番元素）を生成しているという主張はすぐに検証され、反証されたが、ノダックの、ウランが2つ以上のはるかに小さな断片に粉砕されたという提案は、既存の核理論ではそのようなことが可能になる方法がなかったため、ほとんどの科学者によって無視された。フェルミと彼のチームは、実際に新しい元素を合成していると主張したが、この問題は数年間未解決のままだった。^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}

実験結果に見られる様々な未知の放射性半減期は、複数の核反応が起こっていることを示していたものの、フェルミのグループは、元素93を化学的に分離しない限り、元素93が生成されていることを証明できなかった。フェルミのグループをはじめ、当時世界最高峰の放射化学者であり、フェルミの主張を支持していたオットー・ハーンやリーゼ・マイトナーなど、多くの科学者が分離を試みたが、いずれも失敗に終わった。ずっと後になって、この失敗の主な原因は、元素93の化学的性質の予測がアクチノイド系列を欠いた周期表に基づいていたためであることが判明した。この配置では、プロトアクチニウムがタンタルの下、ウランがタングステンの下に置かれ、さらに、当時エカ・レニウムと呼ばれていた元素93は、マンガンやレニウムを含む第7族元素に似ているはずだと示唆されていた。トリウム、プロトアクチニウム、ウランは、それぞれ+4、+5、+6という主要な酸化状態を持つため、科学者たちは、これらがハフニウム、タンタル、タングステンよりも下位に属すると考えていましたが、実際にはランタノイド系列の下位に属していました。ランタノイド系列は当時、偶然の産物と見なされており、その構成元素はすべて+3の状態が支配的です。一方、ネプツニウムは、+4と+5が最も安定で、はるかにまれで不安定な+7の状態を持っています。プルトニウムと他の超ウラン元素も+3と+4の状態が支配的であることが判明し、 fブロックが発見されたことで、アクチノイド系列が確固たるものとなりました。^{[ 50 ] [ 51 ]}

フェルミの実験で元素93が生成されたかどうかという問題は膠着状態に陥ったが、この元素の発見に関する2つの追加的な主張が現れた。ただし、フェルミとは異なり、両者とも自然界でこの元素を観察したと主張した。これらの主張のうち最初のものは、1934年にチェコのエンジニア、オドレン・コブリッチが加熱したピッチブレンドの洗浄水から少量の物質を抽出した時のものである。彼はこの元素にボヘミウムという名前を提案したが、分析の結果、サンプルはタングステンとバナジウムの混合物であることが判明した。^{[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]}もう1つの主張は、1938年にルーマニアの物理学者ホリア・フルベイとフランスの化学者イヴェット・コーショワが鉱物の分光法によって新元素を発見したと主張したものである。彼らはこの元素をセクアニウムと名付けたが、当時の主流の理論では、もし元素93が存在するとしても、自然界には存在しないはずだったため、この主張は却下された。しかし、ネプツニウムは1952年にウラン鉱石から発見されたように、実際に微量ながら自然界に存在するため、HulubeiとCauchoisが実際にネプツニウムを観察した可能性もある。^{[ 34 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]}

1938年までにニールス・ボーアを含む一部の科学者は、フェルミが実際に新元素を生成したことをまだ受け入れることに消極的であったが、それでも彼は1938年11月に「中性子照射によって生成される新しい放射性元素の存在の実証、および低速中性子によって引き起こされる核反応の関連する発見」によりノーベル物理学賞を受賞した。その1か月後、ハーン、マイトナー、オットー・フリッシュによるほぼ完全に予想外の核分裂の発見により、フェルミが元素93を発見した可能性はなくなった。フェルミのチームが観測した未知の半減期のほとんどが、核分裂生成物の半減期であることがすぐに特定されたからである。^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}

失われた元素93を生成しようとする試みの中で、おそらく最も成功したのは、 1941年の太平洋戦争勃発直前の1940年に、日本の物理学者・西名義雄と化学者・木村健次郎が行った試みだろう。彼らは²³⁸ウランに高速中性子を照射した。しかし、低速中性子は(n, γ)反応による中性子捕獲を誘発する傾向があるのに対し、高速中性子は「ノックアウト」(n, 2n)反応を誘発する傾向があり、1つの中性子が加えられ、さらに2つの中性子が除去されるため、結果として中性子が1つ失われる。西名と木村は、この手法を^232Thで試験し、既知の^231Thとその長寿命ベータ崩壊娘核種231Pa ^{（いずれも235U}の自然崩壊系列で発生）を生成することに成功したため、観測された新しい6.75日の半減期放射能を新しい同位体^237Uに正しく割り当てた。彼らは、この同位体もベータ線放出核種であり、したがって未知の核種^{237Npに崩壊するに違いないことを確認した。彼らは、この核種を、より軽い同族核種と思われるレニウムとともに運ぶことで分離しようと試みたが、レニウムを含む画分からはベータ崩壊もアルファ崩壊も観測されなかった。西名と木村は、 237Np}の半減期は^231Paと同様に非常に長く、したがってその放射能は彼らの装置では測定できないほど弱いと正しく推測し、超ウラン元素の最後の、そして最も近い探索が失敗に終わったことを結論づけた。^{[ 63 ]}

1939年初頭、核分裂の研究が進展するにつれ、カリフォルニア大学バークレー校バークレー放射線研究所のエドウィン・マクミランは、同大学に最近建設された強力な60インチ（1.52メートル）サイクロトロンを用いてウランに放射線を照射する実験を行うことを決定した。その目的は、核分裂後に破片同士が電気的に反発し合うことで生じる巨大な力を利用して、照射によって生成された様々な核分裂生成物を分離することであった。この実験から特筆すべき発見はなかったものの、マクミランは三酸化ウラン標的自体に2つの新しいベータ崩壊半減期を観測した。これは、放射能を生成しているものが通常の核分裂生成物のように激しく反発し合っていないことを意味していた。彼はすぐに、半減期の1つがウラン239の既知の23分の崩壊期間とほぼ一致することに気づいたが、もう1つの半減期である2.3日は未知の値であった。マクミランは実験結果を化学者でバークレーの同僚教授であるエミリオ・セグレに持ち込み、放射能の発生源を特定しようと試みた。両科学者は、元素93はレニウムと似た化学反応を示すという当時の一般的な理論に基づいて研究を開始したが、セグレはマクミランのサンプルがレニウムとは全く似ていないことをすぐに突き止めた。代わりに、強力な酸化剤が存在する状態でフッ化水素（HF）と反応させたところ、希土類元素と非常によく似た挙動を示した。これらの元素は核分裂生成物の大部分を占めるため、セグレとマクミランは半減期は単に別の核分裂生成物によるものに違いないと判断し、論文のタイトルを「超ウラン元素の探索失敗」とした。^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]}

しかし、核分裂に関する情報が増えるにつれて、標的に核分裂の破片がまだ存在していた可能性はますます低くなった。マクミランとフィリップ・H・アベルソンを含む数人の科学者は、未知の半減期を生み出しているものを再び特定しようと試みた。1940年初頭、マクミランは、1939年にセグレと行った実験では放射性物質の化学反応を十分に厳密に検証していなかったことに気づいた。新たな実験で、マクミランは未知の物質を還元剤の存在下でHFにさらすことを試みた。これは彼が以前には行ったことのないことだった。この反応の結果、サンプルはHFとともに沈殿し、未知の物質が希土類金属である可能性は決定的に排除された。この直後、大学で修士号を取得したアベルソンが短い休暇でバークレーを訪れ、マクミランはより有能な化学者である彼に実験結果の分離を手伝ってもらうよう頼んだ。アベルソンは、2.3日の半減期を生み出している物質が既知のどの元素とも化学反応を示さず、希土類金属よりもウランに似ていることをすぐに発見した。この発見により、最終的にその発生源を分離することができ、後に1945年にアクチニド系列の分類につながった。最終段階として、マクミランとアベルソンは、 ^239Uから顕著な23分の半減期を持つ、はるかに大きな照射ウランのサンプルを用意し、未知の2.3日の半減期が、次の反応によって23分の放射能の減少と連動して強くなることを明確に実証した。^{[ 67 ]}

${\displaystyle {\ce {{^{238}_{92}U}+{^{1}_{0}n}->{^{239}_{92}U}->[\beta ^{-}][23\ {\ce {min}}]{^{239}_{93}Np}->[\beta ^{-}][2.355\ {\ce {日}}]{^{239}_{94}プ}}}}$（これらの時間は半減期のことです。）

これにより、未知の放射性物質がウランの崩壊に由来することが証明され、また、その物質が既知のすべての元素とは化学的に異なるという以前の観察結果と相まって、新しい元素が発見されたことが疑いの余地なく証明された。マクミランとアベルソンは、1940年5月27日にPhysical Review誌に「放射性元素93」というタイトルの論文でその結果を発表した。 ^{[ 67 ]}彼らは論文の中でその元素に名前を提案しなかったが、太陽系で天王星の次の惑星が海王星であり、ウランはその名前の由来であることから、すぐにネプツニウムという名前に決めた。^{[ 21 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]マクミランとアベルソンの成功は、西名と木村の惜しい失敗に比べて、放射化学分析に適した239} Npの半減期と²³⁹ Uの急速な崩壊と、 ²³⁷ Uのより遅い崩壊と²³⁷ Npの極めて長い半減期との対比によるものと考えられる。^{[ 63 ]}

²³⁹ Npのベータ崩壊によって元素 94 (現在プルトニウムと呼ばれる) の同位体が生成されることもまた認識されていたが、マクミランとアベルソンの最初の実験で使用された量は、プルトニウムとネプツニウムを分離して識別するには少なすぎた。^{[ 72 ]}プルトニウムの発見は、グレン T. シーボーグとそのチームが同位体プルトニウム 238 を特定した1940 年末まで待たなければならなかった。^{[ 73 ]}

1942年、ハーンとフリッツ・シュトラスマン、そして独立してクルト・シュタルケは、ベルリンで元素93の存在を確認したと報告した。^{[ 74 ]}ハーンのグループは元素94の研究を進めなかったが、これはおそらくマクミランとアベルソンが元素94の単離に成功しなかったことに落胆したためであろう。当時、パリのより強力なサイクロトロンを利用できたため、ハーンのグループは試みれば、微量（数ベクレル）ではあるものの、元素94を検出できた可能性が高い。^{[ 74 ]}

ネプツニウムの独特な放射性特性により、化学反応でさまざまな化合物中を移動する様子を追跡することが可能となり、当初はこれがネプツニウムの化学が他の元素と異なることを証明する唯一の方法でした。最初に発見されたネプツニウムの同位体は半減期が非常に短いため、マクミランとアベルソンは当時利用可能だった技術で新元素の化学分析を行うのに十分な量のサンプルを用意することができませんでした。しかし、1942年にグレン・シーボーグとアーサー・ワールによって長寿命の^237Np同位体が発見された後、計量可能な量のネプツニウムを生成することが現実的な試みとなりました。^{[ 21 ] [ 75 ]}半減期は当初約300万年（後に214万4千年に修正）と決定され、西名と木村の非常に長い半減期の予測を裏付けました。^{[ 63 ]}  

元素に関する初期の研究は、当時の米国の核物理学者や化学者のほとんどがマンハッタン計画の一環としてプルトニウムの特性を研究するという大規模な取り組みに集中していたため、やや限定的でした。元素の研究はプロジェクトの小さな部分として継続され、最初のネプツニウムのバルクサンプル（二酸化ネプツニウムとして）は1944年に分離されました。^{[ 21 ] [ 75 ] [ 76 ]}

それ以降のネプツニウムの特性に関する研究の多くは、それを核廃棄物の一部としてどのように封じ込めるかを理解することに焦点を当ててきました。ネプツニウムには半減期が非常に長い同位体があるため、数千年も持続する封じ込め施設の設計という観点から特に懸念されています。放射性トレーサーや、有用なプルトニウム同位体を生成するためのさまざまな核反応の前駆体として、限られた用途が見つかっています。しかし、原子力発電所で反応副産物として生成されるネプツニウムのほとんどは廃棄物とみなされています。^{[ 21 ] [ 75 ]}

現在地球上に存在するネプツニウムの大部分は、核反応によって人工的に生成されたものです。ネプツニウム237は、中性子捕獲によって生成でき、かつ半減期が十分に長いため容易に計量可能な量を分離できる唯一の同位体であるため、最も一般的に合成されている同位体です。この元素の化学研究において、最も一般的に使用されている同位体です。^{[ 31 ]}

• ²³⁵ U原子が中性子を捕獲すると、 ²³⁶ Uの励起状態に変換されます。励起された^{236 U 原子核の約 85.5% [ 78 ] [ 79 ]}は核分裂を起こしますが、残りはガンマ線を放出して²³⁶ Uの基底状態に崩壊します。さらに中性子を捕獲すると²³⁷ U が生成され、その半減期は 7 日で、ベータ崩壊によって²³⁷ Npに急速に崩壊します。ベータ崩壊中、励起された²³⁷ U は電子を放出し、原子の弱い相互作用によって中性子が陽子に変換され、 ²³⁷ Npが生成されます。^{[ 31 ]}

  ${\displaystyle {\begin{cases}{\ce {^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{236m}_{92}U ->[][120 \ {\ce {ns}}] ^{236}_{92}U + \gamma}}\\{\ce {^{236}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{237}_{92}U ->[\beta^-][6.75 \ {\ce {d}}] ^{237}_{93}Np}}\end{cases}}}$

• ^237Uは238Uとの( n ,2n)反応によっても生成される。これは非常にエネルギーの高い中性子でのみ起こる。^{[ 31 ]}
• ^237Npは、ウラン238の中性子照射によって生成される^241Amのアルファ崩壊生成物である。^{[ 31 ]}

ネプツニウムの重い同位体は急速に崩壊し、ネプツニウムの軽い同位体は中性子捕獲によって生成できないため、冷却された使用済み核燃料からネプツニウムを化学的に分離すると、ほぼ純粋な²³⁷ Np が得られます。^{[ 31 ]}放射性トレーサーとして有用な短寿命の重い同位体²³⁸ Np と^{239 Np は、それぞれ237} Np と²³⁸ Uに中性子を照射することによって生成され、長寿命の軽い同位体²³⁵ Np と^{236 Np は、}サイクロトロンで²³⁵ Uに陽子と重陽子を照射することによって生成されます。^{[ 31 ]}

人工の^{237Np金属は通常、 237NpF3}と液体バリウムまたはリチウム_を約1200 ℃で反応させることによって分離され、プルトニウム製造の副産物として、使用済み核燃料棒からキログラム単位で抽出されることが最も多い。^{[ 34 ]} 

2NpF3 + _3Ba →2Np+ _3BaF2

重量で比較すると、ネプツニウム237の放出量はプルトニウムの放出量の約5%、使用済み核燃料の放出量の約0.05%である。^{[ 80 ]}しかし、この割合でも世界全体では年間50トン以上になる。^{[ 81 ]}

使用済み核燃料からウランとプルトニウムを回収して再利用することは、核燃料サイクルの主要なプロセスの 1 つです。アルファ線放出核種である^237Npは、半減期が 200 万年強と長いため、使用済み核燃料から分離されるマイナーアクチニドの主要な同位体の 1 つです。^{[ 82 ]}ネプツニウムを分離するために、小規模から大規模までさまざまな分離方法が使用されています。小規模精製操作の目的は、金属ネプツニウムとその化合物の前駆体として純粋なネプツニウムを準備すること、および分析用のサンプル中のネプツニウムを分離および前濃縮することです。^{[ 82 ]}

ネプツニウムイオンを分離するほとんどの方法は、溶液中のネプツニウムの異なる酸化状態（+3から+6、場合によっては+7まで）の異なる化学的挙動を利用しています。^{[ 82 ]}使用されている、または使用されてきた方法には、溶媒抽出（さまざまな抽出剤、通常は多座β-ジケトン誘導体、有機リン化合物、アミン化合物を使用）、さまざまなイオン交換樹脂またはキレート樹脂を使用したクロマトグラフィー、共沈（可能なマトリックスにはLaF3 _、 BiPO4、_BaSO4、Fe(OH) ₃、MnO2_など）、電気めっき、およびバイオテクノロジー法があります。^{[ 83} ]現在、商業再処理プラントでは、トリブチルリン酸によるウランとプルトニウムの溶媒抽出を含むPurexプロセスを使用して^い_ます。^{[ 77 ]}

水溶液中において、ネプツニウムは5つの可能な酸化状態（+3～+7）のいずれかで存在することができ、それぞれの酸化状態は特徴的な色を示す。^{[ 2 ]}各酸化状態の安定性は、酸化剤や還元剤の存在、溶液のpH 、配位錯体形成リガンドの存在、さらには溶液中のネプツニウムの濃度など、さまざまな要因に大きく依存する。^{[ 84 ]}

酸性溶液では、ネプツニウム(III)からネプツニウム(VII)までのイオンは、Np ³⁺、Np ⁴⁺、NpO ⁺ ₂、NpO ²⁺ ₂、およびNpO ⁺ ₃として存在します。塩基性溶液では、酸化物および水酸化物Np(OH) ₃、NpO ₂、NpO ₂ OH、NpO ₂ (OH) ₂、およびNpO ³⁻ ₅として存在します。塩基性溶液中のネプツニウムの特性評価については、あまり研究されていません。^{[ 84 ]} Np ³⁺とNp ^4+は、 NpO ⁺ ₂とNpO ²⁺ ₂と同様に、互いに容易に還元および酸化されます。^{[ 85 ]}

ネプツニウム(III)

Np(III)またはNp ³⁺は酸性溶液中で水和錯体として存在し、Np(H₂ O) ³⁺ _n。 ^{[ 21 ]}濃い青紫色で、より明るい同族体でピンク色の希土類イオンPm³⁺。 ^{[ 21 ] [ 86 ]}酸素が存在すると、強力な還元剤も存在しない限り、すぐに Np(IV) に酸化されます。それにもかかわらず、水中では 2 番目に加水分解されネプツニウムイオンであり、NpOH²⁺イオンを形成します。 ^{[ 87 ]} Np³⁺は、pH 4～5 の溶液で主要なネプツニウムイオンです 。 ^{[ 87 ]}

ネプツニウム(IV)

Np(IV)またはNp ⁴⁺は酸性溶液中で淡黄緑色であり、^{[ 21 ]}水和錯体( Np(H₂ O) ⁴⁺ _n )。酸性水溶液（pH 1以上）では加水分解に対して非常に不安定で、NpOH³⁺。 ^{[ 87 ]}塩基性溶液では、Np⁴⁺₄）とネプツニウム(IV)酸化物（NpO₂を生成する傾向があります。 ^{[ 87 ]}

ネプツニウム(V)

Np(V)またはNpO ⁺ ₂は水溶液中で緑青色を呈し^{[ 21 ]} 、強いルイス酸として作用する^{[ 84]。安定なイオンであり[84 ]}、水溶液^中で最も一般的なネプツニウムの形態である。近隣の同族体であるUO ⁺ ₂およびPuO ⁺ ₂とは異なり、NpO ⁺ _2は非常に低いpHと高濃度の場合を除いて自発的に不均化しない^{[ 85 ] 。}

2 NpO ⁺ ₂ + 4 H ⁺ ⇌ Np ⁴⁺ + NpO ²⁺ ₂ + 2 H ₂ O

塩基性溶液中で加水分解してNpO ₂ OHとNpOを生成する₂ (OH) ⁻ ₂ . ^{[ 87 ]}

ネプツニウム(VI)

ネプツニルイオンであるNp(VI)またはNpO ²⁺ _{2は、酸性溶液中では淡いピンク色または赤色を示し、それ以外の場合は黄緑色を示します。} ^{[ 21 ]}これは強いルイス酸であり^{[ 84 ]}、pH 3～4の溶液中で見られる主なネプツニウムイオンです 。^{[ 87 ]}酸性溶液中では安定ですが、Np(V)イオンに非常に容易に還元され^{[ 84 ]}、隣接するウランおよびプルトニウムの同族六価​​イオン（ウラニルイオンおよびプルトニルイオン）ほど安定ではありません。塩基性溶液中では加水分解してオキソイオンおよびヒドロキソイオンNpO ₂ OH ⁺、(₂ )₂ (OH) ²⁺ ₂、および(NpO₂ )₃ (OH) ⁺ ₅ . ^{[ 87 ]}

ネプツニウム(VII)

Np(VII)は強塩基性溶液中では濃い緑色を呈する。塩基性溶液中での化学式はしばしばNpO ³⁻ ₅と表記されるが、これは簡略化された表現であり、実際の構造はおそらく[NpOのようなヒドロキソ種に近いと考えられる。₄ (OH)₂ ] ³⁻[ ^{21 ] [ 86 ]} Np(VII)は1967年に初めて塩基性溶液中で調製された^{。[ 84 ]}強酸性溶液中では、Np(VII)はNpO ⁺ ₃として存在し、水によって速やかにNp(VI)に還元される。^{[ 84 ]}その加水分解生成物は未解明である。^{[ 87 ]}

ネプツニウムの酸化物と水酸化物は、そのイオンと密接に関係している。一般に、さまざまな酸化レベルのNp水酸化物は、周期表でそれより前に位置するトリウムやウランなどのアクチノイドよりも不安定であり、それより後に位置するプルトニウムやアメリシウムなどのアクチノイドよりも安定である。この現象は、イオンの安定性が原子番号とイオン半径の比が増加するにつれて増加するためである。したがって、周期表で上位に位置するアクチノイドは、より容易に加水分解される。^{[ 84 ] [ 87 ]}

ネプツニウム(III)水酸化物は酸性溶液や酸素のない環境では非常に安定していますが、空気の存在下では急速にIVの状態に酸化されます。水には溶けません。^{[ 75 ]} Np(IV)水酸化物は主に電気的に中性のNp(OH) ₄として存在し、その水への溶解度は溶液のpHによって全く影響を受けません。これは、もう1つのNp(IV)水酸化物であるNp(OH) ⁻⁵_がほとんど存在しないことを示唆しています。^{[ 87 ] [ 88 ]}

Np(V)イオンNpO ⁺ ₂は非常に安定しているため、高酸性度でのみ水酸化物を形成します。0.1 M過塩素酸ナトリウム溶液に入れると、数ヶ月間はほとんど反応しませんが、3.0 Mの高モル濃度では、ほぼ瞬時に固体水酸化物NpO ₂ OHに反応します。Np(VI)水酸化物はより反応性が高いですが、酸性溶液中でもかなり安定しています。様々な二酸化炭素圧力下でオゾンが存在すると、化合物NpO ₃ ·H ₂ Oを形成します。Np(VII)は十分に研究されておらず、中性水酸化物は報告されていません。おそらく主に[NpO  ₄ (OH)₂ ] ³⁻[ ^{87 ] [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]​}

ネプツニウムには、NpO ₂とNp ₂ O ₅という 2 つの安定な酸化物があります。^{[ 92 ]} Np ₃ O _{8は以前の文献で報告されていますが、Np 3} O _{8の主張は実際には Np 2} O ₅の誤った分析の結果であると示唆する研究もあります。^{[ 93 ] [ 94 ]}_{別の酸化物 Np 4} O ₉の存在が示唆されていますが、完全に特徴付けられていません。^{[ 92 ]}ネプツニウム酸化物は、隣接するアクチニドウランで可能なほど高い酸化状態のネプツニウムでは生成されていませんが、ネプツニウム酸化物は低い酸化状態の方が安定です。この挙動は、オキソ酸のネプツニウム塩を空気中で燃焼させるだけで NpO ₂を生成できるという事実によって示されています。^{[ 21 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ]}

緑褐色のNpO _2は、広い圧力と温度範囲で非常に安定しており、低温では相転移 を起こしません。約33～37 GPaで面心立方から斜方晶への相転移を示しますが、圧力が解放されると元の相に戻ります。酸素圧2.84 MPaまで 、温度400 °Cまで安定しています 。Np ₂ O ₅は黒褐色で、格子サイズが418×658×409ピコメートルの単斜晶 です。比較的不安定で、420～695 °CでNpO ₂とO ₂ に分解します。 Np ₂ O ₅は当初、互いに矛盾する方法で製造すると主張するいくつかの研究の対象となっていたが、最終的には過酸化ネプツニウムを300～350 °C に2～3 時間加熱するか、アンプル 内の水の層の下で180 °C に加熱することによって、首尾よく製造された。^{[ 95 ] [ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]} 

ネプツニウムは、さまざまな元素と多数の酸化物化合物を形成しますが、アルカリ金属やアルカリ土類金属と形成されるネプツニウム酸化物がこれまで最も研究されてきました。三元ネプツニウム酸化物は、一般的にNpO ₂と他の元素の酸化物との反応、またはアルカリ溶液からの沈​​殿によって形成されます。Li ₅ NpO ₆は、Li 2 OとNpO 2を400℃で16時間反応させるか_、石英_管内でLi ₂ O ₂とNpO ₃ ·H ₂ Oを400 ℃で16時間、酸素気流中で反応させることによって調製されています。アルカリネプツニウム化合物K ₃ NpO ₅、Cs ₃ NpO ₅、およびRb ₃ NpO ₅はすべて同様の反応によって生成されます。  

NpO ₂ + 3 MO ₂ → M ₃ NpO ₅  (M = K、Cs、Rb)

酸化物化合物 KNpO ₄、 CsNpO ₄、および RbNpO ₄は、Np(VII) ( [NpO₄ (OH)₂ ] ³⁻) アルカリ金属硝酸塩とオゾンの化合物と反応させる。さらに、NpO ₃と水を固体アルカリおよびアルカリ過酸化物と400～600 °C の温度で15～30 時間反応させることによって、追加の化合物 が生成されている。これらの中には Ba ₃ (NpO ₅ ) ₂、 Ba ₂ Na NpO ₆、および Ba ₂ LiNpO ₆が含まれる。また、固体 NpO ₂を流動酸素環境下でさまざまなアルカリまたはアルカリ土類酸化物と反応させることによって、かなりの数の六価ネプツニウム酸化物が形成される。得られた化合物の多くは、ネプツニウムの代わりにウランが置換された同等の化合物も持っている。特性が明らかにされている化合物には、Na ₂ Np ₂ O ₇、 Na ₄ NpO ₅、 Na ₆ NpO ₆、および Na ₂ NpO ₄が含まれる。これらは、NpO ₂と Na ₂ O のさまざまな組み合わせをさまざまな温度閾値まで加熱することによって得られ、さらに加熱すると、これらの化合物はさまざまなネプツニウム同素体を示すようになります。リチウムネプツニウム酸化物 Li ₆ NpO ₆および Li ₄ NpO _{5 は、NpO 2}と Li ₂ Oの同様の反応によって得られます。 ^{[ 100 ] [ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] [ 107 ]}

_{Cs 4} Np ₅ O ₁₇や Cs ₂ Np ₃ O ₁₀など、多数のアルカリおよびアルカリネプツニウム酸化物化合物がさまざまな製造方法で特性評価されています。ネプツニウムは、第 3 族から第 7族の多くの追加元素と三元酸化物を形成することも観察されていますが、これらの化合物はあまりよく研究されていません。^{[ 100 ] [ 108 ] [ 109 ]}

ネプツニウムハロゲン化物化合物は酸化物ほど詳しく研究されてはいないものの、かなりの数の化合物が特性評価に成功している。中でも、ネプツニウムフッ化物は、核廃棄物から元素を分離する用途の可能性から、最も広範に研究されてきた。二元系ネプツニウムフッ化物化合物として、NpF₃、NpF₄、NpF₅、NpF₆の4種類が_報告され_ている_。最初_の2種類は比較的安定しており、1947年に以下の反応によって初めて合成された。

2 NpO ₂ + H ₂ + 6 HF → 2 NpF ₃ + 4 H ₂ O (400°C)   

2NpF3 ₊ O2 + _2HF →2NpF4 + _{H2O (} 400℃ )  

その後、NpF _{4 は、NpO 2 を}フッ化水素または純粋なフッ素ガスの混合物中でさまざまな温度に加熱することによって直接得られました。NpF _{5 の}生成ははるかに困難であり、既知のほとんどの調製法は、NpF ₄または NpF ₆化合物を他のさまざまなフッ化物化合物と反応させることを含みます。NpF ₅は、約 320 °Cに加熱すると、NpF ₄と NpF ₆に分解します。 ^{[ 110 ] [ 111 ] [ 112 ] [ 113 ]} 

六フッ化ネプツニウム（NpF _6）は、隣接するアクチニド化合物である六フッ化ウラン（UF ₆）や六フッ化プルトニウム（PuF ₆）と同様に、極めて揮発性が高い。この揮発性の高さから、使用済み原子力発電所燃料棒からネプツニウムを抽出する簡便な方法を考案しようとする試みにおいて、この化合物への関心が高まっている。NpF _{6は、1943年にNpF 3}と気体フッ素を非常に高温で反応させることによって初めて合成され、1958年には、特別に用意された装置内でNpF ₄を加熱し、純粋なフッ素を滴下することによって初めて大量生産された。六フッ化ネプツニウムの合成に成功したその他の方法としては、BrF ₃とBrF ₅をNpF ₄と反応させる方法や、いくつかの異なるネプツニウム酸化物およびフッ化物化合物を無水フッ化水素と反応させる方法などがある。^{[ 111 ] [ 114 ] [ 115 ] [ 116 ]}

ネプツニウムオキシフッ化物化合物は、NpO ₂ F、NpOF ₃、NpO ₂ F ₂、および NpOF ₄の 4 種類が報告されているが、いずれも詳細な研究は行われていない。NpO ₂ F ₂はピンク色の固体で、NpO ₃ ·H ₂ O および Np ₂ F ₅を約 330  °C で純粋なフッ素と反応させることで調製できる。NpOF ₃および NpOF ₄は、ネプツニウム酸化物をさまざまな温度で無水フッ化水素と反応させることで生成できる。ネプツニウムはさまざまな元素とさまざまなフッ化物化合物を形成する。特性が明らかにされているものには、CsNpF ₆、Rb ₂ NpF ₇、Na ₃ NpF ₈、および K ₃ NpO ₂ F ₅などがある。^{[ 111 ] [ 113 ] [ 117 ] [ 118 ] [ 119 ] [ 120 ] [ 121 ]}

2種類の塩化ネプツニウム、Np Cl ₃と NpCl ₄が特性評価されている。NpCl ₅を得るための試みが何度か行われたが、成功していない。NpCl _{3は、二酸化ネプツニウムを水素と}四塩化炭素( C Cl ₄ )で還元することによって生成され、NpCl ₄は、酸化ネプツニウムを約 500 °C でCCl ₄ と反応させることによって生成される。他の塩化ネプツニウム化合物も報告されており、NpOCl ₂、Cs ₂ NpCl ₆、Cs ₃ NpO ₂ Cl ₄、および Cs ₂ NaNpCl ₆などがある。臭化ネプツニウムNp Br ₃と NpBr ₄も生成されており、後者は臭化アルミニウムを350 °C でNpO ₂ と反応させることによって、前者はほぼ同じ手順で亜鉛が存在することによって生成される。ヨウ化ネプツニウムNp I 3_{もNpBr 3}と同じ方法で調製されています。^{[ 122 ] [ 123 ] [ 124 ]}

ネプツニウムカルコゲン化合物とプニクトゲン化合物は、主にその電子特性と磁気特性、および自然環境におけるそれらの相互作用の研究の一環として、十分に研究されてきました。プニクチド化合物と炭化物化合物も、いくつかの先進的な原子炉設計の燃料に含まれているため注目を集めていますが、後者のグループは前者ほど研究されていません。^{[ 125 ]}

カルコゲニド

ネプツニウム硫化物化合物は多種多様であり、純粋な硫化物化合物である Np S、 NpS ₃、 Np ₂ S ₅、 Np ₃ S ₅、 Np ₂ S ₃、および Np ₃ S ₄などが挙げられる。これらのうち、約 1000 °C でNpO _{2 を}硫化水素および二硫化炭素と反応させて調製されるNp ₂ S ₃が最もよく研​​究されており、3 つの同素体が知られている。α 型は約 1230 °C まで存在し、β 型は 1530 °C まで存在し、γ 型は Np ₃ S ₄としても存在し、より高温で存在する。 NpS は、Np ₂ S ₃とネプツニウム金属を 1600 °Cで反応させることにより生成でき、Np ₃ S _{5 は、Np 2} S ₃を500 °C で分解するか、硫黄とネプツニウム水素化物を 650 °Cで反応させることにより生成できます。Np ₂ S _{5は、Np 3} S ₅と純粋な硫黄の混合物を 500 °C に加熱することによって作られます。Np ₂ S ₃の β 型と γ 型を除くすべてのネプツニウム硫化物は、同等の硫化ウランと同形であり、NpS、α−Np ₂ S ₃、および β−Np ₂ S ₃を含むいくつかのものは、同等の硫化プルトニウムとも同形です。オキシ硫化物 NpOS、Np ₄ O ₄ S ₃、および Np ₂ O ₂ S も生成されていますが、後者 2 つは十分に研究されていません。NpOS は、1985 年に NpO ₂、Np ₃ S ₅、および純粋な硫黄を石英管に真空密封し、1 週間 900 °C に加熱することによって初めて調製されました。^{[ 125 ] [ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] [ 130 ] [ 131 ]}        

報告されているセレン化ネプツニウム化合物には、Np Se、NpSe ₃、Np ₂ Se ₃、Np ₂ Se ₅、Np ₃ Se ₄、および Np ₃ Se ₅があります。これらはすべて、水素化ネプツニウムと金属セレンを真空中で長時間さまざまな温度に加熱することによってのみ得られ、Np ₂ Se ₃は比較的高い温度で γ 同素体としてのみ存在することが知られています。オキシセレン化ネプツニウム化合物 NpOSe と Np ₂ O ₂ Se は、水素化ネプツニウムを二酸化ネプツニウムに置き換えることによって同様の方法で形成されることが知られています。既知のテルル化ネプツニウム化合物 Np Te、 NpTe ₃、 Np ₃ Te ₄、 Np ₂ Te ₃、および Np ₂ O ₂ Te は、セレン化物と同様の手順で形成され、Np ₂ O ₂ Te は同等のウランおよびプルトニウム化合物と同形である。ネプツニウム−ポロニウム化合物は報告されていない。^{[ 125 ] [ 131 ] [ 132 ] [ 133 ] [ 134 ]}

プニクチドと炭化物

窒化ネプツニウム(Np N ) は、1953 年に石英毛細管内で水素化ネプツニウムとアンモニアガスを約 750 °C で反応させることにより初めて合成されました。その後、さまざまな温度で窒素と水素のさまざまな混合物を金属ネプツニウムと反応させることにより合成されました。また、二原子窒素ガスで二酸化ネプツニウムを 1550 °C で還元することによっても合成されています。NpN は、一窒化ウラン(UN) および一窒化プルトニウム(PuN)と同形であり、約 1 MPa の窒素圧力下で融点が 2830 °C です。2 つのリン化ネプツニウム化合物、Np Pおよび Np ₃ P ₄が報告されています。前者は面心立方構造を持ち、金属ネプツニウムを粉末に変換し、350 °C でホスフィンガスと反応させることにより合成されます。 Np ₃ P _{4は、ネプツニウム金属と}赤リンを真空中で740 °C で反応させ、余分なリンを昇華させることによって生成できます。この化合物は水とは反応しませんが、硝酸と反応してNp(IV) 溶液を生成します。^{[ 135 ] [ 136 ] [ 137 ]}     

3種類のネプツニウムヒ素化合物、Np As、NpAs ₂、およびNp ₃ As ₄が合成された。最初の2つは、ヒ素とネプツニウム水素化物を真空密封管内で約1週間加熱することによって最初に製造された。その後、NpAsは、ネプツニウム金属とヒ素を真空管内に閉じ込め、石英膜で分離し、ネプツニウムの融点639  ℃よりわずかに低い温度まで加熱することによっても製造された。この融点は、ヒ素の昇華点615  ℃よりわずかに高い。Np ₃ As _{4は、ヨウ素を}輸送剤として用いた同様の手順で製造された。NpAs _2の結晶は茶色がかった金色で、Np ₃ As ₄は黒色である。ネプツニウムアンチモン化合物Np Sbは、1971年に両元素を等量ずつ真空管に入れ、アンチモンの融点まで加熱し、さらに16日間1000℃まで加熱することによって製造されました。この手順では、別のアンチモン化合物Np ₃ Sb ₄ も微量生成されました。ネプツニウムビスマス化合物NpBiも報告されています。^{[ 135 ] [ 136 ] [ 138 ] [ 139 ] [ 140 ] [ 141 ]}

ネプツニウム炭化物Np C、 Np ₂ C ₃、および NpC ₂ (暫定) が報告されているが、先進的な原子炉燃料としてのアクチニド炭化物の重要性と有用性が高いにもかかわらず、詳細な特性評価は行われていない。 NpC は非化学量論的化合物であり、NpC _x (0.82 ≤ x ≤ 0.96) と表記する方が適切である。これは、ネプツニウム水素化物とグラファイトを1400 °C で反応させる か、構成元素をタングステン電極を使用して電気アーク炉で一緒に加熱することによって得られる。これは過剰な炭素と反応して純粋な Np ₂ C ₃を形成する。 NpC _{2は、NpO 2 を}グラファイトるつぼで 2660〜2800 °Cで加熱することによって形成される。 ^{[ 135 ] [ 136 ] [ 142 ] [ 143 ]} 

水素化物

ネプツニウムは、隣接するプルトニウムと同様に水素と反応し、水素化物NpH _{2+ x} (面心立方) および NpH ₃ (六方晶) を形成します。これらは対応するプルトニウム水素化物と同形ですが、PuH _{2+ x}とは異なり、NpH _{2+ x}の格子定数は水素含有量 ( x ) が増加するにつれて大きくなります。水素化物は、真空中で 300 °C で分解して自然発火性の微細なネプツニウム金属を生成するため、取り扱いには細心の注意が必要です。^{[ 144 ]} 

リン酸塩、硫酸塩、炭酸塩

化学的に安定なネプツニウムリン酸塩は、核廃棄物の固定化への応用可能性が研究されてきた。緑色の固体であるピロリン酸ネプツニウム（α-NpP ₂ O _{7 ）は、二酸化ネプツニウムと}リン酸ホウ素を1100  ℃で反応させることで生成されているが、リン酸ネプツニウム(IV)はこれまで見つかっていない。Mがアルカリ金属（Li、Na、K、Rb、またはCs ）である一連の化合物NpM ₂ (PO ₄ ) ₃はすべて知られている。いくつかの硫酸ネプツニウムは、水溶液と固体の両方で、またネプツニウムのさまざまな酸化状態（IVからVIまでが観察されている）で特性評価されている。さらに、炭酸ネプツニウムは、地層処分場や環境中で炭酸塩や重炭酸塩水溶液と接触して可溶性錯体を形成する可能性があるため、ネプツニウムの挙動をよりよく理解するために研究されてきた。 ^{[ 145 ] [ 146 ]}

ネプツニウムの希少性と放射能のため、ウランほど多くはないものの、いくつかの有機ネプツニウム化合物が知られており、化学的に特徴付けられています。最もよく知られている有機ネプツニウム化合物は、シクロペンタジエニル化合物とシクロオクタテトラエニル化合物およびそれらの誘導体です。^{[ 147 ]}三価のシクロペンタジエニル化合物Np(C5H5 ₎ 3_・THFは_、 1972年にNp(C5H5)3Clとナトリウムを反応させることで得られました_が、より単純なNp(C5H5 )_は得られませんでした。^[ ₁₄₇ ^]_{赤褐色の錯体である四}価のネプツニウムシクロペンタジエニル_は、1968年に塩化ネプツニウム(IV)とシクロペンタジエニドカリウムを反応させることで合成されました^{。[ 147 ]}

NpCl ₄ + 4  KC ₅ H ₅ → Np(C ₅ H ₅ ) ₄ + 4  KCl

ベンゼンとTHFに溶解し、 Pu (C5H5 ₎ 3_およびAm ( C5H5 ₎ 3_よりも酸素と水に対する感度が低い。^{[ 147 ]}_他のNp (IV)シクロペンタジエニル化合物は多くの配位子について知られており、一般式(C5H5)3NpLを持ち、L_{は配位子を}表す。^{[ 147 ]}ネプツノセン、Np( _C8H8 ) _2は、1970年に塩化ネプツニウム(IV)とK2(C8H8)を反応させることで合成された_。ウラノセンおよび_{プルトノセン}と同形_であり、化学_的に同一の挙動を示す。3つの化合物はすべて水や_希塩基に対して不感性であるが、空気に対しては敏感で、酸化物を形成するために急速に反応し、ベンゼンとトルエンにはわずかにしか溶解しない。^{[ 147 ]}他の既知のネプツニウムシクロオクタテトラエニル誘導体には、Np(RC ₈ H ₇ ) ₂ (R =エタノール、ブタノール) および KNp(C ₈ H ₈ )·2THF があり、これは対応するプルトニウム化合物と同形構造である。^{[ 147 ]}さらに、ネプツニウムヒドロカルビルが調製されており、ネプツニウムの溶媒和トリヨウ化物錯体は、多くの有機ネプツニウム化合物および無機ネプツニウム化合物の前駆体である。^{[ 147 ]}

ネプツニウムの配位化学には大きな関心が寄せられている。なぜなら、その5つの酸化状態はすべて独自の化学的挙動を示し、アクチニドの配位化学はアクチニド収縮（ランタニド収縮に類似した、アクチニド系列全体にわたるイオン半径の予想以上の減少）に大きく影響されるからである。^{[ 148 ]}

^237Npの重要な用途は、プルトニウム238の製造における前駆体としてであり、中性子照射によって^238Puが生成されます。238Puは、宇宙船や軍事用途の放射性同位体熱発生器のアルファ線放出体です。237Np^は中性子を捕獲して^238Npを生成し、半減期が2日強のベータ崩壊で^238Puになります。^{[ 150 ]}

${\displaystyle {\ce {^{237}_{93}Np + ^{1}_{0}n -> ^{238}_{93}Np ->[\beta^-][2.117 \ {\ce {d}}] ^{238}_{94}Pu}}}$

^238Puも使用済み核燃料中にかなりの量存在しますが、他のプルトニウム同位体から分離する必要があります。^{[ 151 ]}ネプツニウム237に電子ビームを照射して制動放射を発生させると、環境中のプルトニウム濃度を測定するためのトレーサーとして有用な、同位体プルトニウム236の非常に純粋なサンプルも生成されます。^{[ 151 ]}

ネプツニウムは核分裂性があり、理論的には高速中性子炉や核兵器の燃料として使用でき、臨界質量は約60キログラムである。^{[ 81 ]} 1992年、米国エネルギー省は、ネプツニウム237が「核爆発装置に使用できる」という声明を機密解除した。^{[ 152 ]}実際にネプツニウムを使用して兵器が製造されたことはないと考えられている。2009年現在、商用原子炉によるネプツニウム237の世界生産量は年間1000臨界質量を超えているが、照射済み燃料要素から同位体を抽出するには大規模な産業事業が必要となる。^{[ 153 ]}

2002年9月、ロスアラモス国立研究所の研究者らは、濃縮ウラン（ウラン235 ）の殻と組み合わせたネプツニウムを相当量使用して、既知の核臨界質量を初めて短時間生成し、ネプツニウム237の裸球の臨界質量が「50キログラム台後半から60キログラム台前半」であることを発見した^{[ 154 ]}。これは「ウラン235とほぼ同等の爆弾材料である」ことを示している^{[ 30 ]} 。米国連邦政府は2004年3月、分離ネプツニウムの米国備蓄をネバダ州の核廃棄物処分場に移送する計画を立てた^{[ 153 ]}。

^237Npは高エネルギー（MeV）中性子を検出する装置に使用されます。^{[ 155 ]}