Neptunio

El neptunio es un metal radioactivo que pertenece a la serie de los actínidos, destacando por ser el primer elemento transuránico. Razón por la cual en la tabla periódica se encuentra entre el uranio y el plutonio. Su número atómico es el 93, su símbolo es Np y su masa atómica es 237.

Dada su inestabilidad nuclear, el neptunio prácticamente no existe de manera natural en el planeta, aunque se han encontrado trazas de este metal en minas de uranio. Actualmente, este metal se produce mayormente en los reactores nucleares; a partir del uranio.

El neptunio fue descubierto y sintetizado en 1940 por los físicos estadounidenses Edwin McMillan y Phillip Abelson en el Laboratorio de Radiación de Berkeley, bombardeando átomos de uranio con neutrones lentos producidos por ciclotrón.

Características y propiedades

El neptunio es un metal duro, plateado, dúctil y radioactivo.

Es un metal cancerígeno y pirofórico.

Se trata el metal actínido más denso y el quinto metal más denso en la naturaleza.

Es similar al uranio en lo que respecta a las interacciones químicas y a la manipulación física.

En estado puro es químicamente muy reactivo, capaz de combinarse con la mayoría de los elementos químicos.

En la tabla periódica no pertenece a ningún grupo, sino que se identifica por formar parte del bloque f, que constituye a la serie de los actínidos.

No existe en estado puro en la naturaleza y se obtiene únicamente por medios artificiales o sintéticos.

Se han producido 24 isótopos de neptunio. El neptunio-237 es el más estable con una vida media de 2,14 millones de años, seguido por el neptunio-236 con una vida media de  154 mil años y el neptunio-235 con una vida media de aproximadamente 396 días.

Existen diversas versiones cristalinas de este elemento.

Propiedades físicas

  • Su punto de fusión se sitúa a los 637 °C y su punto de ebullición a los 4000 °C.
  • En condiciones ambientales promedio se encuentra en estado sólido.
  • Organolépticamente, es un metal duro, de color plateado e inodoro.
  • Su densidad de 20250 kg/m3.
  • Es un metal paramagnético. No obstante, los compuestos de neptunio sorprendentemente exhiben superconductividad, pese a sus elevados magnetismos.

Propiedades químicas

  • Por su radioactividad, es un elemento letal para el organismo humano por ser causante de cáncer de huesos. El sistema que mayormente se ve afectado por su radiactividad es el tracto digestivo.
  • Alta reactividad, siendo capaz de formar compuestos con el hidrogeno, carbono, nitrógeno, fósforo, oxígeno, azufre y los halógenos.
  • Los estados de oxidación del neptunio son el +2, +3, +4, +5, +6 y +7.
  • Posee 3 variedades alotrópicas: el alfa-neptunio (ortorrómbico), dado a temperatura ambiente; el beta-neptunio (tetragonal), presente a una temperatura superior a los 280°C; y el gamma-neptunio (cúbico), dado a una temperatura superior a los 577 °C.
  • Su estructura atómica está conformada por 93 electrones, 144 neutrones y 93 protones.
  • Su nube electrónica oscila en 7 niveles energéticos.

Propiedades mecánicas

  • Es un metal que posee alta ductilidad.
  • Tiene una elevada resistencia, comparable a la del manganeso.

Usos

Actualmente, el neptunio es un metal de escasa aplicación. Aunque, el isótopo 237Np  es usado en el ámbito científico en dispositivos de detección de neutrones de alta energía; del orden de los MeV.

En el ámbito militar, el neptunio-237 también puede ser usado en dispositivos generadores de energía eléctrica en aeronaves y demás vehículos de combate-exploración.

Es más, el neptunio-237 fue ampliamente usado en la producción de plutonio-238. Esto se debe a que cuando el 237Np es bombardeado con neutrones produce 238Np, que por decaimiento beta se convierte en 238Pu, el cual es un emisor de partículas alfa de importancia militar.

Neptunio usado con fines bélicos
Neptunio usado con fines bélicos

Por otra parte, dado que el neptunio es un elemento fisionable, este puede ser utilizado, en teoría, como combustible en reactores nucleares de neutrones veloces o como arma nuclear.

Dónde se encuentra

La presencia natural del neptunio en el planeta es ínfimamente mínima debido a que todos sus isótopos tienen una vida media menor a la edad de la Tierra (aproximadamente 4,5 mil millones de años); cualquier átomo de neptunio que haya existido se ha convertido en otro elemento.

Las trazas de neptunio hallados en minas de uranio consisten en porciones de 237Np y 239Np, los cuales son productos del decaimiento de los átomos de uranio en los minerales. Esto se debe a la captura de neutrones por parte del uranio-238.

También se ha hallado neptunio en el ambiente natural debido a las reacciones atmosféricas que produjeron las explosiones nucleares que tuvieron entre 1945 y 1963.

Obtención

Casi toda la cantidad de neptunio presente en el planeta se produce por medio de procesos de síntesis. El procedimiento más empleado para producir neptunio-237 es la transmutación por la captura de neutrones del uranio-235 en reactores nucleares.

Neptunio sintético
El neptunio se obtiene sintéticamente

Cuando el uranio-235 captura un neutrón se convierte en uranio-236 excitado. Alrededor del 81% de los uranio-236 producidos se fisionan, mientras que los restantes alcanzar el estado de mínima energía emitiendo rayos gamma.

Posteriormente, los uranio-236 en estado de mínima energía capturan neutrones para producir uranio-237, el cual se convierte en neptunio-237 a través del decaimiento beta (emisión de electrones; un neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico).

Alternativamente, se puede obtener neptunio puro del trifluoruro de neptunio por reducción con bario o litio líquido a alrededor de 1200 °C.

Quién lo descubrió

El descubrimiento del neptunio se debe enteramente al físico Edwin McMillan y a su colega Phillip Abelson, quienes en 1940 lograron sintetizar por medio del bombardeo de neutrones moderados producidos por ciclotrón a objetivos de uranio-238.

Edwin McMillan
Edwin McMillan

Al provocar la captura de neutrones por parte de átomos de uranio-238, estos físicos lograron producir uranio-239, el cual por decaimiento beta se transmutó en neptunio-239. Este isótopo por decaimiento beta se convierte en plutonio-239 en alrededor de 2,3 días.

A pesar del logro notable de estos físicos, durante las primeras décadas del siglo XX cientos de científicos estuvieron concentrados en la búsqueda de los así llamados elementos transuránicos, de forma tal que muchos cometieron falsas alegaciones.

La más notable de todas es la que realizó el físico italiano Enrico Fermi, que equívocamente afirmó haber descubierto el elemento 93 y 94 de la tabla periódica, cuando un análisis profundo de su investigación demostró que había fisionado átomos de uranio bombardeándolos con neutrones.

Sin embargo, estas falsedades se debían principalmente al desconocimiento que existía en torno a los procesos nucleares de fisión y de fusión.

El nombre del primer elemento transuránico se deriva del planeta Neptuno, por ser el planeta después de Urano a medida que nos alejamos del Sol; cuyo nombre a su vez proviene del dios romano Neptuno.