Neptunio
El neptunio es un elemento químico de símbolo Np y número atómico 93. Es un metal actínido radiactivo, el primer elemento transuránico, y su isótopo más estable es el neptunio-237, un subproducto de los reactores nucleares y de la producción de plutonio.
Identidad
- Masa atómica
- [237] u
- Categoría
- Actínidos
- Grupo
- 3
- Periodo
- 7
- Bloque
- f
- Estado(s) de oxidación
- +3, +4, +5, +6, +7
- Fase (25 °C)
- Sólido
- Apariencia
- metálico plateado
Estructura electrónica
- Configuración
- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f4 6d1
- Configuración abreviada
- [Rn] 5f4 6d1 7s2
- Electrones por capa
- 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
- Electronegatividad (Pauling)
- 1.36
- Afinidad electrónica
- 45.9 kJ/mol
- 1.ª energía de ionización
- 605 kJ/mol
Propiedades físicas
- Punto de fusión
- 638.9 °C (912 K)
- Punto de ebullición
- 4173.9 °C (4447 K)
- Densidad
- 20.45 g/cm³
- Calor molar
- 29.5 J/(mol·K)
Comportamiento químico del neptunio
El neptunio tiene cinco electrones externos ([Rn] 5f⁴ 6d¹ 7s²) y es el actínido de estados más variados: +3, +4, +5, +6 y +7, con el +5 (ion neptunilo NpO₂⁺) como el más estable en disolución. Su electronegatividad es baja (1,36) y es denso, maleable y radiactivo. Se oxida en aire y es pirofórico en polvo fino; su química redox tiñe las disoluciones de verde a rosa.
Reactividad
4 Np + 3 O₂ → 2 Np₂O₃
En aire se cubre de óxidos oscuros; calentado, forma NpO₂, la forma estable que se vitrifica en residuos. El polvo fino puede arder espontáneamente.
Np + 4 HCl → NpCl₄ + 2 H₂
Se disuelve en ácidos dando sales verdes de neptunio(IV). Con oxidantes pasa a neptunilo(V), rosa-violáceo, la especie que se separa en PUREX.
NpO₂ + 4 HF → NpF₄ + 2 H₂O
El dióxido se convierte en tetrafluoruro, precursor del metal por reducción con calcio y de blancos para producir Pu-238.
2 NpF₆ → 2 NpF₄ + F₂
El hexafluoruro, volátil, se descompone con facilidad: a diferencia del UF₆, no sirve para enriquecer y complica su manipulación.
Compuestos destacados
| Compuesto | Fórmula | Uso o importancia |
|---|---|---|
| Dióxido de neptunio | NpO₂ | Vitrificación de residuos y blancos |
| Tetrafluoruro de neptunio | NpF₄ | Obtención del metal y Pu-238 |
| Nitrato de neptunilo | NpO₂NO₃ | Separación PUREX del combustible |
| Óxido mixto Np-U | Np-UO₂ | Estudios de combustibles avanzados |
| Detector de Np-237 | ²³⁷Np | Dosimetría de neutrones rápidos |
Representación de la distribución electrónica por niveles
Ver en el constructor de átomosIsótopos
Ningún isótopo del neptunio es estable. El neptunio-237 (²³⁷Np, 2,14 millones de años) domina el inventario de reactores y es precursor del Pu-238. El neptunio-239 (²³⁹Np, 2,36 días) es el puente entre U-239 y Pu-239 en cada reactor. El neptunio-238 (²³⁸Np, 2,1 días) decae a Pu-238 espacial.
Presencia y obtención
Apenas existe en la naturaleza: solo trazas por captura neutrónica cósmica en uranio. Todo el neptunio útil nace en reactores, cuando el U-238 captura neutrones y decae vía Np-239 a Pu-239. Se extrae del combustible gastado por reprocesamiento nuclear: cada tonelada contiene unos 500 g de Np-237.
Historia y origen del nombre
Edwin McMillan y Philip Abelson lo aislaron en 1940 bombardeando uranio con neutrones en Berkeley y lo llamaron neptunio, por Neptuno, tras Urano: el siguiente planeta y el siguiente elemento. Fue el primer elemento transuránico. Su hija, el Pu-238, llevaría calor a las Voyager.
Aplicaciones y relevancia del neptunio
Usos del elemento
Como Np-237 alimenta blancos que, irradiados, generan Pu-238 para RTG espaciales (Voyager, Perseverance). Como detector fisionable mide neutrones rápidos en reactores y armas.
Usos de sus compuestos
El dióxido se vitrifica con residuos de alta actividad; el nitrato se separa en PUREX. Sus disoluciones calibran espectroscopia de actínidos y estudios de migración en almacenes geológicos.
Salud, seguridad y medio ambiente
Papel biológico
No tiene función biológica y es muy radiotóxico: se fija en hueso e hígado con periodo biológico largo. La inhalación de partículas es la vía más peligrosa por sus alfas de larga vida.
Seguridad
Se manipula solo en instalaciones nucleares, en cajas de guantes con blindaje y monitores. El polvo metálico puede ser pirofórico. No existe en productos de consumo.
Medio ambiente
El Np-237, móvil y de vida larguísima, condiciona el diseño de almacenes geológicos a cientos de miles de años. Se investiga transmutarlo en isótopos cortos o inmovilizarlo en cerámicas.
Preguntas frecuentes sobre el Neptunio
¿Para qué se utiliza el neptunio-237?
El neptunio-237 se emplea principalmente en investigación nuclear y en detectores de neutrones de alta energía. También sirve como material de partida para producir plutonio-238, un isótopo utilizado en generadores termoeléctricos de radioisótopos para sondas espaciales y rovers. Su larga vida media y su capacidad de fisionarlo convierten en un material relevante para estudios de combustible nuclear y gestión de residuos radiactivos.
¿Es peligroso el neptunio?
Sí. El neptunio es radiactivo, tóxico y puede ser pirofórico en forma de metal finamente dividido. Su isótopo más estable, el neptunio-237, tiene una vida media de unos 2,14 millones de años y puede acumularse en huesos si entra en el organismo. Los riesgos principales son la inhalación o ingestión de partículas y la exposición prolongada. Por eso solo se manipula en instalaciones nucleares con protección radiológica estricta.
¿Cómo se usa el neptunio para producir plutonio-238?
El neptunio-237 puede capturar un neutrón y transformarse en neptunio-238, que se desintegra por emisión beta en plutonio-238. Este plutonio emite calor de forma estable durante décadas y se emplea en generadores termoeléctricos de radioisótopos para misiones espaciales. Así, el neptunio actúa como precursor estratégico de una fuente de energía utilizada en sondas y rovers que operan lejos del Sol.
¿Tiene el neptunio algún uso comercial habitual?
No. El neptunio apenas tiene aplicaciones comerciales y se emplea sobre todo en investigación, detectores de neutrones y producción de plutonio-238. Su radiotoxicidad, su larga vida media y la complejidad de su separación lo hacen poco práctico para usos industriales generales. La mayor parte del neptunio generado en reactores se considera residuo nuclear y debe gestionarse como material radiactivo de larga vida.
¿De dónde proviene el neptunio?
El neptunio se produce principalmente como subproducto en reactores nucleares, cuando el uranio del combustible absorbe neutrones y se transforma en nuevos elementos. También se encuentra en cantidades extremadamente pequeñas en minerales de uranio, formado por reacciones naturales con neutrones. Para obtenerlo en cantidades útiles, se extrae del combustible nuclear gastado mediante procesos de separación radioquímica.
¿Por qué el neptunio es un problema en los residuos nucleares?
El neptunio-237 tiene una vida media muy larga y cierta movilidad ambiental, por lo que puede permanecer radiotóxico durante cientos de miles de años. Esto complica el diseño de almacenes geológicos profundos para residuos de alta actividad. La investigación estudia formas de separarlo, inmovilizarlo o transmutarlo en isótopos de vida más corta. Su gestión es uno de los retos del ciclo del combustible nuclear.
¿Qué diferencia hay entre neptunio y uranio?
Ambos son actínidos radiactivos, pero el uranio existe de forma natural en cantidades significativas y es el combustible nuclear convencional, mientras que el neptunio se produce sobre todo artificialmente en reactores. El uranio-235 es fisible de forma natural; el neptunio-237 también puede fisionarse, pero su uso es mucho más limitado. Además, el neptunio es un producto de desintegración y de irradiación del uranio, con una gestión de residuos más compleja.
Principales fuentes consultadas: PubChem, Royal Society of Chemistry, NIST, IUPAC. Última revisión: noviembre de 2026.