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Óxido de neptunio (IV)

El óxido de neptunio (IV) , o dióxido de neptunio , es un sólido cristalino cúbico [6] de color verde oliva radiactivo con la fórmula NpO 2 . Emite partículas α y γ. [4]

Producción

Industrialmente, el dióxido de neptunio se forma por precipitación de oxalato de neptunio (IV), seguida de calcinación a dióxido de neptunio. [7]

La producción comienza con una solución de alimentación de ácido nítrico que contiene iones de neptunio en varios estados de oxidación. Primero, se agrega un inhibidor de hidracina para retardar la oxidación que pueda producirse al estar en el aire. Luego, el ácido ascórbico reduce la solución de alimentación a neptunio (IV) predominantemente:

2NP 5+ + C 6 H 8 O 6 → 2NP 4+ + C 6 H 6 O 6 + 2H +
nortep 6+ + C 6 H 8 O 6 → norte 4+ + C 6 H 6 O 6 + 2H +

La adición de ácido oxálico precipita oxalato de neptunio hidratado...

Np 4+ + 2H 2 C 2 O 4 + 6H 2 O → Np(C 2 O 4 ) 2 .6H 2 O (v) + 4H +

...que se piroliza al calentarse: [7]

Np ( C2O4 ) 2.6H2O​​​​Δ
→Np ( C2O4 ) 2​ Δ
→NpO2 + 2CO (g)

El dióxido de neptunio también puede formarse a partir de la precipitación de peróxido de neptunio (IV), pero el proceso es mucho más sensible. [7]

Purificación

Como subproducto de los reactores de fisión nuclear, el dióxido de neptunio se puede purificar mediante fluoración , seguida de una reducción con exceso de calcio en presencia de yodo. [4] Sin embargo, la síntesis antes mencionada produce un sólido bastante puro, con menos del 0,3 % de fracción de masa de impurezas. Por lo general, no es necesaria una purificación adicional. [7]

Otras propiedades

El dióxido de neptunio contribuye a la desintegración α del 241 Am, reduciendo su vida media habitual en una cantidad no comprobada pero apreciable. [8] El compuesto tiene una capacidad calorífica específica baja (900 K, en comparación con la capacidad calorífica específica del dióxido de uranio de 1400 K), una anomalía que se teoriza que se debe a su recuento de electrones de 5f. [9] Otro rasgo único del dióxido de neptunio es su "misteriosa fase ordenada a baja temperatura". Mencionada anteriormente, hace referencia a un nivel anormal de orden para un complejo de dióxido de actínido a baja temperatura. [10] Una discusión más profunda de estos temas podría indicar tendencias físicas útiles en los actinoides.

Usos

El complejo de dióxido de neptunio se utiliza como un medio para estabilizar y reducir la "carga ambiental a largo plazo" [11] del neptunio como subproducto de la fisión nuclear. El combustible nuclear gastado que contiene actinoides se tratará comúnmente de modo que se formen diversos complejos de AnO2 ( donde An = U, Np, Pu, Am, etc.). En el dióxido de neptunio, el neptunio tiene una radiotoxicidad reducida en comparación con el neptunio elemental y, por lo tanto, es más deseable para el almacenamiento y la eliminación.

El dióxido de neptunio también se utiliza experimentalmente para la investigación en química y física nuclear, y se especula que podría utilizarse para fabricar armas nucleares eficientes. En los reactores nucleares, el dióxido de neptunio también puede utilizarse como blanco para bombardeos de plutonio. [11]

Además, Shirakawa Toshihisa posee una patente para un cohete propulsado por dióxido de neptunio, [12] pero hay poca información disponible sobre la investigación y la producción asociadas con dicho producto.

Referencias

  1. ^ Böhler, R.; MJ Welland; F. De Bruycker; K. Boboridis; A. Janssen; R. Eloirdi; RJM Konings; D. Manara (2012). "Revisitando la temperatura de fusión de NpO2 y los desafíos asociados con las mediciones de compuestos actínidos de alta temperatura". Journal of Applied Physics . 111 (11). Instituto Americano de Física: 113501–113501–8. Código Bibliográfico :2012JAP...111k3501B. doi :10.1063/1.4721655.
  2. ^ Christine Guéneau; Alain Chartier; Paul Fossati; Laurent Van Brutzel; Philippe Martin (2020). "Propiedades termodinámicas y termofísicas de los óxidos de actínidos". Materiales nucleares completos 2.ª edición . 7 : 111–154. doi :10.1016/B978-0-12-803581-8.11786-2. ISBN 9780081028667. Número de identificación del sujeto  261051636.
  3. ^ Westrum, Jr., Edgar F.; JB Hatcher; Darrell W. Osborne (marzo de 1953). "La entropía y la capacidad calorífica a baja temperatura del dióxido de neptunio". Journal of Chemical Physics . 21 (3): 419. Bibcode :1953JChPh..21..419W. doi :10.1063/1.1698923.
  4. ^ abc Huber Jr, Elmer J.; Charles E. Holley Jr (octubre de 1968). "Entalpía de formación de dióxido de neptunio". Journal of Chemical & Engineering Data . 13 (4): 545–546. doi :10.1021/je60039a029.
  5. ^ Patnaik, Pradyot (2003). Manual de compuestos químicos inorgánicos . McGraw-Hill Professional. pág. 271. ISBN 0-07-049439-8.
  6. ^ Lide, DR (1998). Manual de química y física 87.ª edición . CRC Press. pág. 471. ISBN 0-8493-0594-2.
  7. ^ abcd Porter, JA (1964). "Producción de dióxido de neptunio". Diseño y desarrollo de procesos de química industrial e ingeniería . 4 (3): 289–292. doi :10.1021/i260012a001. Ecuaciones extrapoladas a partir de la descripción verbal.
  8. ^ Colle, J.-Y. (2011). "Estudios de equilibrio (sólido + gas) para dióxido de neptunio". Journal of Chemical Thermodynamics . 43 (3): 492–498. doi :10.1016/j.jct.2010.10.027.
  9. ^ Serizawa, H.; Arai, Y.; Nakajima, K. (2001). "La estimación de la capacidad calorífica de NpO 2 ". The Journal of Chemical Thermodynamics . 33 (6): 615–628. doi :10.1006/jcht.2000.0775.
  10. ^ Hotta, T. (2009). "Análisis microscópico de la susceptibilidad multipolar de los dióxidos de actínidos: un escenario de ordenamiento multipolar en AmO 2 ". Physical Review B . 80 (2): 024408–1–024408–7. arXiv : 0906.3607 . Bibcode :2009PhRvB..80b4408H. doi :10.1103/PhysRevB.80.024408. S2CID  119295656.
  11. ^ ab Colle, J.-Y. (2011). "Estudios de equilibrio (sólido + gas) para dióxido de neptunio". Journal of Chemical Thermodynamics . 43 (3): 492–498. doi :10.1016/j.jct.2010.10.027.
  12. ^ Toshihisa, Shirakawa. «Datos bibliográficos: JP2007040768 (A) - 2007-02-15». Espacenet, búsqueda de patentes . Consultado el 11 de abril de 2012 .