النبتونيوم

النبتونيوم معدن صلب فضي اللون، قابل للطرق، مشع ، ينتمي إلى مجموعة الأكتينيدات (جميع الأكتينيدات معادن). في الجدول الدوري، يقع النبتونيوم على يمين اليورانيوم، وعلى يسار البلوتونيوم، وأسفل البروميثيوم . [ 8 ] يتميز النبتونيوم بصلابته ، حيث يبلغ ^{معامل مرونته الحجمية} 118 جيجا باسكال ، وهو ما يُقارب معامل مرونة المنغنيز . ^{[ 9 ]} يُشبه النبتونيوم اليورانيوم في قابليته للتشكيل. فعند تعرضه للهواء في درجات الحرارة العادية، يُكوّن طبقة رقيقة من الأكسيد، ويتسارع هذا التفاعل مع ارتفاع درجة الحرارة. ^{[ ٨ ]} ينصهر النبتونيوم عند درجة حرارة ٦٣٩ ± ٣ درجة مئوية : تُعزى درجة الانصهار المنخفضة هذه ، وهي خاصية يشترك فيها المعدن مع عنصر البلوتونيوم المجاور (الذي تبلغ درجة انصهاره ٦٣٩.٤ درجة مئوية)، إلى تهجين المدارات ٥f و٦d وتكوين روابط اتجاهية في المعدن. ^{[ ١٠ ]} درجة غليان النبتونيوم غير معروفة تجريبيًا، والقيمة المُعطاة عادةً وهي ٤١٧٤ درجة مئوية مُستنبطة من ضغط بخار العنصر. إذا كانت هذه القيمة دقيقة، فإن النبتونيوم يمتلك أكبر نطاق سائل بين جميع العناصر ( يبلغ الفرق بين درجة انصهاره وغليانه ٣٥٣٥ كلفن ). ^{[ ٨ ] [ ١١ ]}    

يوجد النبتونيوم في ثلاثة أشكال تآصلية على الأقل . ^{[ 7 ]} وقد طُرحت بعض الادعاءات بوجود شكل تآصلي رابع، لكنها لم تُثبت حتى الآن. ^{[ 8 ]} هذا التعدد في الأشكال التآصلية شائع بين الأكتينيدات . لا توجد نظائر واضحة للبنية البلورية للنبتونيوم والبروتاكتينيوم واليورانيوم والبلوتونيوم بين اللانثانيدات، وهي أقرب إلى تلك الخاصة بالفلزات الانتقالية ثلاثية الأبعاد . ^{[ 10 ]} 

يتخذ النبتونيوم ألفا بنية معينية قائمة، تشبه بنية مكعبة مركزية الجسم مشوهة للغاية. ^{[ 13 ] [ 14 ]} ترتبط كل ذرة نبتونيوم بأربع ذرات أخرى، ويبلغ طول الرابطة بين ذرات النبتونيوم 260  بيكومتر. ^{[ 15 ]} وهو أكثر عناصر الأكتينيدات كثافة ، وخامس أكثر العناصر كثافة في الطبيعة، بعد الرينيوم والبلاتين والإيريديوم والأوزميوم فقط . ^{[ 11 ]} يتمتع النبتونيوم ألفا بخصائص شبه فلزية ، مثل الروابط التساهمية القوية والمقاومة الكهربائية العالية ، وخصائصه الفيزيائية الفلزية أقرب إلى خصائص أشباه الفلزات منها إلى خصائص الفلزات الحقيقية. كما تُظهر بعض متآصلات الأكتينيدات الأخرى سلوكًا مشابهًا، وإن كان بدرجة أقل. ^{[ 16 ] [ 17 ]} من المتوقع أن تكون كثافة نظائر النبتونيوم المختلفة في الطور ألفا مختلفة بشكل ملحوظ: يجب أن تكون كثافة α- ²³⁵ Np 20.303 جم/سم³ ^؛ وكثافة α- ²³⁶ Np 20.389 جم/سم³ ^؛ وكثافة α- ²³⁷ Np 20.476 جم/ ^سم³ . ^{[ 18 ]}   

يتخذ β-نبتونيوم بنية رباعية مشوهة ذات تعبئة متراصة. تتكون الخلية الأولية من أربع ذرات نبتونيوم، ويبلغ طول الرابطة Np–Np فيها 276  بيكومتر. ^{[ 15 ]} أما γ-نبتونيوم فيمتلك بنية مكعبة مركزية الجسم ، ويبلغ طول الرابطة Np–Np فيه 297  بيكومتر. يصبح شكل γ أقل استقرارًا مع ازدياد الضغط، على الرغم من أن درجة انصهار النبتونيوم ترتفع أيضًا مع الضغط. ^{[ 15 ]} تحدث النقطة الثلاثية β-نبتونيوم/γ-نبتونيوم/سائل عند 725  درجة مئوية و3200 ميجا باسكال . ^{[ 15 ] [ 19 ]} 

يمتلك النبتونيوم خمس حالات أكسدة أيونية تتراوح من +3 إلى +7 عند تكوين المركبات الكيميائية، ويمكن ملاحظة هذه الحالات مجتمعةً في المحاليل. وهو أثقل الأكتينيدات القادرة على فقدان جميع إلكترونات التكافؤ في مركب مستقر. الحالة الأكثر استقرارًا في المحلول هي +5، ولكن حالة التكافؤ +4 هي الأكثر تفضيلًا في مركبات النبتونيوم الصلبة. يتميز فلز النبتونيوم بنشاطه الكيميائي العالي، وتميل أيوناته إلى التحلل المائي وتكوين مركبات تناسقية . ^{[ 23 ]}

تحتوي ذرة النبتونيوم على 93 إلكترونًا، موزعة على التوزيع الإلكتروني [Rn] 5f⁴ 6d¹ 7s² . يختلف هذا التوزيع  عن التوزيع ^{المتوقع وفقًا} لمبدأ أوفباو، ^حيث يوجد إلكترون واحد في الغلاف الفرعي 6d بدلًا من وجوده في الغلاف الفرعي 5f كما هو متوقع. ويعود ذلك إلى تشابه طاقات الإلكترونات في الأغلفة الفرعية 5f و6d و7s. عند تكوين المركبات والأيونات، قد تُفقد جميع إلكترونات التكافؤ، تاركةً وراءها نواة خاملة من الإلكترونات الداخلية ذات التوزيع الإلكتروني لغاز الرادون النبيل ؛ ^{[ 24 ]} ولكن في أغلب الأحيان، يُفقد جزء فقط من إلكترونات التكافؤ. التوزيع الإلكتروني لأيون النبتونيوم ثلاثي الشحنة الموجبة Np³⁺ ^هو [Rn] 5f⁴ ^، حيث تُفقد إلكترونات المدارين الخارجيين 7s و6d أولًا: وهذا يُشابه تمامًا نظيره من اللانثانيدات، البروميثيوم، ويتوافق مع النمط الذي تتبعه الأكتينيدات الأخرى بتوزيعها الإلكتروني [Rn] 5fⁿ في الحالة ^ثلاثية الشحنة الموجبة. وقد قُيس جهد التأين الأول للنبتونيوم ليكون على الأكثر    6.19 ± 0.12 إلكترون فولت  في عام 1974، بناءً على افتراض أن إلكترونات 7s ستتأين قبل 5f و 6d؛ ^{[ 25 ]} وقد حسّنت القياسات الأحدث هذه القيمة إلى 6.2657  إلكترون فولت. ^{[ 26 ]}

جميع البيانات النووية التي لم يُذكر خلاف ذلك مأخوذة من المصدر القياسي: ^{[ 27 ]}

تم تحديد خصائص أربعة وعشرين نظيراً مشعاً من النبتونيوم ، وأكثرها استقراراً هو ^237Np بنصف عمر يبلغ 2.144 مليون سنة، و ²³⁶ Np بنصف عمر يبلغ 153,000 سنة، و ²³⁵ Np بنصف عمر يبلغ 396.1 يوماً. أما باقي النظائر المشعة ، فنصف عمرها أقل من 5 أيام.

تتحلل النظائر الأخف من النظير الأكثر استقرارًا، وهو النبتونيوم ^-237 ، بشكل أساسي عن طريق التقاط الإلكترون ، على الرغم من أن بعضها يتحلل أيضًا عن طريق انبعاث جسيمات ألفا ليصبح بروتاكتينيوم . أما النبتونيوم ^-237 نفسه، كونه النظير المستقر بيتا ذو العدد الكتلي 237، فيتحلل عن طريق جسيمات ألفا إلى بروتاكتينيوم ^{-233 ، مع} حدوث انشطار تلقائي نادر جدًا . وتتحلل النظائر الأثقل عمومًا عن طريق انبعاث جسيمات بيتا .

يؤدي تحلل النبتونيوم ^-237 في النهاية إلى إنتاج البزموت -209 والثاليوم -205، على عكس معظم النوى الثقيلة الشائعة الأخرى التي تتحلل إلى نظائر الرصاص . تُعرف سلسلة التحلل هذه بسلسلة النبتونيوم . ^{[ 21 ] [ 28 ]} كانت هذه السلسلة شبه غائبة على الأرض بسبب قصر أعمار النصف لجميع نظائرها التي تزيد عن البزموت-209، ولكنها تُعاد إحياؤها الآن بفضل الإنتاج الاصطناعي للنبتونيوم (واليورانيوم -233 ) بكميات هائلة. ^{[ 29 ]}

من المتوقع أن تكون نظائر النبتونيوم-235، و-236، و-237 قابلة للانشطار ؛ ^{[ 18 ]} على الرغم من أن قابلية انشطار النبتونيوم-237 فقط هي التي ثبتت تجريبياً. تبلغ كتلته الحرجة حوالي 60  كجم، أي  ما يزيد قليلاً عن كتلة اليورانيوم-235 الشائع الاستخدام بحوالي 10 كجم فقط . ^{[ 30 ]} القيم المحسوبة للكتل الحرجة للنبتونيوم-235، و-236، و-237 هي 66.2  كجم، و6.79  كجم، و63.6  كجم على التوالي: قيمة النبتونيوم-236 أقل حتى من قيمة البلوتونيوم-239، كما أن للنبتونيوم ^-236 مقطعًا عرضيًا منخفضًا للنيوترونات . ^{[ 18 ]} ومع ذلك، لم يتم بناء قنبلة ذرية من النبتونيوم قط ^{[ 30 ]} لأن اليورانيوم والبلوتونيوم لهما كتل حرجة أقل من ²³⁵ Np و ²³⁷ Np، ومن الصعب تنقية ^{236 Np لأنه لا يوجد بكميات كبيرة في} الوقود النووي المستهلك ^{[ 31 ]} ويكاد يكون من المستحيل فصله بكميات كبيرة عن ²³⁷ Np. ^{[ 32 ]}

يبلغ عمر النصف لأطول نظائر النبتونيوم عمرًا، وهو ^237Np ، 2.14 مليون سنة، أي أقل من عمر الأرض بأكثر من 2000 مرة . لذا، فإن أي نبتونيوم بدائي كان سيتحلل في الماضي البعيد. فبعد حوالي 80 مليون سنة فقط، سينخفض ​​تركيز حتى أطول نظائر النبتونيوم عمرًا، ^{237Np ، إلى أقل من جزء من تريليون ( 10⁻¹²} ) من كميته الأصلية. ^{[ 33 ]} وبالتالي، لا يوجد النبتونيوم في الطبيعة إلا بكميات ضئيلة جدًا، ناتجة عن تحلل نظائر أخرى. ^{[ 23 ]}

توجد كميات ضئيلة من نظائر النبتونيوم، النبتونيوم-237 والنبتونيوم-239، بشكل طبيعي كنواتج تحلل ناتجة عن تفاعلات التحول في خامات اليورانيوم . ^{[ 7 ] [ 34 ] يُعدّ النبتونيوم -239} والنبتونيوم ^-237 أكثر هذه النظائر شيوعًا؛ إذ يتكوّنان مباشرةً من امتصاص النيوترونات بواسطة ذرات اليورانيوم-238. وتأتي هذه النيوترونات من الانشطار التلقائي لليورانيوم-238، والانشطار الطبيعي لليورانيوم-235 بفعل النيوترونات، وتفتت النوى بفعل الأشعة الكونية ، وامتصاص العناصر الخفيفة لجسيمات ألفا وانبعاثها للنيوترونات. ^{[ 33 ]} عمر النصف للنبتونيوم ^-239 قصير جدًا، على الرغم من أن اكتشاف نظيرته المشتقة منه، البلوتونيوم ^-239 ، في الطبيعة عام 1951، أثبت وجوده الطبيعي بشكل قاطع. ^{[ 33 ]} في عام 1952، تم تحديد وعزل النبتونيوم ^{-237 من مركزات خام اليورانيوم من} الكونغو البلجيكية : في هذه المعادن، تكون نسبة النبتونيوم-237 إلى اليورانيوم أقل من أو تساوي حوالي 10⁻¹² ^إلى 1. ^{[ 33 ] [ 35 ] [ 36 ]} بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يوجد النبتونيوم ^-240 أيضًا كناتج تحلل وسيط للبلوتونيوم ^-244 ، والذي تم اكتشافه في غبار النيازك في الرواسب البحرية على الأرض. ^{[ 37 ]}

يعود معظم النبتونيوم (والبلوتونيوم) الموجود حاليًا في البيئة إلى الانفجارات النووية الجوية التي وقعت بين تفجير أول قنبلة ذرية عام 1945 والتصديق على معاهدة الحظر الجزئي للتجارب النووية عام 1963. ويُقدّر إجمالي كمية النبتونيوم المنبعثة من هذه الانفجارات والتجارب الجوية القليلة التي أُجريت منذ عام 1963 بنحو 2500  كيلوغرام. وتتكون الغالبية العظمى من هذه الكمية من النظائر طويلة العمر ^236Np و ²³⁷ Np، إذ أن حتى النظير ^235Np متوسط ​​العمر (نصف عمره 396  يومًا) قد تحلل إلى أقل من جزء من مليار (10⁻⁹ ⁾ من تركيزه الأصلي خلال العقود الفاصلة. تُطلق كمية إضافية ضئيلة جدًا من النبتونيوم، الناتج عن تشعيع اليورانيوم الطبيعي بالنيوترونات في مياه تبريد المفاعلات النووية، عند تصريف هذه المياه في الأنهار أو البحيرات. ^{[ 33 ] [ 35 ] [ 38 ]} يبلغ تركيز النبتونيوم ^-237 في مياه البحر حوالي 6.5  ×  10⁻⁵ ملي بيكريل ^لكل لتر ، ويتراوح هذا التركيز بين 0.1% و1% من تركيز البلوتونيوم. ^{[ 33 ]} 

بمجرد إطلاقه في البيئة السطحية، وعند ملامسته للأكسجين الجوي، يتأكسد النبتونيوم عادةً بسرعة نسبية، ليصل في الغالب إلى الحالة +4 أو +5. وبغض النظر عن حالة أكسدته ، يتميز هذا العنصر بحركية أكبر بكثير من الأكتينيدات الأخرى، ويعود ذلك بشكل أساسي إلى قدرته على تكوين محاليل مائية بسهولة مع عناصر أخرى متنوعة. في إحدى الدراسات التي قارنت معدلات انتشار النبتونيوم (V) والبلوتونيوم (IV) والأمريكيوم (III) في الحجر الرملي والحجر الجيري، تبين أن النبتونيوم يخترق أكثر من عشرة أضعاف العناصر الأخرى. كما يتفاعل النبتونيوم (V) بكفاءة عالية في مستويات حموضة أعلى من 5.5 في حال عدم وجود كربونات ، وفي هذه الظروف لوحظ أيضًا ارتباطه بسهولة بالكوارتز . كما لوحظ أيضًا ارتباطه الجيد بالجيوثايت ، وغرويات أكسيد الحديديك ، والعديد من أنواع الطين بما في ذلك الكاولينيت والسميكتايت . لا يرتبط النبتونيوم (V) بجزيئات التربة بسهولة في الظروف الحمضية المعتدلة مقارنةً بنظيريه من الأكتينيدات، الأمريسيوم والكوريوم، بمقدار يقارب عشرة أضعاف. يُمكّنه هذا السلوك من الهجرة بسرعة عبر التربة وهو في المحلول دون أن يثبت في مكانه، مما يُسهم في زيادة حركته. ^{[ 35 ] [ 39 ]} كما يمتص الخرسانة النبتونيوم (V) بسهولة، وهو أمرٌ يجب مراعاته عند بناء مرافق تخزين النفايات النووية نظرًا لنشاطه الإشعاعي . عند امتصاصه في الخرسانة، يُختزل إلى النبتونيوم (IV) في فترة زمنية قصيرة نسبيًا. يُختزل النبتونيوم (V) أيضًا بواسطة أحماض الهيوميك إذا كانت موجودة على سطح الجيوثايت والهيماتيت والماغنيتيت . أما النبتونيوم (IV) فهو أقل حركةً ويُمتص بكفاءة بواسطة التوف والجرانوديوريت والبنتونيت ؛ مع أن امتصاصه بواسطة البنتونيت يكون أكثر وضوحًا في الظروف الحمضية المعتدلة. كما يُظهر ميلاً قوياً للارتباط بالجسيمات الغروية ، وهو تأثير يزداد في التربة السطحية ذات المحتوى العالي من الطين . ويُسهم هذا السلوك في زيادة حركة العنصر الملحوظة. ^{[ 35 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

عندما نشر ديمتري مندليف أول جدول دوري للعناصر في أوائل سبعينيات القرن التاسع عشر، أظهر فراغًا بعد اليورانيوم، على غرار العديد من المواضع الأخرى لعناصر لم تكن مكتشفة آنذاك. كما أظهرت جداول لاحقة أخرى للعناصر المعروفة، بما في ذلك منشور عام 1913 للنظائر المشعة المعروفة لكازيمير فايانز ، موضعًا فارغًا بعد اليورانيوم، العنصر رقم 92. ^{[ 42 ]}  

قبل وبعد اكتشاف المكون الأخير لنواة الذرة، وهو النيوترون ، عام 1932، لم يُعر معظم العلماء اهتمامًا جديًا لإمكانية وجود عناصر أثقل من اليورانيوم. ورغم أن النظرية النووية آنذاك لم تستبعد وجودها صراحةً، إلا أن الأدلة التي تُشير إلى ذلك كانت شحيحة. مع ذلك، فتح اكتشاف النشاط الإشعاعي المُستحث على يد إيرين وفريدريك جوليو-كوري في أواخر عام 1933 آفاقًا جديدة تمامًا لدراسة العناصر، وألهم مجموعة صغيرة من العلماء الإيطاليين بقيادة إنريكو فيرمي لبدء سلسلة من التجارب التي تتضمن قصفًا نيوترونيًا. ورغم أن تجربة جوليو-كوري تضمنت قصف عينة من الألومنيوم ^-27 بجسيمات ألفا لإنتاج الفوسفور -30 ^المشع ، أدرك فيرمي أن استخدام النيوترونات، عديمة الشحنة الكهربائية، سيُحقق على الأرجح نتائج أفضل من جسيمات ألفا الموجبة الشحنة. وبناءً على ذلك، بدأ في مارس 1934 بإخضاع جميع العناصر المعروفة آنذاك بشكل منهجي للقصف النيوتروني لتحديد ما إذا كان من الممكن تحفيز عناصر أخرى على النشاط الإشعاعي. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

بعد عدة أشهر من العمل، توصل فريق فيرمي مبدئيًا إلى أن العناصر الأخف وزنًا تُبدد طاقة النيوترون الملتقط عن طريق إطلاق بروتون أو جسيم ألفا ، بينما تُحقق العناصر الأثقل عمومًا نفس النتيجة عن طريق إطلاق أشعة غاما . ويؤدي هذا السلوك الأخير لاحقًا إلى تحلل النيوترون إلى بروتون عبر تحلل بيتا ، مما يُؤدي إلى انتقال النظير الناتج إلى مرتبة أعلى في الجدول الدوري. عندما قصف فريق فيرمي اليورانيوم، لاحظوا هذا السلوك أيضًا، مما يشير بقوة إلى أن النظير الناتج له عدد ذري ​​93. في البداية، كان فيرمي مترددًا في نشر هذا الادعاء، ولكن بعد أن لاحظ فريقه عدة فترات نصف عمر غير معروفة في نواتج قصف اليورانيوم، والتي لم تتطابق مع أي نظير معروف، نشر ورقة بحثية بعنوان " إمكانية إنتاج عناصر ذات عدد ذري ​​أعلى من 92" في يونيو 1934. بالنسبة للعنصر 93، اقترح اسم "أوزينيوم " (رمزه الذري Ao) نسبةً إلى الاسم اليوناني "أوسونيا" لإيطاليا. ^{[ 45 ] [ 46 ]}

سرعان ما أُثيرت عدة اعتراضات نظرية على مزاعم ورقة فيرمي البحثية؛ وعلى وجه الخصوص، لم تكن العملية الدقيقة التي تحدث عندما تلتقط الذرة نيوترونًا مفهومة جيدًا في ذلك الوقت. هذا، بالإضافة إلى اكتشاف فيرمي العرضي بعد ثلاثة أشهر أن التفاعلات النووية يمكن تحفيزها بواسطة النيوترونات البطيئة، زاد من الشكوك لدى العديد من العلماء، ولا سيما أريستيد فون غروس وإيدا نوداك ، حول ما إذا كانت التجربة تُنتج العنصر 93. وبينما تم اختبار ادعاء فون غروس بأن فيرمي كان يُنتج في الواقع البروتاكتينيوم (العنصر 91) ودحضه سريعًا، تم تجاهل اقتراح نوداك بأن اليورانيوم قد تحطم إلى شظيتين أو أكثر أصغر بكثير من قِبل معظم العلماء، لأن النظرية النووية السائدة آنذاك لم تتضمن طريقةً لحدوث ذلك. أصرّ فيرمي وفريقه على أنهم كانوا في الواقع يُركّبون عنصرًا جديدًا، لكن المسألة ظلت دون حل لعدة سنوات. ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}

على الرغم من أن تعدد فترات نصف العمر الإشعاعية غير المعروفة في نتائج التجربة أشارت إلى حدوث تفاعلات نووية متعددة، إلا أن فريق فيرمي لم يتمكن من إثبات إنتاج العنصر 93 إلا بعزله كيميائيًا. وقد حاولوا، إلى جانب العديد من العلماء الآخرين، تحقيق ذلك، بمن فيهم أوتو هان وليز مايتنر، اللذان كانا من أبرز علماء الكيمياء الإشعاعية في العالم آنذاك ومؤيدين لنظرية فيرمي، لكنهم جميعًا فشلوا. وفي وقت لاحق، تبين أن السبب الرئيسي لهذا الفشل هو أن التنبؤات بالخواص الكيميائية للعنصر 93 استندت إلى جدول دوري يفتقر إلى سلسلة الأكتينيدات . وقد وضع هذا الترتيب البروتاكتينيوم أسفل التنتالوم، واليورانيوم أسفل التنجستن، مما أوحى بأن العنصر 93، الذي كان يُشار إليه آنذاك باسم إيكا-رينيوم، يجب أن يكون مشابهًا لعناصر المجموعة 7 ، بما في ذلك المنغنيز والرينيوم. أدى وجود الثوريوم والبروتاكتينيوم واليورانيوم، بحالات أكسدتها السائدة +4 و+5 و+6 على التوالي، إلى تضليل العلماء وجعلهم يعتقدون أنها تقع أسفل الهافنيوم والتنتالوم والتنغستن، بدلاً من كونها تقع أسفل سلسلة اللانثانيدات، التي كانت تُعتبر آنذاك حالة شاذة، والتي تتميز جميع عناصرها بحالة أكسدة سائدة +3. أما النبتونيوم، فله حالة أكسدة +7 نادرة وغير مستقرة، بينما تُعدّ حالتا +4 و+5 الأكثر استقرارًا. وبعد اكتشاف أن البلوتونيوم والعناصر الأخرى العابرة لليورانيوم لها أيضًا حالتا أكسدة سائدتان +3 و+4، بالإضافة إلى اكتشاف عناصر الفئة f ، ترسّخت سلسلة الأكتينيدات بشكل قاطع. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

بينما ظلّ الجدل قائمًا حول ما إذا كانت تجربة فيرمي قد أنتجت العنصر 93، ظهرت ادعاءات أخرى باكتشاف هذا العنصر، وإن كانا، على عكس فيرمي، قد ادّعا رصده في الطبيعة. كان أول هذه الادعاءات من المهندس التشيكي أودولين كوبليتش عام 1934، عندما استخلص كمية صغيرة من مادة من ماء غسل خام اليورانيوم المسخّن . اقترح كوبليتش اسم "بوهيميوم" للعنصر ، ولكن بعد تحليل العينة، تبيّن أنها خليط من التنجستن والفاناديوم . ^{[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]} أما الادعاء الآخر، فكان عام 1938 من الفيزيائي الروماني هوريا هولوبي والكيميائية الفرنسية إيفيت كوشوا ، اللذين ادّعا اكتشاف العنصر الجديد عبر التحليل الطيفي للمعادن. أطلقوا على عنصرهم اسم "سيكوانيوم" ، ولكن تمّ رفض هذا الادعاء لأنّ النظرية السائدة آنذاك كانت تقول إنّ العنصر 93، إن وُجد أصلًا، لا يمكن أن يوجد في الطبيعة. مع ذلك، وبما أن النبتونيوم موجود بالفعل في الطبيعة بكميات ضئيلة، كما ثبت عند اكتشافه في خام اليورانيوم عام 1952، فمن المحتمل أن يكون هولوبي وكوشوا قد لاحظا وجود النبتونيوم بالفعل. ^{[ 34 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]}

على الرغم من أن بعض العلماء، بمن فيهم نيلز بور ، كانوا لا يزالون مترددين في قبول فكرة أن فيرمي قد أنتج عنصرًا جديدًا بحلول عام 1938، إلا أنه مُنح جائزة نوبل في الفيزياء في نوفمبر من العام نفسه "لإسهاماته في إثبات وجود عناصر مشعة جديدة ناتجة عن التشعيع النيوتروني، واكتشافه للتفاعلات النووية التي تُحدثها النيوترونات البطيئة". بعد شهر، قضى الاكتشاف غير المتوقع تقريبًا للانشطار النووي على يد هان، وميتنر، وأوتو فريش على احتمالية اكتشاف فيرمي للعنصر 93، إذ سُرعان ما تم تحديد معظم فترات نصف العمر غير المعروفة التي رصدها فريق فيرمي على أنها ناتجة عن الانشطار . ^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}

لعلّ أقرب المحاولات لإنتاج العنصر المفقود 93 كانت تلك التي أجراها الفيزيائي الياباني يوشيو نيشينا بالتعاون مع الكيميائي كينجيرو كيمورا عام 1940، قبيل اندلاع حرب المحيط الهادئ عام 1941: حيث قصفوا اليورانيوم ^-238 بالنيوترونات السريعة. مع ذلك، فبينما تميل النيوترونات البطيئة إلى إحداث عملية التقاط نيوترونية من خلال تفاعل (ن، غاما)، تميل النيوترونات السريعة إلى إحداث تفاعل "إقصاء" (ن، 2ن)، حيث يُضاف نيوترون واحد ويُزال نيوترونان آخران، ما ينتج عنه فقدان صافٍ لنيوترون واحد. بعد أن اختبر نيشينا وكيمورا هذه التقنية على الثوريوم ^-232، ونجحا في إنتاج الثوريوم ^-231 المعروف ، ونواتج تحلله بيتا طويل العمر، البورتو ^-231 (وكلاهما يظهر في سلسلة التحلل الطبيعي لليورانيوم ^-235 )، نسبا النشاط الإشعاعي الجديد الذي رصداه، والذي يبلغ نصف عمره 6.75 يومًا، إلى النظير الجديد اليورانيوم ^-237 . وأكدا أن هذا النظير أيضًا باعث لجسيمات بيتا، وبالتالي يجب أن يتحلل إلى النظير المجهول النبتونيوم ^-237 . حاولا عزل هذا النظير بحمله مع نظيره الأخف المفترض، الرينيوم، لكن لم يُرصد أي تحلل بيتا أو ألفا من الجزء المحتوي على الرينيوم. وهكذا، استنتج نيشينا وكيمورا بشكل صحيح أن نصف عمر النبتونيوم ^-237 ، مثل نصف عمر البورتو ^-231 ، طويل جدًا، وبالتالي سيكون نشاطه ضعيفًا جدًا بحيث لا يمكن قياسه بأجهزتهما، وبذلك اختتمت بذلك آخر وأقرب محاولة غير ناجحة للبحث عن العناصر العابرة لليورانيوم. ^{[ 63 ]}

مع تقدم الأبحاث حول الانشطار النووي في أوائل عام 1939، قرر إدوين ماكميلان، في مختبر بيركلي للإشعاع بجامعة كاليفورنيا في بيركلي، إجراء تجربة قصف اليورانيوم باستخدام السيكلوترون القوي ذي قطر 60 بوصة (1.52 متر) الذي تم بناؤه حديثًا في الجامعة. كان الهدف هو فصل نواتج الانشطار المختلفة الناتجة عن القصف، وذلك باستغلال القوة الهائلة التي تكتسبها الشظايا من تنافرها الكهربائي المتبادل بعد الانشطار. على الرغم من أنه لم يكتشف أي شيء جدير بالذكر من هذه التجربة، فقد لاحظ ماكميلان عمرين نصفيين جديدين لاضمحلال بيتا في هدف أكسيد اليورانيوم الثلاثي نفسه، مما يعني أن المادة التي أنتجت النشاط الإشعاعي لم تتنافر بعنف كما هو الحال في نواتج الانشطار العادية. سرعان ما أدرك أن أحد العمرين النصفيين يتطابق تقريبًا مع فترة الاضمحلال المعروفة لليورانيوم-239، والتي تبلغ 23 دقيقة، بينما كان العمر النصفي الآخر، الذي يبلغ 2.3 يوم، مجهولًا. أخذ ماكميلان نتائج تجربته إلى الكيميائي وزميله الأستاذ في جامعة بيركلي، إميليو سيغري، في محاولة لعزل مصدر النشاط الإشعاعي. بدأ العالمان عملهما باستخدام النظرية السائدة آنذاك، والتي تفترض أن العنصر 93 له خصائص كيميائية مشابهة للرينيوم، لكن سيغري سرعان ما اكتشف أن عينة ماكميلان لا تشبه الرينيوم على الإطلاق. فعندما فاعلها مع فلوريد الهيدروجين (HF) بوجود عامل مؤكسد قوي ، تصرفت العينة بشكل مشابه لعناصر الأرض النادرة . ولأن هذه العناصر تشكل نسبة كبيرة من نواتج الانشطار، قرر سيغري وماكميلان أن نصف العمر لا بد أنه ناتج عن انشطار آخر، وأطلقا على البحث عنوان "بحث غير ناجح عن عناصر ما بعد اليورانيوم". ^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]}

مع ذلك، ومع توفر المزيد من المعلومات حول الانشطار النووي، تضاءلت احتمالية وجود شظايا الانشطار النووي في العينة المستهدفة. حاول ماكميلان وعدد من العلماء، بمن فيهم فيليب إتش. أبيلسون ، مجددًا تحديد مصدر عمر النصف المجهول. في أوائل عام 1940، أدرك ماكميلان أن تجربته التي أجراها عام 1939 مع سيغري لم تختبر التفاعلات الكيميائية للمصدر المشع بدقة كافية. في تجربة جديدة، حاول ماكميلان تعريض المادة المجهولة لحمض الهيدروفلوريك بوجود عامل مختزل ، وهو أمر لم يفعله من قبل. نتج عن هذا التفاعل ترسب العينة مع حمض الهيدروفلوريك، وهو ما استبعد بشكل قاطع احتمالية أن تكون المادة المجهولة معدنًا من المعادن الأرضية النادرة. بعد ذلك بوقت قصير، زار أبيلسون، الحاصل على شهادة الدراسات العليا من الجامعة، بيركلي لقضاء إجازة قصيرة، وطلب ماكميلان من الكيميائي الأكثر كفاءة المساعدة في فصل نتائج التجربة. لاحظ أبيلسون سريعًا أن المادة التي تُنتج نصف العمر البالغ 2.3 يومًا لا تمتلك خصائص كيميائية تُشبه أي عنصر معروف، بل هي في الواقع أقرب إلى اليورانيوم منها إلى فلزات الأرض النادرة. وقد سمح هذا الاكتشاف أخيرًا بعزل المصدر، وفي عام 1945، أدى إلى تصنيف سلسلة الأكتينيدات . وفي خطوة أخيرة، حضّر ماكميلان وأبيلسون عينة أكبر بكثير من اليورانيوم المُقذوف، والذي أظهر نصف عمر بارزًا يبلغ 23 دقيقة من اليورانيوم ^-239 ، وأثبتا بشكل قاطع أن نصف العمر المجهول البالغ 2.3 يومًا يزداد قوةً بالتزامن مع انخفاض النشاط الإشعاعي خلال 23 دقيقة، وذلك من خلال التفاعل التالي: ^{[ 67 ]}

${\displaystyle {\ce {{^{238}_{92}U}+{^{1}_{0}n}->{^{239}_{92}U}->[\beta ^{-}][23\ {\ce {min}}]{^{239}_{93}Np}->[\beta ^{-}][2.355\ {\ce {أيام}}]{^{239}_{94}بو}}}}$(الأوقات هي أنصاف الأعمار .)

أثبت هذا أن المصدر الإشعاعي المجهول ناتج عن تحلل اليورانيوم، وبالاقتران مع الملاحظة السابقة بأن هذا المصدر يختلف كيميائيًا عن جميع العناصر المعروفة، فقد أثبت بما لا يدع مجالًا للشك اكتشاف عنصر جديد. نشر ماكميلان وأبيلسون نتائج بحثهما في ورقة بعنوان " العنصر المشع 93" في مجلة "فيزيكال ريفيو" بتاريخ 27 مايو 1940. ^{[ 67 ]} لم يقترحا اسمًا للعنصر في الورقة، لكنهما سرعان ما استقرا على اسم "نبتونيوم" لأن نبتون هو الكوكب التالي لأورانوس في المجموعة الشمسية ، والذي سُمي اليورانيوم تيمنًا به. ^{[ 21 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]} يمكن أن يُعزى نجاح ماكميلان وأبيلسون مقارنةً بفشل نيشينا وكيمورا الوشيك إلى العمر النصفي المواتي للنبتونيوم ^-239 للتحليل الإشعاعي الكيميائي والتحلل السريع لليورانيوم ^-239 ، على عكس التحلل الأبطأ لليورانيوم ^-237 والعمر النصفي الطويل للغاية للنبتونيوم ^-237 . ^{[ 63 ]}

كما تبيّن أن تحلل بيتا للنبتونيوم ^-239 ينتج نظيراً للعنصر 94 (المعروف الآن باسم البلوتونيوم )، إلا أن الكميات المستخدمة في تجربة ماكميلان وأبيلسون الأصلية كانت ضئيلة للغاية بحيث لا تسمح بعزل البلوتونيوم وتحديده مع النبتونيوم. ^{[ 72 ]} وقد انتظر اكتشاف البلوتونيوم حتى نهاية عام 1940، عندما حدّد غلين تي. سيبورغ وفريقه نظير البلوتونيوم-238 . ^{[ 73 ]}

في عام ١٩٤٢، أعلن كلٌ من هان وفريتز ستراسمان ، وبشكل مستقل كورت ستارك ، عن تأكيد وجود العنصر ٩٣ في برلين. ^{[ ٧٤ ]} لم يتابع فريق هان البحث عن العنصر ٩٤، على الأرجح بسبب إحباطهم من عدم نجاح ماكميلان وأبيلسون في عزله. وبما أنهم كانوا يمتلكون آنذاك جهاز السيكلوترون الأقوى في باريس، لكان من المرجح أن يتمكن فريق هان من اكتشاف العنصر ٩٤ لو حاولوا، وإن كان بكميات ضئيلة (بضع بيكريلات ). ^{[ ٧٤ ]}

سمحت الخصائص الإشعاعية الفريدة للنبتونيوم بتتبعه أثناء انتقاله عبر مركبات مختلفة في التفاعلات الكيميائية، وكانت هذه في البداية الطريقة الوحيدة المتاحة لإثبات اختلاف تركيبه الكيميائي عن العناصر الأخرى. ولأن أول نظير للنبتونيوم تم اكتشافه يتميز بعمر نصف قصير للغاية، لم يتمكن ماكميلان وأبيلسون من تحضير عينة كبيرة بما يكفي لإجراء تحليل كيميائي للعنصر الجديد باستخدام التقنيات المتاحة آنذاك. مع ذلك، بعد اكتشاف نظير النبتونيوم ²³⁷ طويل العمر عام 1942 على يد غلين سيبورغ وآرثر وال ، أصبح تكوين كميات قابلة للوزن من النبتونيوم أمرًا واقعيًا. ^{[ 21 ] [ 75 ]} وقد حُدد عمر النصف له مبدئيًا بحوالي 3  ملايين سنة (ثم عُدّل لاحقًا إلى 2.144  مليون سنة)، مما يؤكد توقعات نيشينا وكيمورا بعمر نصف طويل جدًا. ^{[ 63 ]}

كانت الأبحاث المبكرة حول هذا العنصر محدودة نوعًا ما، نظرًا لأن معظم علماء الفيزياء النووية والكيمياء في الولايات المتحدة آنذاك كانوا يركزون على الجهود الضخمة لدراسة خصائص البلوتونيوم كجزء من مشروع مانهاتن . ومع ذلك، استمرت الأبحاث حول هذا العنصر كجزء ثانوي من المشروع، وتم عزل أول عينة كبيرة من النبتونيوم (على شكل ثاني أكسيد النبتونيوم ) في عام 1944. ^{[ 21 ] [ 75 ] [ 76 ]}

ركزت معظم الأبحاث التي أُجريت منذ ذلك الحين على خصائص النبتونيوم على فهم كيفية حصره كجزء من النفايات النووية. ونظرًا لاحتوائه على نظائر ذات أعمار نصفية طويلة جدًا، فإنه يُثير قلقًا خاصًا في سياق تصميم مرافق الاحتواء التي يمكن أن تدوم لآلاف السنين. وقد وُجدت له بعض الاستخدامات المحدودة كمتتبع إشعاعي ومادة أولية لتفاعلات نووية مختلفة لإنتاج نظائر البلوتونيوم المفيدة. ومع ذلك، يُعتبر معظم النبتونيوم الناتج كمنتج ثانوي للتفاعلات في محطات الطاقة النووية من النفايات. ^{[ 21 ] [ 75 ]}

تم إنتاج الغالبية العظمى من النبتونيوم الموجود حاليًا على الأرض صناعيًا في تفاعلات نووية. يُعد النبتونيوم-237 النظير الأكثر شيوعًا في التخليق، نظرًا لكونه النظير الوحيد الذي يمكن إنتاجه عن طريق التقاط النيوترونات ، كما يتميز بعمر نصف طويل بما يكفي لعزل كميات قابلة للوزن بسهولة. وهو النظير الأكثر استخدامًا في الدراسات الكيميائية لهذا العنصر. ^{[ 31 ]}

• عندما تلتقط ذرة اليورانيوم ^-235 نيوترونًا، تتحول إلى حالة مثارة من اليورانيوم ^-236 . حوالي 85.5% ^{[ 78 ] [ 79 ]} من نوى اليورانيوم ^-236 المثارة تخضع للانشطار، بينما يتحلل الباقي إلى الحالة الأرضية لليورانيوم ^-236 عن طريق انبعاث أشعة غاما . يؤدي التقاط المزيد من النيوترونات إلى تكوين اليورانيوم ^-237 الذي يبلغ عمر النصف له 7 أيام، ويتحلل بسرعة إلى النبتونيوم ^{-237 من خلال} تحلل بيتا . خلال تحلل بيتا، ينبعث من اليورانيوم ^-237 المثار إلكترون، بينما يحول التفاعل الذري الضعيف نيوترونًا إلى بروتون ، مما يؤدي إلى تكوين النبتونيوم ^-237 . ^{[ 31 ]}

  ${\displaystyle {\begin{cases}{\ce {^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{236m}_{92}U ->[][120 \ {\ce {ns}}] ^{236}_{92}U + \gamma}}\\{\ce {^{236}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{237}_{92}U ->[\beta^-][6.75 \ {\ce {d}}] ^{237}_{93}Np}}\end{cases}}}$

• يُنتج اليورانيوم ^{-237 أيضًا من خلال تفاعل (} ن ،2ن) مع اليورانيوم ^-238 . ويحدث هذا فقط مع النيوترونات ذات الطاقة العالية جدًا. ^{[ 31 ]}
• ²³⁷ Np هو ناتج تحلل ألفا لـ ²⁴¹ Am ، والذي يتم إنتاجه من خلال تشعيع اليورانيوم-238 بالنيوترونات . ^{[ 31 ]}

تتحلل نظائر النبتونيوم الأثقل بسرعة، ولا يمكن إنتاج نظائر النبتونيوم الأخف عن طريق التقاط النيوترونات، لذا فإن الفصل الكيميائي للنبتونيوم من الوقود النووي المستهلك المبرد ينتج عنه نظير ^237Np نقي تقريبًا . ^{[ 31 ]} أما النظيران الأثقل قصيرا العمر ^238Np و ^{239 Np ،} واللذان يُستخدمان كمتتبعات مشعة ، فيتم إنتاجهما من خلال تشعيع ^237Np و ²³⁸ U بالنيوترونات على التوالي، بينما يتم إنتاج النظيرين الأخف طويلي العمر ^235Np و ²³⁶ Np من خلال تشعيع ^235U بالبروتونات والديوترونات في السيكلوترون . ^{[ 31} ]

^{يُعزل معدن 237Np} الاصطناعي عادةً من خلال تفاعل ^237NpF3 مع الباريوم السائل أو الليثيوم عند حوالي 1200 درجة مئوية ، ويتم استخراجه في أغلب الأحيان من قضبان الوقود النووي _{المستهلك} بكميات بالكيلوغرامات كمنتج ثانوي في إنتاج البلوتونيوم . ^{[ 34 ]} 

2 NpF ₃ + 3 Ba → 2 Np + 3 BaF ₂

تُشكل انبعاثات النبتونيوم-237، من حيث الوزن، حوالي 5% من انبعاثات البلوتونيوم، ونحو 0.05% من انبعاثات الوقود النووي المستهلك. ^{[ 80 ]} ومع ذلك، فإن هذه النسبة الضئيلة لا تزال تُشكل أكثر من خمسين طنًا سنويًا على مستوى العالم. ^{[ 81 ]}

يُعد استخلاص اليورانيوم والبلوتونيوم من الوقود النووي المستهلك لإعادة استخدامه إحدى العمليات الرئيسية في دورة الوقود النووي . ونظرًا لطول عمر النصف له، الذي يزيد قليلًا عن مليوني  عام، يُعدّ النبتونيوم ^{-237 ، وهو} باعث جسيمات ألفا ، أحد النظائر الرئيسية للأكتينيدات الثانوية التي تُفصل من الوقود النووي المستهلك. ^{[ 82 ]} وقد استُخدمت العديد من طرق الفصل لاستخلاص النبتونيوم، على نطاقين صغير وكبير. تهدف عمليات التنقية على نطاق صغير إلى تحضير النبتونيوم النقي كمادة أولية للنبتونيوم المعدني ومركباته، وكذلك إلى عزل النبتونيوم وتركيزه مسبقًا في العينات لتحليلها. ^{[ 82 ]}

تستغل معظم طرق فصل أيونات النبتونيوم السلوك الكيميائي المختلف لحالات الأكسدة المختلفة للنبتونيوم (من +3 إلى +6، وأحيانًا حتى +7) في المحلول. ^{[ 82 ]} ومن بين الطرق المستخدمة حاليًا أو التي استُخدمت سابقًا: الاستخلاص بالمذيبات (باستخدام مستخلصات متنوعة ، عادةً مشتقات β-ديكيتون متعددة التنسيق ، ومركبات الفوسفور العضوية ، ومركبات الأمين )، والكروماتوغرافيا باستخدام راتنجات التبادل الأيوني أو راتنجات التخليب المختلفة ، والترسيب المشترك ( تشمل المصفوفات المحتملة LaF3 ، و _BiPO4 ، و BaSO4 _{، و} Fe (OH) ₃ ، و MnO2 ₎ ، والترسيب الكهربائي ، والأساليب البيوتكنولوجية . ^{[ 83 ]} حاليًا، تستخدم محطات إعادة المعالجة التجارية عملية Purex، التي تتضمن استخلاص اليورانيوم والبلوتونيوم بالمذيبات باستخدام فوسفات ثلاثي البوتيل . ^{[ 77 ]}

عند وجوده في محلول مائي، يمكن أن يوجد النبتونيوم في أي من حالات الأكسدة الخمس الممكنة (+3 إلى +7)، ولكل حالة لون مميز. ^{[ 2 ]} يعتمد استقرار كل حالة أكسدة بشكل كبير على عوامل مختلفة، مثل وجود عوامل مؤكسدة أو مختزلة ، ودرجة حموضة المحلول، ووجود روابط تساهمية في تكوين معقدات التناسق ، وحتى تركيز النبتونيوم في المحلول. ^{[ 84 ]}

في المحاليل الحمضية ، توجد أيونات النبتونيوم (III) إلى النبتونيوم (VII) على هيئة Np³⁺ ، Np⁴⁺، NpO₂⁺، NpO₂⁺²، وNpO₃⁺ ^. أما ^في المحاليل القاعدية ، ^فتوجد _على هيئة أكاسيد _{وهيدروكسيدات} Np ( OH) _₃ ، NpO₂ _، NpO₂OH _، NpO₂ ⁽ OH) ^₂ _، و NpO₃⁻ . ^{لم تُجرَ دراسات} _كافية لتوصيف النبتونيوم في المحاليل القاعدية _. [ ⁸⁴ _] ^{يمكن اختزال} Np³⁺ و _Np⁴⁺ ^{بسهولة ،} وكذلك NpO₂⁺ _و ^{NpO₂⁺² . [} 85 ^]

النبتونيوم (III)

يوجد أيون النبتونيوم الثلاثي (Np(III)) أو أيون النبتونيوم الثلاثي (Np ³⁺⁾ على شكل معقدات مائية في المحاليل الحمضية، Np(H₂ O) ³⁺ _n . ^{[ 21 ]} لونه أزرق بنفسجي داكن، وهو مشابه لنظيره الأفتح،أيونالأرض النادرةالورديPm³⁺. ^{[ 21 ] [ 86 ]} في وجودالأكسجين، يتأكسد بسرعة إلى Np(IV) ما لم تكن هناك عوامل اختزال قوية. ومع ذلك، فهو ثاني أقل أيون نبتونيوم قابليةللتحلل المائيفي الماء، مكونًا أيون NpOH²⁺. ^{[ 87 ]} Np³⁺هو أيون النبتونيوم السائد في المحاليل ذات الرقم الهيدروجيني 4-5. ^{[ 87 ]}

النبتونيوم (IV)

يكون أيون النبتونيوم (IV) أو Np ⁴⁺ أصفر مخضر باهتًا في المحاليل الحمضية، ^{[ 21 ]} حيث يوجد على شكل معقدات مائية ( Np(H₂ O) ⁴⁺ _n ). وهو غير مستقر تمامًا للتحلل المائي في المحاليل المائية الحمضية عند درجة حموضة 1 وما فوق، مكونًا NpOH³⁺. ^{[ 87 ]} في المحاليل القاعدية، يميل Np⁴⁺إلى التحلل المائي لتكوين هيدروكسيد النبتونيوم (IV) المتعادل (Np(OH)₄) وأكسيد النبتونيوم (IV) (NpO₂). ^{[ 87 ]}

النبتونيوم (V)

^أيون النبتونيوم (V) أو NpO₂⁺ يكون لونه أخضر مزرق في المحلول المائي، ^{[ 21 ]} حيث يتصرف كحمض لويس قوي . ^{[ 84 ]} وهو أيون مستقر _{، [} ^{84 ] ويُعدّ} الشكل الأكثر شيوعًا للنبتونيوم في المحاليل المائية. على عكس نظائره المجاورة _{UO₂⁺₂ و} PuO₂⁺₂ ، لا ^يتفاعل NpO₂⁺₂ تلقائيًا إلا عند درجة ^{حموضة منخفضة جدًا} وتركيز عالٍ: ^{[ 85 ]}

2 NpO ⁺ ₂ + 4 H ⁺ ⇌ Np ⁴⁺ + NpO ²⁺ ₂ + 2 H ₂ O

يتحلل مائياً في المحاليل القاعدية لتكوين NpO ₂ OH و NpO₂ (OH) ⁻ ₂ . ^{[ 87 ]}

النبتونيوم (VI)

يُظهر أيون النبتونيل (Np(VI))، أو _NpO₂⁺ ، ^{لونًا ورديًا فاتحًا أو محمرًا في المحاليل الحمضية، ولونًا أصفر مخضرًا في المحاليل الأخرى. [ 21 ]} وهو حمض لويس قوي ^{[ 84 ]} ، ويُعدّ أيون النبتونيوم الرئيسي الموجود في المحاليل ذات الرقم الهيدروجيني  3-4. ^{[ 87 ]} على الرغم من استقراره في المحاليل الحمضية، إلا أنه يُختزل بسهولة إلى أيون النبتونيل (Np(V))، [ ^{84 ] وهو} أقل استقرارًا من الأيونات السداسية المتماثلة لنظيريه اليورانيوم والبلوتونيوم ( أيونات اليورانيل والبلوتونيل ) . يتحلل مائيًا في المحاليل القاعدية مُكَوِّنًا أيونات الأكسو والهيدروكسو _NpO₂OH⁺ ^.₂ )₂ (OH) ²⁺ ₂ ، و(NpO₂ )₃ (OH) ⁺ ₅ . ^{[ 87 ]}

النبتونيوم (VII)

يكون النبتونيوم (VII) أخضر داكنًا في المحلول القاعدي القوي . على الرغم من أن صيغته الكيميائية في المحلول القاعدي تُذكر غالبًا على أنها NpO ³⁻ ₅ ، إلا أن هذا تبسيط، ومن المرجح أن يكون تركيبه الحقيقي أقرب إلى نوع هيدروكسو مثل [NpO₄ (OH)₂ ] ³⁻[ ^{21 ] [ 86 ]} تم تحضير Np(VII) لأول مرة في محلول قاعدي عام 1967. ^{[ 84 ] في} المحلول الحمضي القوي ، يوجد Np(VII) على هيئة _NpO₃⁺ ؛ ويختزله الماء بسرعة إلى Np(VI). ^{[ 84 ] لم تُحدد خصائص} نواتج تحلله المائي. ^{[ 87 ]}

ترتبط أكاسيد وهيدروكسيدات النبتونيوم ارتباطًا وثيقًا بأيوناته. وبشكل عام، تكون هيدروكسيدات النبتونيوم، عند مستويات الأكسدة المختلفة، أقل استقرارًا من الأكتينيدات التي تسبقها في الجدول الدوري، مثل الثوريوم واليورانيوم، وأكثر استقرارًا من تلك التي تليها، مثل البلوتونيوم والأمريكيوم. وتعود هذه الظاهرة إلى أن استقرار الأيون يزداد مع ازدياد نسبة العدد الذري إلى نصف قطر الأيون. وبالتالي، فإن الأكتينيدات الأعلى في الجدول الدوري تخضع للتحلل المائي بسهولة أكبر . ^{[ 84 ] [ 87 ]}

يُعدّ هيدروكسيد النبتونيوم (III) مستقرًا نسبيًا في المحاليل الحمضية وفي البيئات الخالية من الأكسجين، ولكنه يتأكسد بسرعة إلى الحالة الرابعة (IV) في وجود الهواء. وهو غير قابل للذوبان في الماء. ^{[ 75 ]} _{توجد هيدروكسيدات النبتونيوم (IV) بشكل رئيسي على هيئة Np(OH) ₄} المتعادل كهربائيًا ، ولا تتأثر ذوبانيته المعتدلة في الماء بدرجة حموضة المحلول. يشير هذا إلى أن هيدروكسيد النبتونيوم (IV) الآخر، Np(OH) ^₅ _، ليس له وجود يُذكر. ^{[ 87 ] [ 88 ]}

نظرًا لأن أيون النبتونيوم (V) NpO₂⁺ مستقر للغاية _، فإنه لا يُكوّن هيدروكسيدًا إلا في مستويات حموضة عالية. عند وضعه في محلول بيركلورات الصوديوم بتركيز ^0.1 مولار ، لا يتفاعل بشكل ملحوظ لعدة أشهر، على الرغم من أن تركيزًا مولاريًا أعلى يبلغ 3.0 مولار سيؤدي إلى تفاعله لتكوين هيدروكسيد صلب NpO₂OH _على الفور تقريبًا. هيدروكسيد النبتونيوم (VI) أكثر تفاعلًا ولكنه لا يزال مستقرًا نسبيًا في المحاليل الحمضية. يُكوّن مركب NpO₃ _· H₂O _في وجود الأوزون تحت ضغوط مختلفة من ثاني أكسيد الكربون . لم تتم دراسة النبتونيوم (VII) بشكل كافٍ، ولم يتم الإبلاغ عن أي هيدروكسيدات متعادلة له. من المحتمل أنه يوجد في الغالب على شكل [NpO₂⁺]²⁺.  ₄ (OH)₂ ] ³⁻[ ^{87 ] [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]​}

للنبتونيوم أكسيدان مستقران، هما NpO₂ وNp₂O₅. [ 92 _{] وقد} ^{ذُكر Np₃O₈ في} _مراجع سابقة ، إلا أن بعض الدراسات تشير إلى أن الادعاءات المتعلقة بـ Np₃O₈ _هي في الواقع نتيجة تحليل خاطئ لـ Np₂O₅ _{. [} ^{93 ] [ 94} ] _كما اقتُرح وجود أكسيد آخر هو _{Np₄O₉ ، لكنه لم يُحدد} ^{خصائصه بشكل كامل. [ 92 ]} على الرغم من عدم إنتاج أكاسيد النبتونيوم بوجود النبتونيوم في حالات أكسدة عالية كتلك الممكنة مع اليورانيوم _، وهو عنصر أكتينيدي مجاور، إلا ^أن _{أكاسيد النبتونيوم} أكثر استقرارًا في حالات الأكسدة المنخفضة. ويتضح هذا السلوك من خلال إمكانية إنتاج NpO₂ ببساطة عن طريق حرق أملاح النبتونيوم للأحماض الأكسجينية في الهواء _. ^{[ 21 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ]}

_{يتميز أكسيد النبتونيوم (NpO₂ )} ذو اللون البني المخضر بثباته العالي ضمن نطاق واسع من الضغوط ودرجات الحرارة، ولا يخضع لتحولات طورية عند درجات الحرارة المنخفضة. إلا أنه يُظهر تحولًا طوريًا من المكعب ذي المراكز الوجهية إلى المعيني القائم عند ضغط يتراوح بين 33 و37  جيجا باسكال، ولكنه يعود إلى طوره الأصلي عند تخفيف الضغط. ويظل مستقرًا تحت ضغوط الأكسجين حتى 2.84  ميجا باسكال ودرجات حرارة تصل إلى 400  درجة مئوية. أما خامس أكسيد النبتونيوم (Np₂O₅ ) _{فهو بني} داكن مائل للسواد، أحادي الميل ، بأبعاد شبكية تبلغ 418×658×409  بيكومتر. وهو غير مستقر نسبيًا، ويتفكك إلى أكسيد النبتونيوم (NpO₂) _{والأكسجين} (O₂ ₎ عند درجات حرارة تتراوح بين 420 و695  درجة مئوية. على الرغم من أن Np₂O₅ _خضع في البداية لعدة دراسات زعمت إنتاجه بطرق متناقضة، إلا أنه تم تحضيره بنجاح في النهاية عن طريق تسخين بيروكسيد النبتونيوم إلى _300-350 درجة مئوية  لمدة 2-3 ساعات أو عن طريق تسخينه تحت طبقة من الماء في أمبولة عند 180  درجة مئوية. ^{[ 95 ] [ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]}

يشكل النبتونيوم أيضًا عددًا كبيرًا من مركبات الأكسيد مع مجموعة واسعة من العناصر، على الرغم من أن أكاسيد النبتونات المتكونة مع الفلزات القلوية والفلزات القلوية الترابية هي الأكثر دراسةً حتى الآن. تتكون أكاسيد النبتونيوم الثلاثية عمومًا من خلال تفاعل NpO₂ _{مع أكسيد} عنصر آخر أو عن طريق الترسيب من محلول قلوي. تم تحضير Li₅NpO₆ عن طريق تفاعل Li₂O و _NpO₂ عند ₄₀₀ درجة مئوية لمدة 16 ساعة _، أو عن طريق تفاعل Li₂O₂ _مع NpO₃ · H₂O عند 400 درجة _{مئوية لمدة 16 ساعة في أنبوب كوارتز مع تيار من} الأكسجين . تُنتج مركبات النبتونات القلوية _K₃NpO₅ و _Cs₃NpO₅ و _Rb₃NpO₅ جميعها من _{خلال تفاعل مماثل .}  

NpO ₂ + 3 MO ₂ → M ₃ NpO ₅  (M = K, Cs, Rb)

تتكون مركبات الأكسيد KNpO₄ _و CsNpO₄ _و RbNpO₄ _{من تفاعل Np(VII) (} [NpO₄ ]₄ (OH)₂ ] ³⁻تم إنتاج مركبات إضافية عن طريق تفاعل NpO₃ _والماء مع بيروكسيدات القلويات الصلبة والقلوية عند درجات حرارة تتراوح بين 400 و600 _{درجة مئوية لمدة تتراوح بين 15} و30 ساعة. ومن هذه المركبات Ba₃(NpO₅)₂ وBa₂NaNpO₆ وBa₂LiNpO₆ . كما _تم تكوين _عدد كبير _من أكاسيد النبتونيوم سداسية التكافؤ عن طريق تفاعل _NpO₂ الصلب مع أكاسيد مختلفة من القلويات أو القلويات الترابية في بيئة من الأكسجين _{المتدفق} . وللعديد من المركبات _{الناتجة مركبات مكافئة تستبدل النبتونيوم باليورانيوم} . ومن بين _{المركبات} التي تم _{تحديد خصائصها Na₂Np₂O₇} و _Na₄NpO₅ و _Na₆NpO₆ و _Na₂NpO₄ . يمكن الحصول على هذه المركبات بتسخين تركيبات مختلفة من NpO₂ _و Na₂O _إلى درجات حرارة متفاوتة ، كما أن التسخين الإضافي سيؤدي إلى ظهور أشكال متآصلة مختلفة من النبتونيوم عند تسخين هذه المركبات. ويمكن الحصول على أكاسيد نبتونات _{الليثيوم} Li₆NpO₆ و _Li₄NpO₅ بتفاعلات _مماثلة ^{بين NpO₂} و _{Li₂O . [} ^{100 ] [ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] [ 107} ] 

تم تحديد خصائص عدد كبير من مركبات أكسيد النبتونيوم القلوية والقلوية الأخرى، مثل Cs₄Np₅O₁₇ وCs₂Np₃O₁₀، باستخدام طرق إنتاج متنوعة. كما لوحظ أن النبتونيوم يُكوّن أكاسيدًا ثلاثية مع العديد من العناصر الإضافية في _{المجموعات} من ₃ إلى ₇ ، _على الرغم _من أن هذه المركبات لم تُدرس _بشكل كافٍ. ^{[ 100 ] [ 108 ] [ 109 ]}

على الرغم من أن مركبات هاليدات النبتونيوم لم تُدرس بنفس القدر الذي دُرست به أكاسيدها، فقد تم توصيف عدد كبير منها بنجاح. ومن بين هذه المركبات، حظيت فلوريدات النبتونيوم بأكبر قدر من البحث، ويعود ذلك بشكل كبير إلى إمكانية استخدامها في فصل العنصر عن النفايات النووية. وقد تم الإبلاغ عن أربعة مركبات ثنائية من فلوريد النبتونيوم، وهي: NpF₃ _، و NpF₄ _، وNpF₅ _، وNpF₆ _. المركبان الأولان مستقران نسبيًا، وقد تم تحضيرهما لأول مرة عام 1947 من خلال التفاعلات التالية:

2 NpO ₂ + H ₂ + 6 HF → 2 NpF ₃ + 4 H ₂ O (400°C)   

2 NpF ₃ + O ₂ + 2 HF → 2 NpF ₄ + H ₂ O (400 درجة مئوية)  

لاحقًا، تم الحصول على NpF₄ _{مباشرةً} بتسخين NpO₂ _إلى درجات حرارة مختلفة في مخاليط من فلوريد الهيدروجين أو غاز الفلور النقي. يُعدّ تكوين NpF₅ _أكثر صعوبة، وتتضمن معظم طرق التحضير المعروفة تفاعل مركبات NpF₄ _أو NpF₆ _مع مركبات فلوريد أخرى متنوعة. يتحلل NpF₅ إلى NpF₄ _{و NpF₆} عند _تسخينه إلى حوالي 320  درجة مئوية. ^{[ 110 ] [ 111 ] [ 112 ] [ 113 ]}

يُعدّ سداسي فلوريد النبتونيوم (NpF₆ ₎ شديد التطاير، شأنه شأن مركبات الأكتينيدات المجاورة له، سداسي فلوريد اليورانيوم (UF₆ ₎ وسداسي فلوريد البلوتونيوم (PuF₆ ₎ . وقد استقطب هذا التطاير اهتمامًا واسعًا بهذا المركب في محاولة لإيجاد طريقة بسيطة لاستخلاص النبتونيوم من قضبان الوقود المستهلكة في محطات الطاقة النووية. تم تحضير NpF₆ _لأول مرة عام 1943 عن طريق تفاعل NpF₃ _مع الفلور الغازي عند درجات حرارة عالية جدًا، وتم الحصول على أولى الكميات الكبيرة منه عام 1958 بتسخين NpF₄ _وتقطير الفلور النقي عليه في جهاز مُعدّ خصيصًا لهذا الغرض. وتشمل الطرق الإضافية التي نجحت في إنتاج سداسي فلوريد النبتونيوم تفاعل BrF₃ و BrF₅ مع NpF₄ _{، وتفاعل} العديد من مركبات أكسيد وفلوريد النبتونيوم المختلفة مع فلوريدات الهيدروجين اللامائية _. ^{[ 111 ] [ 114 ] [ 115 ] [ 116 ]}

تم الإبلاغ عن أربعة مركبات من أوكسي فلوريد النبتونيوم، وهي _NpO₂F وNpOF₃ _و NpO₂F₂ _و NpOF₄ _{، على الرغم} من عدم دراسة أي منها بشكلٍ مُفصّل. يُعدّ _{NpO₂F₂ مادة صلبة وردية اللون ،} ويمكن تحضيره بتفاعل NpO₃ _· H₂O _و Np₂F₅ _مع الفلور النقي عند درجة حرارة تقارب 330 درجة مئوية. ويمكن إنتاج NpOF₃ _و NpOF₄ _{بتفاعل أكاسيد النبتونيوم مع فلوريد الهيدروجين اللامائي عند درجات حرارة مختلفة} . كما يُشكّل النبتونيوم مجموعة واسعة من _مركبات الفلوريد مع عناصر _مختلفة . ومن بين هذه المركبات التي تمّ توصيفها : _CsNpF₆ و _Rb₂NpF₇ و _{Na₃NpF₈ و} K₃NpO₂F₅ _. ^{[ 111 ] [ 113 ] [ 117 ] [ 118 ] [ 119 ] [ 120 ] [ 121 ]} 

تم تحديد خصائص اثنين من كلوريدات النبتونيوم ، _وهما NpCl₃ وNpCl₄ _{. وعلى الرغم من المحاولات العديدة للحصول على NpCl₅} ، إلا أنها لم تُكلل بالنجاح. يُنتج NpCl₃ _عن طريق اختزال ثاني أكسيد النبتونيوم بالهيدروجين ورابع _كلوريد الكربون ( CCl₄ )، بينما يُنتج NpCl₄ _عن طريق تفاعل أكسيد النبتونيوم مع CCl₄ _عند حوالي 500 درجة مئوية. كما تم الإبلاغ عن مركبات أخرى من كلوريدات النبتونيوم، بما في ذلك NpOCl₂ وCs₂NpCl₆ وCs₃NpO₂Cl₄ وCs₂NaNpCl₆. كما تم إنتاج بروميدات النبتونيوم NpBr₃ و NpBr₄ _{؛ حيث} تم _إنتاج الأخير _{عن طريق} تفاعل _بروميد الألومنيوم مع NpO₂ _عند 350 _درجة مئوية ، بينما _تم إنتاج _الأول بطريقة _مماثلة تقريبًا ولكن بوجود الزنك . تم تحضير يوديد النبتونيوم NpI3 بنفس ^{طريقة تحضير} _{NpBr3 .} ^{[ 122} ] ^{[ 123 ] [ 124} ]  

حظيت مركبات النبتونيوم من الكالكوجين والبنيكتوجين بدراسة مستفيضة، لا سيما في إطار الأبحاث المتعلقة بخصائصها الإلكترونية والمغناطيسية وتفاعلاتها في البيئة الطبيعية. كما حظيت مركبات البنيكتيد والكربيد باهتمام كبير نظرًا لوجودها في وقود العديد من تصاميم المفاعلات النووية المتقدمة، على الرغم من أن المجموعة الأخيرة لم تحظَ بنفس القدر من البحث الذي حظيت به المجموعة الأولى. ^{[ 125 ]}

الكالكوجينيدات

تم تحديد خصائص مجموعة واسعة من مركبات كبريتيد النبتونيوم، بما في ذلك مركبات الكبريتيد _النقية Np₂S₅ ، وNpS₃ _{، و} Np₂S₅ _، و Np₃S₅ _{، و} Np₂S₃ _، و Np₃S₄ . _ومن بين هذه المركبات، يُعدّ Np₂S₃ _{، المُحضّر} بتفاعل NpO₂ _مع كبريتيد الهيدروجين وثاني _{كبريتيد} الكربون عند حوالي 1000 درجة مئوية، الأكثر دراسةً، وله ثلاثة أشكال تآصلية معروفة. يوجد الشكل α حتى حوالي 1230 درجة مئوية، والشكل β حتى 1530 درجة مئوية، أما الشكل γ، الذي يمكن أن يوجد أيضًا على هيئة _{Np₃S₄ ،} فيوجد عند درجات حرارة أعلى. يمكن إنتاج كبريتيد النبتونيوم (NpS) عن طريق تفاعل كبريتيد النبتونيوم _{الثلاثي (Np₂S₃} ) مع فلز النبتونيوم عند درجة حرارة 1600 درجة مئوية، بينما يمكن تحضير كبريتيد النبتونيوم الخماسي (Np₃S₅) عن طريق تحلل _{كبريتيد} النبتونيوم _{الثلاثي عند} درجة _حرارة 500 درجة مئوية أو عن طريق تفاعل الكبريت مع هيدريد النبتونيوم عند درجة حرارة 650 درجة مئوية. يُحضّر كبريتيد النبتونيوم _{الخماسي} بتسخين خليط من كبريتيد النبتونيوم الخماسي _{والكبريت النقي} إلى درجة حرارة 500 درجة مئوية. جميع كبريتيدات النبتونيوم، باستثناء الشكلين β و γ من كبريتيد النبتونيوم _{الثلاثي} ، _{متماثلة} البنية مع كبريتيد اليورانيوم المكافئ، والعديد منها، بما في ذلك كبريتيد النبتونيوم، و α-Np₂S₃ ، و β-Np₂S₃ _{، متماثلة البنية} أيضًا مع _{كبريتيد البلوتونيوم} المكافئ. تم _إنتاج مركبات الأوكسيسلفيد NpOS و _{Np₄O₄S₃ و} Np₂O₂S ، _{على الرغم من أن} المركبين الأخيرين لم يخضعا لدراسة كافية. وقد تم تحضير NpOS لأول مرة عام 1985 عن طريق تفريغ الهواء من NpO₂ و _{Np₃S₅ والكبريت} النقي _في أنبوب كوارتز وتسخينه إلى 900 ^درجة مئوية لمدة أسبوع. ^{[ 125 ] [ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] [ 130 ] [} 131 ^]        

تشمل مركبات سيلينيد النبتونيوم التي تم الإبلاغ عنها NpSe و _NpSe₃ و Np₂Se₃ _و Np₂Se₅ _{و Np₃Se₄ و} Np₃Se₅ . وقد تم الحصول على جميع هذه المركبات بتسخين هيدريد النبتونيوم ومعدن السيلينيوم إلى درجات _حرارة مختلفة في الفراغ لفترة طويلة، ويُعرف أن _{Np₂Se₃ يوجد فقط في الشكل التآصلي γ} عند درجات حرارة عالية نسبيًا. كما يُعرف مركبان من أوكسي سيلينيد النبتونيوم، وهما NpOSe و _Np₂O₂Se ، ويتم _{تكوينهما} بطرق _مماثلة عن طريق استبدال هيدريد النبتونيوم بثاني أكسيد النبتونيوم _. تُحضّر مركبات تيلوريد النبتونيوم المعروفة ، NpTe وNpTe₃ وNp₃Te₄ وNp₂Te₃ و _{Np₂O₂Te ،} بإجراءات مشابهة _{لتلك المستخدمة في} تحضير السيلينيدات ، ويُعدّ _{Np₂O₂Te متماثل} ^البنية _{مع مركبات اليورانيوم والبلوتونيوم} المكافئة. لم يُبلّغ عن أي مركبات ^{نبتونيوم -} بولونيوم . ^[ ₁₂₅ ^{] [ 131} _] ^{[ 132 ] [ 133 ] [} 134 ^]

البنيكتيدات والكربيدات

تم تحضير نتريد النبتونيوم (NpN ) لأول مرة عام 1953 بتفاعل هيدريد النبتونيوم مع غاز الأمونيا عند حوالي 750  درجة مئوية في أنبوب شعري كوارتزي. لاحقًا، تم إنتاجه بتفاعل مخاليط مختلفة من النيتروجين والهيدروجين مع فلز النبتونيوم عند درجات حرارة متفاوتة. كما تم إنتاجه أيضًا باختزال ثاني أكسيد النبتونيوم بغاز النيتروجين ثنائي الذرة عند 1550 درجة مئوية. يتشابه  NpN في بنيته مع أحادي نتريد اليورانيوم (UN) وأحادي نتريد البلوتونيوم (PuN) _، وتبلغ درجة انصهاره 2830 درجة مئوية تحت ضغط نيتروجين يبلغ حوالي 1 ميجا باسكال. تم الإبلاغ عن مركبين من فوسفيد النبتونيوم، هما NpP وNp₃P₄ . يتميز _الأول ببنية مكعبة مركزية الوجوه، ويتم تحضيره بتحويل فلز النبتونيوم إلى مسحوق ثم تفاعله مع غاز الفوسفين عند 350 درجة مئوية. يمكن إنتاج مركب Np₃P₄ عن طريق تفاعل فلز النبتونيوم مع _{الفوسفور} الأحمر _عند درجة حرارة 740 درجة مئوية في الفراغ، ثم ترك أي فائض من الفوسفور ليتبخر . هذا المركب غير متفاعل مع الماء، ولكنه يتفاعل مع حمض النيتريك لإنتاج محلول Np(IV). ^{[ 135 ] [ 136 ] [ 137 ]}   

تم تحضير ثلاثة مركبات من زرنيخيد النبتونيوم ، وهي NpAs وNpAs₂ وNp₃As₄ . _أُنتج المركبان _{الأولان} بتسخين الزرنيخ _{وهيدريد} النبتونيوم في أنبوب مفرغ من الهواء لمدة أسبوع تقريبًا. لاحقًا، تم تحضير NpAs أيضًا بحصر معدن النبتونيوم والزرنيخ في أنبوب مفرغ من الهواء، وفصلهما بغشاء كوارتز، وتسخينهما إلى درجة حرارة أقل بقليل من درجة انصهار النبتونيوم البالغة 639 درجة مئوية، وهي أعلى بقليل من درجة تبخر الزرنيخ البالغة 615 درجة مئوية. يُحضر Np₃As₄ _{بإجراء مماثل} باستخدام اليود كعامل ناقل . بلورات NpAs₂ _ذهبية بنية اللون، بينما بلورات _{Np₃As₄ سوداء} . تم إنتاج مركب النبتونيوم- أنتيمونيد NpSb عام 1971 بوضع كميات متساوية من كلا العنصرين في أنبوب مفرغ من الهواء، وتسخينهما إلى درجة انصهار الأنتيمون، ثم تسخينهما مرة أخرى إلى 1000 درجة مئوية لمدة ستة عشر يومًا. وقد أنتجت هذه العملية أيضًا كميات ضئيلة من مركب أنتيمونيد إضافي Np3Sb4 _{. كما} تم الإبلاغ عن مركب واحد من النبتونيوم- بزموت ، وهو NpBi. ^{[ 135 ] [ 136 ] [ 138 ] [ 139 ] [ 140 ] [ 141 ]}   

تم الإبلاغ عن كربيدات النبتونيوم Np₂C وNp₂C₃ وNpC₂ (مؤقتًا)، ولكن لم يتم توصيفها بالتفصيل على الرغم من الأهمية الكبيرة لكربيدات الأكتينيدات واستخدامها كوقود للمفاعلات النووية المتقدمة. يُعد NpC _مركبًا غير متكافئ ، ويمكن تسميته بشكل أفضل _{NpCₓ (} 0.82 ≤ _x ≤ 0.96 ). يمكن الحصول عليه من تفاعل هيدريد النبتونيوم مع الجرافيت عند 1400 درجة مئوية أو بتسخين العناصر المكونة له معًا في فرن القوس الكهربائي باستخدام قطب كهربائي من التنجستن . يتفاعل مع فائض من الكربون لتكوين Np₂C₃ النقي _. يتكون NpC₂ من تسخين NpO₂ _{في بوتقة} من الجرافيت عند 2660-2800 درجة مئوية _. ^{[ 135 ] [ 136 ] [ 142 ] [ 143 ]}  

الهيدريدات

يتفاعل النبتونيوم مع الهيدروجين بطريقة مشابهة لجاره البلوتونيوم، مُكَوِّنًا الهيدريدات NpH₂ₓ ₍ مكعب مركزي الوجوه ) وNpH₃ ₍ سداسي ) _. وهي متماثلة البنية مع هيدريدات البلوتونيوم المقابلة، إلا أنه على عكس PuH₂ₓ _{، تزداد} معلمات الشبكة البلورية لـ NpH₂ₓ مع ازدياد محتوى الهيدروجين ( x ) . _تتطلب هذه الهيدريدات عناية فائقة عند التعامل معها، إذ تتحلل في الفراغ عند 300 درجة مئوية لتُكَوِّن فلز _{النبتونيوم}  المُجزَّأ بدقة، وهو قابل للاشتعال التلقائي . ^{[ 144 ]}

الفوسفات والكبريتات والكربونات

نظراً لاستقرارها الكيميائي، دُرست فوسفات النبتونيوم لاستخدامها المحتمل في تثبيت النفايات النووية. وقد تم إنتاج بيروفوسفات النبتونيوم (α-NpP₂O₇)، وهو مادة صلبة خضراء، من خلال تفاعل ثاني أكسيد النبتونيوم مع _{فوسفات البورون} عند درجة حرارة 1100 درجة مئوية، بينما ظل فوسفات النبتونيوم (IV) غير معروف حتى الآن. وتُعرف جميع مركبات سلسلة NpM₂ ₍ PO₄ ₎ ₃ _، حيث M فلز قلوي ( Li ، Na ، K ، Rb ، أو Cs ). وتم توصيف بعض كبريتات النبتونيوم ، سواءً المائية أو الصلبة، وفي حالات أكسدة مختلفة للنبتونيوم (من IV إلى VI). بالإضافة إلى ذلك، دُرست كربونات النبتونيوم لفهم سلوك النبتونيوم بشكل أفضل في المستودعات الجيولوجية والبيئة، حيث قد يتلامس مع محاليل الكربونات والبيكربونات المائية ويُكوّن مركبات قابلة للذوبان. ^{[ 145 ] [ 146 ]} 

تُعرف بعض مركبات النبتونيوم العضوية وتُوصَف كيميائيًا، وإن لم تكن بنفس كثرة مركبات اليورانيوم نظرًا لندرة النبتونيوم ونشاطه الإشعاعي. من أشهر مركبات النبتونيوم العضوية مركبات السيكلوبنتادينيل والسيكلوأوكتاتيتراينيل ومشتقاتها. ^{[ 147 ]} تم الحصول على مركب السيكلوبنتادينيل ثلاثي التكافؤ Np(C₅H₅)₃·THF في عام 1972 من تفاعل Np(C₅H₅ ) ₃Cl _{مع الصوديوم} ، _{على الرغم} من عدم إمكانية الحصول على المركب الأبسط Np(C₅H₅ ) . _[ 147 ] تم تخليق مركب النبتونيوم ^{رباعي التكافؤ سيكلوبنتادينيل} _{، وهو مركب بني محمر ، في عام 1968} من خلال تفاعل كلوريد النبتونيوم (IV) مع سيكلوبنتاديينيد البوتاسيوم. ^{[ 147 ]}

NpCl₄ + ₄ KC₅H₅ → Np ( _{C₅H₅ ) ₄} + 4 _KCl​_​  

يذوب هذا المركب في _{البنزين} ورباعي هيدروفوران ، وهو أقل حساسية للأكسجين والماء من Pu (C₅H₅ ₎ ₃ _و Am ( C₅H₅ ₎ ₃ _. [ ^{147 ] تُعرف} مركبات سيكلوبنتادينيل النبتونيوم (IV) الأخرى بالعديد من الروابط : صيغتها العامة (C₅H₅ ₎ ₃NpL _، حيث يمثل L رابطًا. ^{[ 147 ]} تم تصنيع النبتونوسين ، Np(C₈H₈ ) ₂ _{، عام} 1970 بتفاعل كلوريد النبتونيوم (IV) مع K₂ ₍ C₈H₈ ₎ . وهو متماثل الشكل مع اليورانوسين _{والبلوتونوسين} ، وتتشابه هذه المركبات كيميائيًا في _{سلوكها : فجميعها غير حساسة للماء أو القواعد المخففة ،} لكنها حساسة للهواء ، وتتفاعل بسرعة لتكوين أكاسيد، وهي قليلة الذوبان في البنزين والتولوين . ^{[ 147 ]} تشمل مشتقات النبتونيوم الأخرى المعروفة من سيكلوأوكتاتيتراينيل Np(RC8H7 ) _{2 (} حيث _R = إيثانول، بيوتانول ) _و KNp (C8H8 ₎ ·2THF، وهو متماثل البنية مع مركب البلوتونيوم المقابل. ^{[ 147 ]} بالإضافة إلى ذلك، تم تحضير هيدروكربونات النبتونيوم ، وتُعد معقدات ثلاثي يوديد النبتونيوم المذابة طليعةً للعديد من مركبات النبتونيوم العضوية وغير العضوية . ^{[ 147 ]}

هناك اهتمام كبير بكيمياء التناسق للنبتونيوم، لأن حالات أكسدته الخمس تُظهر جميعها سلوكًا كيميائيًا مميزًا، وتتأثر كيمياء التناسق للأكتينيدات بشدة بانكماش الأكتينيدات (الانخفاض الأكبر من المتوقع في نصف القطر الأيوني عبر سلسلة الأكتينيدات، على غرار انكماش اللانثانيدات ). ^{[ 148 ]}

^{يُعدّ استخدام النبتونيوم -237} (237Np) كمركب أولي في إنتاج البلوتونيوم-238 ( 238Pu) من الاستخدامات المهمة ، حيث يُشعّع بالنيوترونات لتكوين البلوتونيوم ^-238 (238Pu) ، وهو باعث لأشعة ألفا يُستخدم في مولدات الطاقة الحرارية النظيرية المستخدمة في المركبات الفضائية والتطبيقات العسكرية. يمتص النبتونيوم ^-237 نيوترونًا لتكوين النبتونيوم ^{-238 ، ثم} يتحلل تحللاً بيتا بنصف عمر يزيد قليلاً عن يومين إلى البلوتونيوم ^-238 . ^{[ 150 ]}

${\displaystyle {\ce {^{237}_{93}Np + ^{1}_{0}n -> ^{238}_{93}Np ->[\beta^-][2.117 \ {\ce {d}}] ^{238}_{94}Pu}}}$

^{يوجد البلوتونيوم -238} بكميات كبيرة في الوقود النووي المستهلك ، ولكن يجب فصله عن نظائر البلوتونيوم الأخرى . ^{[ 151 ]} كما أن تشعيع النبتونيوم-237 بحزم الإلكترونات، مما يُحدث إشعاعًا كبحيًا ، ينتج عنه عينات نقية نسبيًا من نظير البلوتونيوم-236 ، وهو مفيد كمتتبع لتحديد تركيز البلوتونيوم في البيئة. ^{[ 151 ]}

النبتونيوم عنصر قابل للانشطار ، ويمكن نظرياً استخدامه كوقود في مفاعل نيوتروني سريع أو سلاح نووي ، بكتلة حرجة تبلغ حوالي 60 كيلوغراماً. ^{[ 81 ]} في عام 1992، رفعت وزارة الطاقة الأمريكية السرية عن تصريح يفيد بأن النبتونيوم-237 "يمكن استخدامه في جهاز متفجر نووي". ^{[ 152 ]} لا يُعتقد أنه تم بناء سلاح فعلي باستخدام النبتونيوم. اعتباراً من عام 2009، تجاوز الإنتاج العالمي من النبتونيوم-237 بواسطة مفاعلات الطاقة التجارية 1000 كتلة حرجة سنوياً، لكن استخلاص هذا النظير من عناصر الوقود المشع سيمثل مشروعاً صناعياً ضخماً. ^{[ 153 ]}

في سبتمبر/أيلول 2002، نجح باحثون في مختبر لوس ألاموس الوطني لفترة وجيزة في إنتاج أول كتلة حرجة نووية معروفة باستخدام جزء كبير من النبتونيوم، مع قذائف من اليورانيوم المخصب ( اليورانيوم-235 ). واكتشفوا أن الكتلة الحرجة لكرة من النبتونيوم-237 المجردة "تتراوح أوزانها بين 50 و60 كيلوغرامًا"، ^{[ 154 ]} مما يدل على أنها "مادة جيدة لصنع القنابل مثل اليورانيوم-235". ^{[ 30 ]} وفي مارس/آذار 2004، وضعت الحكومة الفيدرالية الأمريكية خططًا لنقل مخزون أمريكا من النبتونيوم المفصول إلى موقع للتخلص من النفايات النووية في ولاية نيفادا . ^{[ 153 ]}

يُستخدم النبتونيوم ^{-237 في أجهزة الكشف عن النيوترونات عالية الطاقة (MeV). [ 155 ]}