Neptunium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

In der Natur kommt Neptunium nur in winzigen Spuren vor, in Uranerzen, wo Neutronen Urankerne treffen. Alle Isotope sind radioaktiv, das langlebigste ist Neptunium-237 mit einer Halbwertszeit von gut zwei Millionen Jahren. Das ist viel kürzer als das Alter der Erde, deshalb ist ursprüngliches Neptunium längst zerfallen.

In Kernreaktoren entsteht es als Nebenprodukt, wenn Urankerne Neutronen einfangen. Im abgebrannten Brennstoff gehört Neptunium-237 zu den langlebigen Stoffen, die den Abfall über sehr lange Zeit radioaktiv halten. Aus solchem Material trennt man es für die Forschung ab.

Schon 1934 glaubte Enrico Fermi, beim Beschuss von Uran mit Neutronen ein neues Element erzeugt zu haben. Später zeigte sich, dass es sich um Spaltprodukte handelte. McMillan und Abelson bestrahlten 1940 Uran mit Neutronen aus einem Teilchenbeschleuniger. Uran-238 nahm ein Neutron auf, und das entstandene Uran-239 wandelte sich durch Betazerfall in Neptunium-239 um, dessen Halbwertszeit knapp zweieinhalb Tage beträgt. Die beiden wiesen chemisch nach, dass die neue Strahlung von einem unbekannten Element stammt. Der Name Neptunium knüpft an das Uran an, denn Neptun folgt auf Uranus.

Eigenschaften und Reaktionen

Neptunium steht in Periode 7 und ist das fünfte Actinoid, in der Tabelle in der Actinoiden-Zeile zwischen Uran links und Plutonium rechts. Die Elektronenkonfiguration des Atoms lautet [Rn] 5f⁴ 6d¹ 7s². Die Elektronegativität liegt bei 1,36, der Atomradius bei 175 pm. Die Dichte liegt bei 20,25 g/cm³, der Schmelzpunkt bei 644 °C. Der Siedepunkt ist nur extrapoliert. Als Atommasse gilt 237 u, die Massenzahl des langlebigsten Isotops Neptunium-237.

Das Metall ist dicht und silbrig und läuft an der Luft an. In Verbindungen tritt es mit Oxidationszahlen von plus drei bis plus sieben auf. In wässriger Lösung ist plus fünf am beständigsten, als Neptunyl-Ion NpO₂⁺. Dieses Ion ist gut löslich und wandert leicht im Grundwasser, was bei der Suche nach sicheren Endlagern für radioaktiven Abfall eine Rolle spielt.

Neptunium-237 sendet Alphateilchen und schwache Gammastrahlung aus. Wegen der langen Halbwertszeit ist die Strahlung je Gramm gering, doch gelangt das Element in den Körper, lagert es sich in Knochen und Leber ab und bestrahlt das Gewebe über lange Zeit. Fachleute arbeiten deshalb in geschlossenen Handschuhkästen. Über die chemische Giftigkeit ist wenig bekannt.

Die natürlichen Zerfallsreihen von Thorium und Uran enden bei Blei. Die Neptunium-Reihe endet dagegen bei Wismut-209. Sie ist in der Natur nicht mehr zu finden, weil ihr langlebigstes Glied Neptunium-237 im Vergleich zum Erdalter zu kurzlebig ist.

Forschung und Herstellung

Im Alltag wird Neptunium nicht verwendet. Wichtig ist Neptunium als Ausgangsstoff für Plutonium-238. Dazu bestrahlt man Neptunium-237 in einem Forschungsreaktor mit Neutronen. Es entsteht Neptunium-238, das nach wenigen Tagen durch Betazerfall zu Plutonium-238 wird. Dieses Isotop liefert in Radionuklidbatterien Wärme und Strom für Raumsonden. So hilft Neptunium aus Reaktorabfall indirekt, Raumfahrtmissionen mit Energie zu versorgen.

Daneben ist Neptunium-237 ein Forschungsgegenstand. Chemiker untersuchen, wie es sich in Lösungen, Gesteinen und Böden verhält, um vorherzusagen, ob und wie schnell langlebige Abfälle aus einem Endlager wandern könnten.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Neptunium (Np)?

Häufige Fragen