Neptunium(IV)-oxid

Kristallstruktur
_ Np4+ 0 _ O2−
Kristallsystem	kubisch
Raumgruppe	Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225
Gitterparameter	a = 543,4 pm[1]
Koordinationszahlen	Np[8], O[4]
Allgemeines
Name	Neptunium(IV)-oxid
Andere Namen	Neptuniumdioxid
Verhältnisformel	NpO2
Kurzbeschreibung	gelbgrüner bis bräunlicher kristalliner Feststoff[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 12035-79-9 EG-Nummer 234-830-1 ECHA-InfoCard 100.031.651 PubChem 44148103 Wikidata Q414832
Eigenschaften
Molare Masse	269 g·mol−1 (237Np)[2]
Aggregatzustand	fest
Dichte	11,1 g·cm−3[2]
Schmelzpunkt	2547 °C[2]
Gefahren- und Sicherheitshinweise
Radioaktiv
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar[3]
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−256,7 ± 0,6 kcal·mol−1[4]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Neptunium(IV)-oxid, oder auch Neptuniumdioxid, ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Neptunium und Sauerstoff. Es ist das chemisch stabilste Oxid des Neptuniums.

Eigenschaften

Neptunium(IV)-oxid ist ein gelbgrüner bis bräunlicher kristalliner Feststoff^[1] mit einem hohen Schmelzpunkt von 2547 °C^[2]. Es ist wenig reaktiv und wird von Wasser fast nicht angegriffen. Neptuniumdioxid weist ein kubisches Kristallsystem auf, hat die Raumgruppe Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225, die Elementarzellen haben als Gitterparameter a = 543,4 pm^[1], der Strukturtyp ist der CaF₂-Typ (Fluorit) und die Koordinationszahlen sind Np[8], O[4]. Die Standardentropie beträgt 19,19 ± 0,1 cal·mol⁻¹·K⁻¹.^[5]

Darstellung

Neptunium(IV)-oxid entsteht durch thermische Zersetzung von sauerstoffhaltigen Neptuniumverbindungen, z. B. des Nitrats, Oxalats, Hydroxids oder höherer Oxide.^[1][6]

${\displaystyle {\ce {Np(C2O4)2 . 6 H2O -> NpO2 + 4 CO + 4 CO2 + 6 H2O}}}$

Es wurde 1944 als erste Verbindung des damals neuen Elements hergestellt.^[7]

Verwendung

Bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstäben fällt Neptunium(IV)-oxid als Zwischenprodukt an. Als chemisch stabilste Form des Neptuniums findet es selbst wiederum Verwendung in Kernbrennstäben. Dazu wird es (vor allem das Isotop ²³⁷Np zusammen mit unwesentlichen Mengen anderer Neptuniumisotope) vom abgebrannten Reaktorbrennstoff abgetrennt und in Brennstäbe gefüllt, die nur Neptunium(IV)-oxid enthalten. Diese werden wieder in den Kernreaktor eingesetzt, wo sie erneut mit Neutronen bestrahlt werden; aus dem ²³⁷Np wird ²³⁸Pu erbrütet.

Durch Reaktion von Neptuniumdioxid mit Tetrachlormethan bei höheren Temperaturen gelingt die Darstellung von Neptunium(IV)-chlorid.^[8]

Sicherheitshinweise

Einstufungen nach der CLP-Verordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen und eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d e} Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Transurane, Teil C, S. 7–10.
2. ↑ ^{a b c d} David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-77.
3. ↑ Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung. In Bezug auf weitere Gefahren wurde dieser Stoff entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
4. ↑ Elmer J. Huber, Jr., Charles E. Holley, Jr.: Enthalpy of Formation of Neptunium Dioxide, in: Journal of Chemical Engineering Data, 1968, 13 (4), S. 545–546 (doi:10.1021/je60039a029).
5. ↑ Edgar F. Westrum, Jr., J. B. Hatcher, Darrell W. Osborne: The Entropy and Low Temperature Heat Capacity of Neptunium Dioxide, in: Journal of Chemical Physics, 1953, 21 (3), S. 419 (doi:10.1063/1.1698923).
6. ↑ J. A. Porter: Production of Neptunium Dioxide, in: Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development, 1964, 3 (4), S. 289–292 (doi:10.1021/i260012a001).
7. ↑ Robin Giroux: Neptunium, Chemical & Engineering News, 2003.
8. ↑ C. Keller: Die Chemie des Neptuniums, in: Fortschr. chem. Forsch., 1969/70, 13/1, S. 69.

Literatur

• A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1972.
• Zenko Yoshida, Stephen G. Johnson, Takaumi Kimura, John R. Krsul: Neptunium, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S. 699–812 (doi:10.1007/1-4020-3598-5_6).
• C. Keller: Die Chemie des Neptuniums, in: Fortschr. chem. Forsch., 1969/70, 13/1, S. 1–124 (doi:10.1007/BFb0051170).
• Toshiyuki Yamashita, Noriko Nitani, Toshihide Tsuji, Hironitsu Inagaki: Thermal expansions of NpO₂ and some other actinide dioxides, in: J. Nucl. Mat., 1997, 245 (1), S. 72–78 (doi:10.1016/S0022-3115(96)00750-7).