เนปทูเนียมเป็นโลหะแอคติไนด์ที่แข็งสีเงินเหนียวและเป็นกัมมันตรังสี (แอคติไนด์ทั้งหมดเป็นโลหะ) ในตารางธาตุ เนปทูเนียมจะอยู่ทางขวาของยูเรเนียมอยู่^ทางซ้ายของพลูโทเนียมและอยู่ต่ำกว่าโพรมีเทียม^{[ 8} ] เนปทูเนียม เป็นโลหะแข็ง มีค่าโมดู ลัสปริมาตร 118 GPaซึ่งเทียบได้กับแมงกานีส^{[ 9 ]}โลหะเนปทูเนียมมีความคล้ายคลึงกับยูเรเนียมในแง่ของความสามารถในการขึ้นรูปทางกายภาพ เมื่อสัมผัสกับอากาศที่อุณหภูมิปกติ จะเกิดชั้นออกไซด์บาง ๆ ปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นเร็วขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น^{[ 8 ]}เนปทูเนียมหลอมเหลวที่639 ± 3 °C : จุดหลอมเหลว ต่ำนี้ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่โลหะนี้มีร่วมกับธาตุพลูโทเนียมที่อยู่ใกล้เคียง (ซึ่งมีจุดหลอมเหลว 639.4 °C) เกิดจากการผสม ของออร์บิทัล 5f และ 6d และการก่อ ตัวของพันธะทิศทางในโลหะ^{[ 10 ]}จุดเดือดของเนปทูเนียมยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด และค่าที่ให้โดยทั่วไปที่ 4174 °C นั้นได้มาจากการประมาณ ค่าจาก ความดันไอของธาตุ หากถูกต้อง ค่านี้จะทำให้เนปทูเนียมมีช่วงอุณหภูมิของของเหลวที่กว้างที่สุดในบรรดาธาตุทั้งหมด (3535 K ผ่านระหว่างจุดหลอมเหลวและจุดเดือด ) ^{[ 8 ] [ 11 ]}    

เนปทูเนียมพบได้ในอย่างน้อยสามอัลโลโทรป [ ^{7 ] มี}การกล่าวอ้างถึงอัลโลโทรปที่สี่ แต่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์^{[ 8 ]}ความหลากหลายของอัลโลโทรปนี้เป็นเรื่องปกติในกลุ่มแอกทินอยด์โครงสร้างผลึกของเนปทูเนียมโปรแทคติเนียมยูเรเนียม และพลูโทเนียมไม่มีอะนาล็อกที่ชัดเจนในกลุ่มแลนทานอยด์และมีความคล้ายคลึงกับโลหะทรานซิชัน 3d มากกว่า ^{[ 10 ]} 

α-เนปทูเนียมมี โครงสร้าง แบบออร์โธรอมบิกคล้ายกับโครงสร้างลูกบาศก์แบบศูนย์กลางตัวที่มีการบิดเบี้ยวสูง^{[ 13 ] [ 14 ]}อะตอมของเนปทูเนียมแต่ละอะตอมจะประสานงานกับอะตอมอื่นอีกสี่อะตอม และความยาวพันธะ Np–Np คือ 260  pm ^{[ 15 ]} มันเป็น ธาตุที่มีความหนาแน่นมากที่สุดในบรรดาแอกทิไนด์ทั้งหมด และเป็นธาตุที่มีความหนาแน่นมากเป็นอันดับห้าในบรรดาธาตุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ รองจากรีเนียม แพลทินัม อิริเดียม และออสเมียมเท่านั้น[ ^{11 ]} α-เนปทูเนียมมีคุณสมบัติกึ่ง^โลหะเช่น^{พันธะ}โควาเลนต์ที่แข็งแรงและความต้านทานไฟฟ้าสูงและคุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นโลหะของมันใกล้เคียงกับโลหะกึ่งโลหะมากกว่าโลหะแท้ อัลโลโทรปบางชนิดของแอกทิไนด์อื่นๆ ก็แสดงพฤติกรรมที่คล้ายกันเช่นกัน แม้ว่าจะในระดับที่น้อยกว่าก็ตาม^{[ 16 ] [ 17 ]}คาดว่าความหนาแน่นของไอโซโทปต่าง ๆ ของเนปทูเนียมในเฟสอัลฟาจะแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด: α- ²³⁵ Np ควรมีความหนาแน่น 20.303 g/cm³ ^; α- ^​​236 Np มีความหนาแน่น 20.389 g/cm³ ^; α- ^​​237 Np มีความหนาแน่น 20.476 g/ ^cm³ . ^{[ 18 ]}   

β-เนปทูเนียมมีโครงสร้างแบบเตตระโกนัลอัดแน่นที่บิดเบี้ยว อะตอมของเนปทูเนียมสี่อะตอมประกอบเป็นเซลล์หน่วย และความยาวพันธะ Np–Np คือ 276  pm ^{[ 15 ]} γ-เนปทูเนียมมี โครงสร้าง ลูกบาศก์แบบศูนย์กลางตัวและมีความยาวพันธะ Np–Np เท่ากับ 297  pm รูปแบบ γ จะมีความเสถียรน้อยลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้น แม้ว่าจุดหลอมเหลวของเนปทูเนียมจะเพิ่มขึ้นตามความดันด้วยก็ตาม^{[ 15 ]}จุดสามสถานะ β-Np/γ-Np/ของเหลว เกิด ขึ้นที่ 725  °C และ 3200 MPa ^{[ 15 ] [ 19 ]} 

เนปทูเนียมมีสถานะออกซิเดชัน ไอออนิกห้า สถานะตั้งแต่ +3 ถึง +7 เมื่อสร้างสารประกอบทางเคมี ซึ่งสามารถสังเกตได้พร้อมกันในสารละลาย เป็นแอกทิไนด์ที่หนักที่สุดที่สามารถสูญเสียอิเล็กตรอนวาเลนซ์ทั้งหมดในสารประกอบที่เสถียร สถานะที่เสถียรที่สุดในสารละลายคือ +5 แต่สถานะวาเลนซ์ +4 เป็นที่ต้องการในสารประกอบเนปทูเนียมที่เป็นของแข็ง โลหะเนปทูเนียมมีปฏิกิริยาไวมาก ไอออนของเนปทูเนียมมีแนวโน้มที่จะเกิดไฮโดรไลซิสและการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อน^{[ 23 ]}

อะตอมของเนปทูเนียมมีอิเล็กตรอน 93 ตัว เรียงตัวในรูปแบบ[ Rn ]  5f ⁴  6d ¹  7s ²ซึ่งแตกต่างจากรูปแบบที่คาดหวังตามหลักการ Aufbauตรงที่อิเล็กตรอนหนึ่งตัวอยู่ในซับเชลล์ 6d แทนที่จะอยู่ในซับเชลล์ 5f ตามที่คาดไว้ นี่เป็นเพราะความคล้ายคลึงกันของพลังงานอิเล็กตรอนของซับเชลล์ 5f, 6d และ 7s ในการสร้างสารประกอบและไอออน อิเล็กตรอนวาเลนซ์ทั้งหมดอาจหายไป เหลือไว้เพียงแกนกลางของอิเล็กตรอนภายในที่ไม่ทำปฏิกิริยาซึ่งมีรูปแบบอิเล็กตรอนเหมือนกับก๊าซเฉื่อยเรดอน^{[ 24 ]}โดยทั่วไปแล้ว อิเล็กตรอนวาเลนซ์บางส่วนเท่านั้นที่จะหายไป การจัดเรียงอิเล็กตรอนสำหรับไอออนบวกสามตัว Np ³⁺คือ [Rn]  5f ⁴โดยอิเล็กตรอน 7s และ 6d ที่อยู่นอกสุดจะหลุดออกไปก่อน ซึ่งคล้ายคลึงกับโพรมีเทียมซึ่งเป็นธาตุในกลุ่มแลนทานัมที่เป็นโฮโมล็อกของเนปทูเนียม และสอดคล้องกับแนวโน้มที่กำหนดโดยธาตุแอคติไนด์อื่นๆ ที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอน [Rn]  5f ⁿในสถานะบวกสามตัว ศักยภาพการแตกตัวเป็นไอออน ครั้งแรก ของเนปทูเนียมวัดได้ว่ามีค่าสูงสุดไม่เกิน6.19 ± 0.12 eV ในปี พ.ศ. 2517 โดยอิงตามสมมติฐานที่ว่าอิเล็กตรอน 7s จะแตกตัวเป็นไอออนก่อน 5f และ 6d; ^{[ 25 ]}การวัดล่าสุดได้ปรับปรุงค่านี้เป็น 6.2657  eV ^{[ 26 ]}

ข้อมูลนิวเคลียร์ทั้งหมดที่ไม่ได้ระบุไว้เป็นอย่างอื่นมาจากแหล่งข้อมูลมาตรฐาน: ^{[ 27 ]}

มีการระบุไอโซโทปของเนปทูเนียมทั้งหมด 24 ไอโซโทป โดยไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ ²³⁷ Np ซึ่งมีครึ่งชีวิต 2.144 ล้านปี²³⁶ Np มีครึ่งชีวิต 153,000 ปี และ^{235 Np มีครึ่งชีวิต 396.1 วัน} ไอโซโทปที่เหลือทั้งหมดมีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 5 วัน

ไอโซโทปที่เบากว่าไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ²³⁷ Np จะสลายตัวเป็นหลักโดยการจับอิเล็กตรอนแม้ว่าบางส่วนจะสลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคอัลฟาเพื่อกลายเป็นโปรแทคติเนียมก็ตาม²³⁷ Np เองซึ่งเป็นไอโซบาร์ที่เสถียรต่อการปล่อยอนุภาคเบตาที่มีเลขมวล 237 จะสลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคอัลฟาไปเป็น²³³ Pa โดยมี การแตกตัวแบบเกิดขึ้นเองได้น้อยมากไอโซโทปที่หนักกว่าโดยทั่วไปจะสลายตัวโดย การ ปล่อยอนุภาคเบตา

การสลายตัวของ²³⁷ Np ในที่สุดจะให้ผลเป็นบิสมัท -209 และแทลเลียม -205 ซึ่งแตกต่างจากนิวเคลียสหนักทั่วไปอื่นๆ ส่วนใหญ่ที่สลายตัวเป็นไอโซโทปของตะกั่ว ห่วงโซ่การสลายตัวนี้เรียกว่าอนุกรมเนปทูเนียม^{[ 21 ] [ 28 ]}ห่วงโซ่การสลายตัวนี้แทบจะไม่มีอยู่บนโลกเนื่องจากครึ่งชีวิตที่สั้นของไอโซโทปทั้งหมดที่สูงกว่าบิสมัท-209 แต่ขณะนี้กำลังได้รับการฟื้นคืนชีพด้วยการผลิตเนปทูเนียม (และยูเรเนียม-233 ) เทียมในระดับตัน^{[ 29 ]}

ไอโซโทปเนปทูเนียม-235, -236 และ -237 คาดว่าจะสามารถเกิด ปฏิกิริยา ฟิสไซล์ได้ [ ^{18 ] แม้ว่า}จะมีเพียงเนปทูเนียม-237 เท่านั้นที่ได้รับการพิสูจน์ทางการทดลองแล้วว่าสามารถเกิดปฏิกิริยา ฟิสไซล์ ได้ มวลวิกฤต ของมัน อยู่ที่ประมาณ 60  กิโลกรัม ซึ่ง มากกว่า ยูเรเนียม-235ที่ ใช้กันทั่วไปเพียงประมาณ 10 กิโลกรัม^{[ 30 ]}ค่าที่คำนวณได้ของมวลวิกฤตของเนปทูเนียม-235, -236 และ -237 ตามลำดับคือ 66.2 กิโลกรัม, 6.79 กิโลกรัม และ 63.6 กิโลกรัม: ค่าของเนปทูเนียม-236 นั้นต่ำกว่าพลูโทเนียม-239และ²³⁶ Np ยังมีภาคตัดขวาง ของนิวตรอนต่ำอีก ด้วย^{[ 18 ]}อย่างไรก็ตามระเบิดปรมาณู เนปทูเนียม ไม่เคยถูกสร้างขึ้น^{[ 30 ]}เนื่องจากยูเรเนียมและพลูโทเนียมมีมวลวิกฤตต่ำกว่า²³⁵ Np และ²³⁷ Np และ²³⁶ Np นั้นยากที่จะทำให้บริสุทธิ์เนื่องจากไม่พบในปริมาณมากในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้ว^{[ 31 ]}และแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะแยกออกจาก²³⁷ Np ในปริมาณที่สำคัญ ^{[ 32 ]}   

ไอโซโทปของเนปทูเนียมที่มีอายุยืนยาวที่สุดคือ²³⁷ Np ซึ่งมีครึ่งชีวิต 2.14 ล้านปี ซึ่งสั้นกว่าอายุของโลก มากกว่า 2,000 เท่า ดังนั้น เนปทูเนียม ดั้งเดิม ใดๆ ก็ตาม จะต้องสลายตัวไปในอดีตอันไกลโพ้น หลังจากนั้นเพียงประมาณ 80 ล้านปี ความเข้มข้นของไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวที่สุดคือ²³⁷ Np ก็จะลดลงเหลือน้อยกว่าหนึ่งในล้านล้าน (10 ⁻¹² ) ของปริมาณเดิม^{[ 33 ]}ดังนั้น เนปทูเนียมจึงมีอยู่ในธรรมชาติในปริมาณที่น้อยมาก ซึ่งเกิดจากการสลายตัวขั้นกลางของไอโซโทปอื่นๆ^{[ 23 ]}

ไอโซโทปเนปทูเนียม-237 และ -239 ในปริมาณเล็กน้อยพบได้ตามธรรมชาติในรูปของผลิตภัณฑ์การสลายตัวจาก ปฏิกิริยา การแปรสภาพในแร่ยูเรเนียม [ ^{7 ] [ 34 ] 239 Np}และ²³⁷ Np เป็นไอโซโทปที่พบได้บ่อยที่สุด โดยเกิดขึ้นโดยตรงจากการจับนิวตรอนของอะตอมยูเรเนียม-238 นิวตรอนเหล่านี้มาจากการแตกตัวของยูเรเนียม-238 โดยธรรมชาติ การแตกตัวของยูเรเนียม-235 ที่เกิดจากนิวตรอนตามธรรมชาติการแตกตัวของนิวเคลียสจากรังสีคอสมิก และธาตุเบาที่ดูดซับอนุภาคอัลฟาและปล่อยนิวตรอน^{[ 33 ]}ครึ่งชีวิตของ²³⁹ Np สั้นมาก แม้ว่าการตรวจพบ^{239 Pu ซึ่งเป็น} ลูกสาว ที่มีอายุยืนยาวกว่ามาก ในธรรมชาติในปี 1951 จะยืนยันการเกิดขึ้นตามธรรมชาติของมันได้อย่างแน่นอน^{[ 33 ]}ในปี พ.ศ. 2495 มีการระบุและแยก ²³⁷ Np ออกจากแร่ยูเรเนียมเข้มข้นจากคองโกเบลเยียม : ในแร่ธาตุเหล่านี้ อัตราส่วนของเนปทูเนียม-237 ต่อยูเรเนียมจะน้อยกว่าหรือเท่ากับประมาณ 10 ⁻¹²ต่อ 1 ^{[ 33 ] [ 35 ]}นอกจากนี้²⁴⁰ Np จะต้องเกิดขึ้นเป็นผลิตภัณฑ์การสลายตัวขั้นกลางของ²⁴⁴ Puซึ่งตรวจพบในฝุ่นอุกกาบาตในตะกอนทะเลบนโลก^{[ 36 ]}

เนปทูเนียม (และพลูโทเนียม) ส่วนใหญ่ที่พบในสิ่งแวดล้อมในปัจจุบัน เกิดจากการระเบิดนิวเคลียร์ในชั้นบรรยากาศที่เกิดขึ้นระหว่างการจุดระเบิดของระเบิดปรมาณูลูกแรกในปี 1945 และการให้สัตยาบันสนธิสัญญาห้ามทดสอบนิวเคลียร์บางส่วนในปี 1963 ปริมาณเนปทูเนียมทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากการระเบิดเหล่านี้และการทดสอบในชั้นบรรยากาศเพียงไม่กี่ครั้งที่ดำเนินการมาตั้งแต่ปี 1963 นั้นคาดว่าอยู่ที่ประมาณ 2,500  กิโลกรัม ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวอย่าง^236Npและ^{237Np เนื่องจากแม้แต่ 235Np}ที่มีอายุยืนยาวปานกลาง(ครึ่งชีวิต 396  วัน) ก็จะสลายตัวไปเหลือน้อยกว่าหนึ่งในพันล้าน (10⁻⁹ ⁾ของความเข้มข้นดั้งเดิมในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา นอกจากนี้ยังมีเนปทูเนียมจำนวนเล็กน้อยมากที่เกิดจากการฉายรังสีนิวตรอนของยูเรเนียมธรรมชาติในน้ำหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งจะถูกปล่อยออกมาเมื่อน้ำถูกปล่อยลงสู่แม่น้ำหรือทะเลสาบ^{[ 33 ] [ 35 ] [ 37 ]}ความเข้มข้นของ²³⁷ Np ในน้ำทะเลอยู่ที่ประมาณ 6.5  ×  10 ⁻⁵ มิลลิเบคเคอเรลต่อลิตร : ความเข้มข้นนี้อยู่ระหว่าง 0.1% ถึง 1% ของพลูโทเนียม^{[ 33 ]} 

เมื่อถูกปล่อยออกมาสู่สิ่งแวดล้อมบนพื้นผิวและสัมผัสกับออกซิเจน ในบรรยากาศ เนปทูเนียม โดยทั่วไปจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันค่อนข้างเร็ว โดยปกติจะไปอยู่ในสถานะ +4 หรือ +5 ไม่ว่าสถานะออกซิเดชัน จะ เป็นอย่างไร ธาตุนี้จะมีความคล่องตัวมากกว่าแอคติไนด์อื่นๆ มาก ส่วนใหญ่เป็นเพราะความสามารถในการสร้างสารละลายในน้ำกับธาตุอื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย ในการศึกษาเปรียบเทียบอัตราการแพร่ของเนปทูเนียม(V) พลูโทเนียม(IV) และอะเมริเซียม(III) ในหินทรายและหินปูน พบว่าเนปทูเนียมสามารถแทรกซึมได้มากกว่าธาตุอื่นๆ ถึงสิบเท่า นอกจากนี้ Np(V) ยังทำปฏิกิริยาได้อย่างมีประสิทธิภาพในระดับ pH ที่มากกว่า 5.5 หากไม่มีคาร์บอเนตอยู่ และในสภาวะเหล่านี้ยังพบว่าเนปทูเนียมสามารถสร้างพันธะกับควอตซ์ ได้ง่าย นอกจาก นี้ยังพบว่าสามารถสร้างพันธะได้ดีกับโกเอไทต์คอลลอยด์เฟอร์ริกออกไซด์และดินเหนียวหลายชนิด รวมถึงเคโอลิไนต์และสเมกไทต์ Np(V) ไม่สามารถจับกับอนุภาคดินในสภาวะที่เป็นกรดอ่อนๆ ได้ง่ายเท่ากับแอกทิไนด์ชนิดเดียวกันอย่างอะเมริเซียมและคูเรียม โดยมีความแตกต่างกันเกือบหนึ่งอันดับ พฤติกรรมนี้ทำให้มันสามารถเคลื่อนที่ผ่านดินได้อย่างรวดเร็วในขณะที่อยู่ในสารละลายโดยไม่ถูกตรึงอยู่กับที่ ซึ่งส่งผลให้มันเคลื่อนที่ได้ง่ายขึ้น^{[ 35 ] [ 38 ]} Np(V) ยังถูกดูดซึมได้ง่ายโดยคอนกรีตซึ่งเนื่องจากกัมมันตภาพรังสีของธาตุนี้ จึงเป็นข้อพิจารณาที่ต้องคำนึงถึงเมื่อสร้าง สถานที่จัดเก็บ กากกัมมันตรังสีเมื่อถูกดูดซึมในคอนกรีต มันจะถูกลดลงเป็น Np(IV) ในช่วงเวลาที่ค่อนข้างสั้น Np(V) ยังถูกลดลงโดยกรดฮิวมิกหากมีอยู่บนพื้นผิวของโกเอไทต์ฮีมาไทต์และแมกเนไทต์ Np(IV) เคลื่อนที่ได้น้อยกว่าและถูกดูดซับ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยทัฟฟ์แกรโนไดโอไรต์และเบนโทไนต์แม้ว่าการดูดซึมโดยเบนโทไนต์จะเด่นชัดที่สุดในสภาวะที่เป็นกรดอ่อนๆ นอกจากนี้ยังแสดงแนวโน้มที่แข็งแกร่งในการจับกับอนุภาคคอลลอยด์ซึ่งเป็นผลที่เพิ่มขึ้นเมื่ออยู่ในดิน ชั้นบนที่มีปริมาณ ดินเหนียวสูงพฤติกรรมนี้ช่วยเสริมการเคลื่อนที่สูงของธาตุที่สังเกตได้^{[ 35 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]}

เมื่อ ตาราง ธาตุฉบับ แรกได้รับการตีพิมพ์โดย ดมิทรี เมนเดเลฟในช่วงต้นทศวรรษ 1870 ตารางดังกล่าวแสดงเครื่องหมาย “  —  ” ไว้หลังยูเรเนียม ซึ่งคล้ายกับตำแหน่งอื่นๆ อีกหลายตำแหน่งสำหรับธาตุที่ยังไม่ถูกค้นพบในขณะนั้น ตารางธาตุที่รู้จักในภายหลัง รวมถึงการตีพิมพ์ไอโซโทปรังสีที่รู้จักในปี 1913 โดยคาซิมีร์ ฟาจานส์ก็แสดงตำแหน่งว่างหลังยูเรเนียม ธาตุที่ 92 เช่นกัน^{[ 41 ]}

ก่อนและหลังการค้นพบองค์ประกอบสุดท้ายของนิวเคลียสอะตอม คือนิวตรอนในปี 1932 นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่ได้พิจารณาอย่างจริงจังถึงความเป็นไปได้ของธาตุที่หนักกว่ายูเรเนียม ในขณะที่ทฤษฎีนิวเคลียร์ในขณะนั้นไม่ได้ห้ามการมีอยู่ของธาตุเหล่านั้นอย่างชัดเจน แต่ก็มีหลักฐานน้อยมากที่จะบ่งชี้ว่าพวกมันมีอยู่จริง อย่างไรก็ตาม การค้นพบกัมมันตภาพรังสีที่เกิดจากการเหนี่ยวนำโดยIrèneและFrédéric Joliot-Curieในปลายปี 1933 ได้เปิดวิธีการใหม่ในการวิจัยธาตุ และเป็นแรงบันดาลใจให้นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีกลุ่มเล็กๆ นำโดยEnrico Fermiเริ่มทำการทดลองหลายชุดที่เกี่ยวข้องกับการยิงนิวตรอน แม้ว่าการทดลองของ Joliot-Curie จะเกี่ยวข้องกับการยิงตัวอย่างของ^27Alด้วยอนุภาคอัลฟาเพื่อ ผลิต ^30Pที่เป็นกัมมันตรังสีแต่ Fermi ตระหนักว่าการใช้นิวตรอนซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้า น่าจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าอนุภาคอัลฟาที่มีประจุบวก ดังนั้น ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2477 เขาจึงเริ่มทำการทดสอบธาตุที่รู้จักทั้งหมดในขณะนั้นด้วยการระดมยิงนิวตรอนอย่างเป็นระบบ เพื่อตรวจสอบว่าธาตุอื่นๆ จะสามารถถูกกระตุ้นให้เกิดกัมมันตภาพรังสีได้หรือไม่^{[ 42 ] [ 43 ]}

หลังจากทำงานมาหลายเดือน กลุ่มของเฟอร์มิได้สรุปเบื้องต้นว่า ธาตุที่มีน้ำหนักเบาจะกระจายพลังงานของนิวตรอนที่ถูกจับโดยการปล่อยโปรตอนหรืออนุภาคอัลฟาในขณะที่ธาตุที่มีน้ำหนักมากจะทำเช่นเดียวกันโดยการปล่อยรังสีแกมมาพฤติกรรมหลังนี้จะนำไปสู่การสลายตัวแบบเบตาของนิวตรอนเป็นโปรตอน ทำให้ไอโซโทปที่เกิดขึ้นเลื่อนขึ้นไปหนึ่งตำแหน่งในตารางธาตุ เมื่อทีมของเฟอร์มิทำการยิงยูเรเนียม พวกเขาก็สังเกตเห็นพฤติกรรมนี้เช่นกัน ซึ่งบ่งชี้อย่างชัดเจนว่าไอโซโทปที่เกิดขึ้นมีเลขอะตอม 93 เฟอร์มิลังเลที่จะเปิดเผยข้ออ้างดังกล่าวในตอนแรก แต่หลังจากที่ทีมของเขาได้สังเกตเห็นครึ่งชีวิตที่ไม่ทราบค่าหลายค่าในผลิตภัณฑ์จากการยิงยูเรเนียม ซึ่งไม่ตรงกับครึ่งชีวิตของไอโซโทปใด ๆ ที่รู้จัก เขาจึงตีพิมพ์บทความเรื่อง " ความเป็นไปได้ในการผลิตธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 92"ในเดือนมิถุนายน ปี 1934 สำหรับธาตุที่ 93 เขาเสนอชื่อว่าออเซเนียม (สัญลักษณ์อะตอม Ao) ตามชื่อภาษากรีกว่าออโซเนียซึ่งหมายถึงประเทศอิตาลี^{[ 44 ] [ 45 ]}

มีการยกข้อโต้แย้งทางทฤษฎีหลายประการต่อข้ออ้างในบทความของเฟอร์มิอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมจับนิวตรอนนั้นยังไม่เป็นที่เข้าใจดีในขณะนั้น สิ่งนี้และการค้นพบโดยบังเอิญของเฟอร์มิในอีกสามเดือนต่อมาว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถเกิดขึ้นได้จากนิวตรอนช้า ทำให้เกิดความสงสัยมากขึ้นในหมู่นักวิทยาศาสตร์หลายคน โดยเฉพาะอย่างยิ่งอริสติด ฟอน กรอสเซและไอดา น็อดแด็กว่าการทดลองนั้นกำลังสร้างธาตุที่ 93 ในขณะที่ข้ออ้างของฟอน กรอสเซ ที่ว่าเฟอร์มิกำลังผลิตโปรแทคติเนียม (ธาตุที่ 91) นั้นได้รับการทดสอบและพิสูจน์ว่าไม่ถูกต้องอย่างรวดเร็ว ข้อเสนอของน็อดแด็กที่ว่ายูเรเนียมแตกออกเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ สองชิ้นหรือมากกว่านั้น กลับถูกละเลยโดยส่วนใหญ่ เนื่องจากทฤษฎีนิวเคลียร์ที่มีอยู่ไม่ได้รวมวิธีการที่จะทำให้สิ่งนี้เป็นไปได้ เฟอร์มิและทีมของเขายืนยันว่าพวกเขากำลังสังเคราะห์ธาตุใหม่ แต่ปัญหานี้ยังคงไม่ได้รับการแก้ไขเป็นเวลาหลายปี^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}

แม้ว่าค่าครึ่งชีวิตของสารกัมมันตรังสีที่แตกต่างกันและไม่ทราบค่าจำนวนมากในผลการทดลองจะแสดงให้เห็นว่ามีปฏิกิริยานิวเคลียร์หลายอย่างเกิดขึ้น แต่กลุ่มของเฟอร์มิไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่าธาตุที่ 93 กำลังถูกผลิตขึ้น เว้นแต่พวกเขาจะสามารถแยกมันออกมาทางเคมีได้ พวกเขาและนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ อีกหลายคนพยายามที่จะทำเช่นนั้น รวมถึงออตโต ฮาห์นและลิเซ ไมต์เนอร์ซึ่งเป็นนักเคมีรังสีที่ดีที่สุดในโลกในขณะนั้นและเป็นผู้สนับสนุนข้ออ้างของเฟอร์มิ แต่พวกเขาทั้งหมดก็ล้มเหลว ในเวลาต่อมา มีการระบุว่าสาเหตุหลักของความล้มเหลวนี้เป็นเพราะการคาดการณ์คุณสมบัติทางเคมีของธาตุที่ 93 นั้นอิงตามตารางธาตุที่ขาดอนุกรมแอกทิไนด์การจัดเรียงนี้ทำให้โปรแทคติเนียมอยู่ต่ำกว่าแทนทาลัม ยูเรเนียมอยู่ต่ำกว่าทังสเตน และยังชี้ให้เห็นเพิ่มเติมว่าธาตุที่ 93 ซึ่งในขณะนั้นเรียกว่าเอคา-รีเนียม ควรจะคล้ายกับธาตุในหมู่ 7รวมถึงแมงกานีสและรีเนียม ธอร์เรียม โปรแทคติเนียม และยูเรเนียม ซึ่งมีสถานะออกซิเดชันเด่นที่ +4, +5 และ +6 ตามลำดับ ทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์เข้าใจผิดคิดว่าธาตุเหล่านี้ควรอยู่ต่ำกว่าแฮฟเนียม แทนทาลัม และทังสเตน แทนที่จะอยู่ต่ำกว่าอนุกรมแลนทานัม ซึ่งในขณะนั้นถือว่าเป็นเรื่องบังเอิญ และสมาชิกทั้งหมดในอนุกรมนี้มีสถานะ +3 เด่น ในทางกลับกัน เนปทูเนียมมีสถานะ +7 ที่หายากและไม่เสถียรมากกว่า โดย +4 และ +5 เป็นสถานะที่เสถียรที่สุด เมื่อพบว่าพลูโทเนียมและธาตุทรานส์ยูเรเนียมอื่นๆ ก็มีสถานะ +3 และ +4 เด่นเช่นกัน พร้อมกับการค้นพบ กลุ่ม ธาตุ f อนุกรมแอคติไนด์จึงได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างมั่นคง^{[ 49 ] [ 50 ]}

ในขณะที่คำถามว่าการทดลองของเฟอร์มิได้สร้างธาตุที่ 93 ขึ้นมาหรือไม่นั้นยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ ก็มีการอ้างการค้นพบธาตุนี้เพิ่มเติมอีกสองครั้ง แม้ว่าทั้งสองจะอ้างว่าได้สังเกตเห็นธาตุนี้ในธรรมชาติ ซึ่งแตกต่างจากเฟอร์มิ การอ้างครั้งแรกนั้นมาจากวิศวกรชาวเช็กชื่อOdolen Koblicในปี 1934 เมื่อเขาสกัดวัสดุจำนวนเล็กน้อยจากน้ำล้างของแร่พิชเบลนด์ ที่ถูกทำให้ร้อน เขาเสนอชื่อโบฮีเมียมสำหรับธาตุนี้ แต่หลังจากวิเคราะห์แล้วพบว่าตัวอย่างนั้นเป็นส่วนผสมของทังสเตนและวานาเดียม [ ^{51 ] [ 52 ] [ 53 ] การ}อ้างอีกครั้งหนึ่งในปี 1938 โดยนักฟิสิกส์ชาวโรมาเนียHoria Hulubeiและนักเคมีชาวฝรั่งเศสYvette Cauchoisอ้างว่าได้ค้นพบธาตุใหม่นี้ผ่านสเปกโทรสโกปีในแร่ธาตุ พวกเขาตั้งชื่อธาตุของพวกเขาว่าเซควาเนียมแต่การอ้างนั้นถูกปฏิเสธเนื่องจากทฤษฎีที่แพร่หลายในขณะนั้นคือ หากธาตุที่ 93 มีอยู่จริง มันก็จะไม่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเนปทูเนียมมีอยู่จริงในธรรมชาติในปริมาณเล็กน้อย ดังที่แสดงให้เห็นเมื่อพบในแร่ยูเรเนียมในปี พ.ศ. 2495 จึงเป็นไปได้ว่าฮูลูเบและคอชัวส์อาจสังเกตเห็นเนปทูเนียมจริง^{[ 34 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]}

แม้ว่าในปี 1938 นักวิทยาศาสตร์บางคน รวมทั้งนีลส์ โบห์รยังคงลังเลที่จะยอมรับว่าเฟอร์มิได้ค้นพบธาตุใหม่จริง ๆ แต่เขาก็ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในเดือนพฤศจิกายนปี 1938 "สำหรับการสาธิตการมีอยู่ของธาตุกัมมันตรังสีใหม่ที่ผลิตโดยการฉายรังสีนิวตรอน และสำหรับการค้นพบปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องซึ่งเกิดจากนิวตรอนช้า" หนึ่งเดือนต่อมา การค้นพบการแตกตัวของนิวเคลียสโดยฮาห์น ไมต์เนอร์ และออตโต ฟริช ซึ่งแทบจะคาดไม่ถึง ได้ ยุติความเป็นไปได้ที่เฟอร์มิได้ค้นพบธาตุที่ 93 เนื่องจากครึ่งชีวิตที่ไม่ทราบค่าส่วนใหญ่ที่ทีมของเฟอร์มิได้สังเกตนั้น ถูกระบุอย่างรวดเร็วว่าเป็นครึ่งชีวิตของ^{ผลิตภัณฑ์}จากการแตกตัว^{[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]}

บางทีความพยายามที่ใกล้เคียงที่สุดในการผลิตธาตุที่ 93 ที่หายไป อาจเป็นความพยายามที่ดำเนินการโดยนักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่นโยชิโอ นิชินะร่วมกับนักเคมีเคนจิโร คิมูระในปี 1940 ก่อนการปะทุของสงครามแปซิฟิกในปี 1941: พวกเขาระดมยิงยูเรเนียม^-238ด้วยนิวตรอนเร็ว อย่างไรก็ตาม ในขณะที่นิวตรอนช้ามีแนวโน้มที่จะเหนี่ยวนำให้เกิดการจับนิวตรอนผ่านปฏิกิริยา (n, γ) นิวตรอนเร็วมีแนวโน้มที่จะเหนี่ยวนำให้เกิดปฏิกิริยา "น็อคเอาท์" (n, 2n) ซึ่งนิวตรอนหนึ่งตัวจะถูกเพิ่มเข้าไปและอีกสองตัวจะถูกกำจัดออกไป ส่งผลให้มีการสูญเสียนิวตรอนสุทธิหนึ่งตัว นิชินะและคิมูระได้ทดสอบเทคนิคนี้กับ^232Thและประสบความสำเร็จในการผลิต^{231Th ที่รู้จักกันดี} และ^{231Pa ซึ่ง} เป็นอนุพันธ์ของการสลายตัวแบบเบตาที่มีอายุยืนยาว(ทั้งสองเกิดขึ้นในห่วงโซ่การสลายตัวตามธรรมชาติของ235U ⁾ดังนั้น พวกเขาจึงกำหนดค่าครึ่งชีวิต 6.75 วันที่สังเกตได้ใหม่ให้กับไอโซโทป^237U ได้อย่างถูกต้อง พวกเขายืนยันว่าไอโซโทปนี้เป็นตัวปล่อยเบตาเช่นกัน และจะต้องสลายตัวไปเป็นนิวไคลด์ที่ไม่รู้จัก^237Npพวกเขาพยายามแยกนิวไคลด์นี้โดยนำไปรวมกับเรเนียมซึ่งเป็นไอโซโทปที่เบากว่า แต่ไม่พบการสลายตัวแบบเบตาหรืออัลฟาจากส่วนที่มีเรเนียม นิชินะและคิมูระจึงคาดการณ์ได้อย่างถูกต้องว่าครึ่งชีวิตของ^237Npเช่นเดียวกับ^231Paนั้นยาวนานมาก และด้วยเหตุนี้กิจกรรมของมันจึงอ่อนมากจนไม่สามารถวัดได้ด้วยอุปกรณ์ของพวกเขา จึงเป็นการสรุปการค้นหาธาตุทรานส์ยูเรเนียมครั้งสุดท้ายและใกล้เคียงที่สุดที่ไม่ประสบความสำเร็จ^{[ 62 ]}

เมื่อการวิจัยเกี่ยวกับการแตกตัวของนิวเคลียสมีความก้าวหน้าในช่วงต้นปี 1939 เอ็ดวิน แมคมิลแลนจากห้องปฏิบัติการรังสีเบิร์กลีย์มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ตัดสินใจทำการทดลองโดยการยิงยูเรเนียมโดยใช้ไซโคลตรอน ขนาด 60 นิ้ว (1.52 เมตร) ที่ทรงพลัง ซึ่งเพิ่งสร้างเสร็จที่มหาวิทยาลัย จุดประสงค์คือเพื่อแยกผลิตภัณฑ์การแตกตัวต่างๆ ที่เกิดขึ้นจากการยิงโดยใช้ประโยชน์จากแรงมหาศาลที่ชิ้นส่วนต่างๆ ได้รับจากแรงผลักทางไฟฟ้าซึ่งกันและกันหลังจากการแตกตัว แม้ว่าเขาจะไม่ได้ค้นพบสิ่งใดที่น่าสนใจจากการทดลองนี้ แต่แมคมิลแลนได้สังเกตเห็นครึ่งชีวิตของการสลายตัวแบบเบตาใหม่สองค่าในเป้าหมายยูเรเนียมไตรออกไซด์ ซึ่งหมายความว่าสิ่งที่ก่อให้เกิดกัมมันตภาพรังสีนั้นไม่ได้ผลักกันอย่างรุนแรงเหมือนผลิตภัณฑ์การแตกตัวตามปกติ เขาตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าครึ่งชีวิตหนึ่งนั้นใกล้เคียงกับระยะเวลาการสลายตัว 23 นาทีที่ทราบกันดีของยูเรเนียม-239 แต่ครึ่งชีวิตอีกค่าหนึ่งคือ 2.3 วันนั้นยังไม่ทราบ แมคมิลแลนนำผลการทดลองของเขาไปให้นักเคมีและศาสตราจารย์ร่วมที่เบิร์กลีย์อย่างเอมิลิโอ เซเกรเพื่อพยายามแยกแหล่งที่มาของกัมมันตภาพรังสี นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองเริ่มงานโดยใช้ทฤษฎีที่แพร่หลายว่าธาตุที่ 93 จะมีเคมีคล้ายกับรีเนียม แต่เซเกรได้กำหนดอย่างรวดเร็วว่าตัวอย่างของแมคมิลแลนนั้นไม่คล้ายกับรีเนียมเลย ในทางกลับกัน เมื่อเขาทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) โดยมีสารออกซิไดซ์ ที่แรง อยู่ด้วย มันกลับมีพฤติกรรมคล้ายกับธาตุหายากเนื่องจากธาตุเหล่านี้ประกอบเป็นผลิตภัณฑ์ฟิสชันจำนวนมาก เซเกรและแมคมิลแลนจึงตัดสินใจว่าครึ่งชีวิตนั้นต้องเป็นเพียงผลิตภัณฑ์ฟิสชันอีกชนิดหนึ่ง โดยตั้งชื่อบทความว่า "การค้นหาธาตุทรานส์ยูเรเนียมที่ไม่ประสบความสำเร็จ" ^{[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]}

อย่างไรก็ตาม เมื่อมีข้อมูลเกี่ยวกับการแตกตัวของนิวเคลียสมากขึ้น ความเป็นไปได้ที่เศษชิ้นส่วนจากการแตกตัวของนิวเคลียสจะยังคงอยู่ในเป้าหมายก็ลดลง แมคมิลแลนและนักวิทยาศาสตร์หลายคน รวมถึงฟิลิป เอช. อับเบลสันพยายามอีกครั้งที่จะหาสาเหตุของครึ่งชีวิตที่ไม่ทราบค่า ในช่วงต้นปี 1940 แมคมิลแลนตระหนักว่าการทดลองของเขากับเซเกรในปี 1939 ล้มเหลวในการทดสอบปฏิกิริยาเคมีของแหล่งกำเนิดรังสีอย่างเข้มงวดเพียงพอ ในการทดลองใหม่ แมคมิลแลนลองนำสารที่ไม่ทราบชนิดไปทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) ในที่ที่มีตัวรีดิวซ์ซึ่งเป็นสิ่งที่เขาไม่เคยทำมาก่อน ปฏิกิริยานี้ส่งผลให้ตัวอย่างตกตะกอนกับ HF ซึ่งเป็นการกระทำที่ตัดความเป็นไปได้ที่สารที่ไม่ทราบชนิดนั้นจะเป็นโลหะหายากออกไปอย่างเด็ดขาด ไม่นานหลังจากนั้น อับเบลสัน ซึ่งได้รับปริญญาโทจากมหาวิทยาลัย ได้ไปเยี่ยมเบิร์กลีย์ในช่วงวันหยุดสั้นๆ และแมคมิลแลนได้ขอให้นักเคมีที่มีความสามารถมากกว่าช่วยในการแยกผลการทดลอง Abelson สังเกตได้อย่างรวดเร็วว่าสิ่งที่ทำให้เกิดครึ่งชีวิต 2.3 วันนั้นไม่มีเคมีเหมือนธาตุใดๆ ที่รู้จัก และจริงๆ แล้วมีความคล้ายคลึงกับยูเรเนียมมากกว่าโลหะหายาก การค้นพบนี้ในที่สุดก็ทำให้สามารถแยกแหล่งที่มาได้ และต่อมาในปี 1945 นำไปสู่การจัดประเภทของอนุกรมแอคติไนด์ในขั้นตอนสุดท้าย McMillan และ Abelson ได้เตรียมตัวอย่างยูเรเนียมที่ถูกยิงจำนวนมากซึ่งมีครึ่งชีวิต 23 นาทีที่โดดเด่นจาก²³⁹ U และแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าครึ่งชีวิต 2.3 วันที่ไม่ทราบนั้นเพิ่มขึ้นอย่างแข็งแกร่งควบคู่ไปกับการลดลงของกิจกรรม 23 นาทีผ่านปฏิกิริยาต่อไปนี้: ^{[ 66 ]}

${\displaystyle {\ce {{^{238} _ {92} U} + {^ {1 _ {0} n}-> {^ {239} _ {92} U}-> [\ เบต้า ^ {-}] [23\ {\ce {min}}] {^ {239 _ {93} Np}->[\beta ^{-}] [2.355\ {\ce {วัน}}]{^{239__{94}ปู}}}}$(ช่วงเวลาเหล่านั้นคือครึ่งชีวิต )

สิ่งนี้พิสูจน์ได้ว่าแหล่งกำเนิดรังสีที่ไม่รู้จักมีต้นกำเนิดมาจากการสลายตัวของยูเรเนียม และเมื่อรวมกับการสังเกตก่อนหน้านี้ที่ว่าแหล่งกำเนิดนั้นมีคุณสมบัติทางเคมีแตกต่างจากธาตุที่รู้จักทั้งหมด จึงพิสูจน์ได้อย่างไม่ต้องสงสัยเลยว่ามีการค้นพบธาตุใหม่ McMillan และ Abelson ได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยของพวกเขาในบทความชื่อRadioactive Element 93ในPhysical Reviewเมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม พ.ศ. 2483 ^{[ 66 ]}พวกเขาไม่ได้เสนอชื่อสำหรับธาตุนี้ในบทความ แต่ในไม่ช้าพวกเขาก็ตัดสินใจใช้ชื่อว่าเนปทูเนียมเนื่องจากเนปจูนเป็นดาวเคราะห์ดวงถัดจากยูเรนัสในระบบสุริยะซึ่งเป็นที่มาของชื่อยูเรเนียม^{[ 21 ] [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]}ความสำเร็จของ McMillan และ Abelson เมื่อเปรียบเทียบกับการพลาดเป้าของ Nishina และ Kimura สามารถอธิบายได้จากครึ่งชีวิตที่เหมาะสมของ²³⁹ Np สำหรับการวิเคราะห์ทางเคมีรังสีและการสลายตัวอย่างรวดเร็วของ²³⁹ U ซึ่งแตกต่างจากการสลายตัวที่ช้ากว่าของ²³⁷ U และครึ่งชีวิตที่ยาวนานมากของ²³⁷ Np ^{[ 62 ]}

นอกจากนี้ยังพบว่าการสลายตัวแบบเบตาของ²³⁹ Np จะต้องสร้างไอโซโทปของธาตุ 94 (ปัจจุบันเรียกว่าพลูโทเนียม ) แต่ปริมาณที่เกี่ยวข้องในการทดลองดั้งเดิมของ McMillan และ Abelson นั้นมีน้อยเกินไปที่จะแยกและระบุพลูโทเนียมพร้อมกับเนปทูเนียมได้^{[ 71 ] การ}ค้นพบพลูโทเนียมต้องรอจนถึงปลายปี 1940 เมื่อGlenn T. Seaborgและทีมของเขาได้ระบุไอโซโทปพลูโทเนียม-238 ^{[ 72} ]

ในปี พ.ศ. 2485 Hahn และFritz StrassmannและKurt Starkeรายงานการยืนยันธาตุที่ 93 ในเบอร์ลิน โดยอิสระ ^{[ 73 ]}กลุ่มของ Hahn ไม่ได้ศึกษาธาตุที่ 94 ต่อไป ซึ่งอาจเป็นเพราะพวกเขาท้อแท้จากความล้มเหลวของ McMillan และ Abelson ในการแยกธาตุดังกล่าว เนื่องจากในขณะนั้นพวกเขาสามารถเข้าถึงไซโคลตรอนที่ทรงพลังกว่าในปารีสได้ กลุ่มของ Hahn จึงน่าจะสามารถตรวจพบธาตุที่ 94 ได้หากพวกเขาพยายาม แม้ว่าจะในปริมาณเล็กน้อย (ไม่กี่เบคเคอเรล ) ก็ตาม ^{[ 73 ]}

ลักษณะกัมมันตรังสีที่เป็นเอกลักษณ์ของเนปทูเนียมทำให้สามารถติดตามการเคลื่อนที่ของมันผ่านสารประกอบต่างๆ ในปฏิกิริยาเคมีได้ ในตอนแรก นี่เป็นวิธีเดียวที่มีอยู่เพื่อพิสูจน์ว่าเคมีของมันแตกต่างจากธาตุอื่นๆ เนื่องจากไอโซโทปแรกของเนปทูเนียมที่ถูกค้นพบมีครึ่งชีวิตสั้นมาก McMillan และ Abelson จึงไม่สามารถเตรียมตัวอย่างที่ใหญ่พอที่จะทำการวิเคราะห์ทางเคมีของธาตุใหม่โดยใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ในขณะนั้นได้ อย่างไรก็ตาม หลังจากที่Glenn SeaborgและArthur Wahl ค้นพบไอโซโทป ²³⁷ Np ที่มีอายุยืนยาวในปี 1942 การสร้างเนปทูเนียมในปริมาณที่ชั่งน้ำหนักได้จึงกลายเป็นความพยายามที่เป็นไปได้^{[ 21 ] [ 74 ]}ครึ่งชีวิตของมันถูกกำหนดไว้ในตอนแรกว่าประมาณ 3 ล้านปี (ต่อมาแก้ไขเป็น 2.144 ล้านปี) ซึ่งยืนยันการคาดการณ์ของ Nishina และ Kimura เกี่ยวกับครึ่งชีวิตที่ยาวนานมาก^{[ 62 ]}  

การวิจัยเบื้องต้นเกี่ยวกับธาตุนี้ค่อนข้างจำกัด เนื่องจากนักฟิสิกส์นิวเคลียร์และนักเคมีส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาในขณะนั้นมุ่งเน้นไปที่ความพยายามอย่างมากในการวิจัยคุณสมบัติของพลูโทเนียมซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการแมนฮัตตันการวิจัยเกี่ยวกับธาตุนี้ยังคงดำเนินต่อไปในฐานะส่วนเล็ก ๆ ของโครงการ และตัวอย่างเนปทูเนียมจำนวนมากครั้งแรก (ในรูปของเนปทูเนียมไดออกไซด์ ) ถูกแยกได้ในปี พ.ศ. 2487 ^{[ 21 ] [ 74 ] [ 75 ]}

การวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับคุณสมบัติของเนปทูเนียมนับตั้งแต่นั้นมามุ่งเน้นไปที่การทำความเข้าใจวิธีการกักเก็บเนปทูเนียมไว้เป็นส่วนหนึ่งของกากกัมมันตรังสี เนื่องจากมีไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตยาวนานมาก จึงเป็นที่น่ากังวลเป็นพิเศษในบริบทของการออกแบบสิ่งอำนวยความสะดวกในการกักเก็บที่สามารถใช้งานได้นานหลายพันปี พบว่ามีการนำไปใช้ประโยชน์อย่างจำกัดในฐานะตัวติดตามกัมมันตรังสีและสารตั้งต้นสำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่างๆ เพื่อผลิตไอโซโทปพลูโทเนียมที่มีประโยชน์ อย่างไรก็ตาม เนปทูเนียมส่วนใหญ่ที่ผลิตเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยาในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ถือเป็นของเสีย^{[ 21 ] [ 74 ]}

เนปทูเนียมส่วนใหญ่ที่มีอยู่บนโลกในปัจจุบันถูกผลิตขึ้นโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ เนปทูเนียม-237 เป็นไอโซโทปที่สังเคราะห์ได้บ่อยที่สุด เนื่องจากเป็นไอโซโทปเดียวที่สามารถผลิตได้โดยการจับนิวตรอนและยังมีครึ่งชีวิตที่ยาวนานพอที่จะทำให้สามารถแยกปริมาณที่ชั่งน้ำหนักได้ง่าย นอกจากนี้ยังเป็นไอโซโทปที่ใช้กันมากที่สุดในการศึกษาทางเคมีของธาตุนี้อีกด้วย^{[ 31 ]}

• เมื่อ อะตอม ²³⁵ Uจับนิวตรอน มันจะถูกแปลงเป็นสถานะกระตุ้นของ²³⁶ Uประมาณ 85.5% ^{[ 77 ] [ 78 ]}ของ นิวเคลียส ²³⁶ U ที่ถูกกระตุ้นจะเกิดการแตกตัว แต่ส่วนที่เหลือจะสลายตัวกลับสู่สถานะพื้นฐานของ²³⁶ U โดยการปล่อยรังสีแกมมาการจับนิวตรอนเพิ่มเติมจะก่อให้เกิด²³⁷ U ซึ่งมีครึ่งชีวิต 7 วันและสลายตัวอย่างรวดเร็วเป็น²³⁷ Np ผ่านการสลายตัวแบบเบตาในระหว่างการสลายตัวแบบเบตา²³⁷ U ที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยอิเล็กตรอน ในขณะที่ปฏิกิริยาอ่อน ของอะตอม จะเปลี่ยนนิวตรอนเป็นโปรตอนจึงสร้าง²³⁷ Np ขึ้นมา ^{[ 31 ]}

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

• ²³⁷ U ยังผลิตขึ้นผ่านปฏิกิริยา ( n ,2n) กับ²³⁸ Uซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะกับนิวตรอนที่มีพลังงานสูงมากเท่านั้น^{[ 31 ]}
• ²³⁷ Np เป็นผลผลิตจากการสลายตัวแบบอัลฟาของ²⁴¹ Amซึ่งผลิตขึ้นผ่านการฉายรังสีนิวตรอนของยูเรเนียม-238 ^{[ 31 ]}

ไอโซโทปที่หนักกว่าของเนปทูเนียมสลายตัวอย่างรวดเร็ว และไอโซโทปที่เบากว่าของเนปทูเนียมไม่สามารถผลิตได้โดยการจับนิวตรอน ดังนั้นการแยกทางเคมีของเนปทูเนียมจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว ที่เย็นตัวลงจะให้ ²³⁷ Np ที่บริสุทธิ์เกือบทั้งหมด^{[ 31 ]}ไอโซโทปที่หนักกว่าที่มีอายุสั้น²³⁸ Np และ²³⁹ Np ซึ่งมีประโยชน์ในฐานะตัวติดตามกัมมันตรังสีผลิตขึ้นโดยการฉายรังสีนิวตรอนของ²³⁷ Np และ²³⁸ U ตามลำดับ ในขณะที่ไอโซโทปที่เบากว่าที่มีอายุยืนยาวกว่า²³⁵ Np และ²³⁶ Np ผลิตขึ้นโดยการฉายรังสี²³⁵ U ด้วยโปรตอนและดิวเทอรอนในไซโคลตรอน^{[ 31 ]}

^{โลหะ 237} Np เทียมมักจะถูกแยกออกมาโดยผ่านปฏิกิริยาของ²³⁷ NpF กับแบเรียม เหลว หรือลิเธียมที่อุณหภูมิประมาณ 1200  ° Cและมักจะสกัดจากแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ที่ใช้แล้ว ในปริมาณกิโลกรัมเป็นผลพลอยได้จากการผลิตพลูโทเนียม^{[ 34 ]}

2 NpF + 3 Ba → 2 Np + 3 BaF

เมื่อพิจารณาตามน้ำหนัก การปล่อยเนปทูเนียม-237 มีปริมาณประมาณ 5% ของการปล่อยพลูโทเนียม และประมาณ 0.05% ของการปล่อยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว^{[ 79 ]}อย่างไรก็ตาม แม้แต่เศษส่วนนี้ก็ยังมีปริมาณมากกว่าห้าสิบตันต่อปีทั่วโลก^{[ 80 ]}

การกู้คืนยูเรเนียมและพลูโทเนียมจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่เป็นหนึ่งในกระบวนการหลักของวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เนื่องจากมีครึ่งชีวิตยาวนานกว่า 2  ล้านปี^{237 Np} ซึ่งเป็นตัวปล่อยอัลฟา จึงเป็นหนึ่งในไอโซโทปหลักของแอคติไนด์รองที่แยกออกจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว^{[ 81 ]}มีการใช้วิธีการแยกหลายวิธีเพื่อแยกเนปทูเนียม โดยดำเนินการในระดับเล็กและใหญ่ การดำเนินการทำให้บริสุทธิ์ในระดับเล็กมีเป้าหมายเพื่อเตรียมเนปทูเนียมบริสุทธิ์เป็นสารตั้งต้นของเนปทูเนียมโลหะและสารประกอบของมัน และเพื่อแยกและเพิ่มความเข้มข้นของเนปทูเนียมในตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์^{[ 81 ]}

วิธีการส่วนใหญ่ที่ใช้แยกไอออนเนปทูเนียมนั้นใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมทางเคมีที่แตกต่างกันของสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกันของเนปทูเนียม (ตั้งแต่ +3 ถึง +6 หรือบางครั้งอาจถึง +7) ในสารละลาย^{[ 81 ]}วิธีการที่ใช้หรือเคยใช้ ได้แก่การสกัด ด้วยตัวทำละลาย (โดยใช้ สารสกัดต่างๆซึ่งโดยทั่วไปคืออนุพันธ์ β-ไดคีโตนแบบหลายตำแหน่งสารประกอบออร์กาโนฟอสฟอรัสและ สารประกอบ อะมีน ) โครมาโทกราฟีโดยใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออนหรือเรซินคีเลต ต่างๆ การตกตะกอนร่วม ( เมทริกซ์ ที่เป็นไปได้ ได้แก่LaF , BiPO , BaSO , Fe(OH) และMnO ) การตกตะกอนด้วยไฟฟ้าและวิธีการทางชีวเทคโนโลยี^{[ 82 ]}ปัจจุบัน โรงงานแปรรูปเชิงพาณิชย์ใช้กระบวนการ Purex ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสกัดยูเรเนียมและพลูโทเนียมด้วยตัวทำ ละลายไตรบิวทิ ลฟอสเฟต^{[ 76 ]}

เมื่ออยู่ในสารละลายในน้ำ เนปทูเนียมสามารถอยู่ในสถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ทั้งห้าสถานะ (+3 ถึง +7) และแต่ละสถานะจะแสดงสีที่เป็นลักษณะเฉพาะ^{[ 2 ]}ความเสถียรของแต่ละสถานะออกซิเดชันขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ อย่างมาก เช่น การมีอยู่ของ สาร ออกซิไดซ์หรือสารรีดิวซ์ค่า pHของสารละลาย การมีอยู่ของลิแกนด์ ที่ สร้าง สาร เชิงซ้อนและแม้กระทั่งความเข้มข้นของเนปทูเนียมในสารละลาย^{[ 83 ]}

ใน สารละลาย ที่เป็นกรดไอออนเนปทูเนียม(III) ถึงเนปทูเนียม(VII) มีอยู่เป็น Np ³⁺ , Np ⁴⁺ , ​​NpO ⁺ , NpO ²⁺ และNpO ⁺ ใน สารละลาย ที่เป็นเบส ไอออนเหล่านี้จะมีอยู่เป็นออกไซด์และไฮดรอกไซด์ Np(OH) , NpO , NpO OH, NpO (OH) และNpO ³⁻ งานวิจัยเกี่ยวกับการระบุลักษณะของเนปทูเนียมในสารละลายที่เป็นเบสยังไม่มากนัก^{[ 83 ]} Np ³⁺และ Np ⁴⁺สามารถถูกรีดิวซ์และออกซิไดซ์ซึ่งกันและกันได้ง่าย เช่นเดียว^กับ NpO ⁺ และNpO ^{2+ [ 84} ]

เนปทูเนียม(III)

Np(III) หรือ Np ³⁺มีอยู่เป็นสารเชิงซ้อนไฮเดรตในสารละลายกรดNp(H O) ³⁺ . ^{[ 21 ]}มีสีม่วงน้ำเงินเข้มและคล้ายคลึงกับไอออนธาตุหายากสีชมพูPm³⁺ที่ ^{มีสีอ่อนกว่า [ 21 ] [ 85 ]}เมื่อมีออกซิเจน ไอออนนี้จะถูกออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วเป็น Np(IV) เว้นแต่จะมีสารรีดิวซ์ที่แรงอยู่ด้วย อย่างไรก็ตาม ไอออนนี้เป็นที่ไฮไอออนNpOH^{2+ [ 86 ]} Np³⁺เป็นไอออนเนปทูเนียมที่เด่นในสารละลายที่มี pH 4–5 ^{[ 86 ]}

เนปทูเนียม(IV)

Np(IV) หรือ Np ⁴⁺มีสีเหลืองอ่อนอมเขียวในสารละลายกรด^{[ 21 ]}ซึ่งมีอยู่ในรูปของสารเชิงซ้อนไฮเดรต ( Np(H ) O) ⁴⁺ ) มันไม่เสถียรต่อการไฮโดรไลซิสในสารละลายกรดที่ pH 1 ขึ้นไป ทำให้เกิด NpOH^{3+ [ 86 ]}ในสารละลายเบส Np⁴⁺สเพื่อสร้างเนปทูเนียม(IV) ไฮดรอกไซด์ที่เป็นกลาง (Np(OH)) และเนปทูเนียม(IV) ออกไซด์ (NpO) ^{[ 86 ]}

เนปทูเนียม(V)

Np(V) หรือNpO ⁺ มีสีเขียวอมฟ้าในสารละลายในน้ำ^{[ 21 ]}ซึ่งมีพฤติกรรมเป็นกรดลูอิสที่ แรง ^{[ 83 ]}เป็นไอออนที่เสถียร^{[ 83 ]}และเป็นรูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดของเนปทูเนียมในสารละลายในน้ำ ต่างจากโฮโมล็อกข้างเคียงอย่างUO + 2 และ PuO + 2 NpO + ² เกิดการ^แตกเป็น^{สัดส่วน}ธรรมชาติยกเว้นที่ค่า pH ต่ำมากและความเข้มข้นสูง^{[ 84 ]}

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

มันเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสในสารละลายเบสเพื่อสร้างและNpO (OH) ⁻ . ^{[ 86 ]}

เนปทูเนียม(VI)

Np(VI) หรือNpO ²⁺ ซึ่งเป็นไอออนเนปทูนิล จะมีสีชมพูอ่อนหรือสีแดงในสารละลายที่เป็นกรด และมีสีเหลืองอมเขียวในกรณีอื่นๆ^{[ 21 ]}มันเป็นกรดลูอิสที่แรง^{[ 83 ]}และเป็นไอออนเนปทูเนียมหลักที่พบในสารละลายที่มี pH  3–4 ^{[ 86 ]}แม้ว่าจะเสถียรในสารละลายที่เป็นกรด แต่ก็สามารถถูกรีดิวซ์เป็นไอออน Np(V) ได้ค่อนข้างง่าย^{[ 83 ]}และไม่เสถียรเท่ากับไอออนเฮกซาวาเลนต์ที่เป็นโฮโมล็อกของยูเรเนียมและพลูโทเนียมที่อยู่ใกล้เคียง (ไอออนยูรานิลและพลูโทนิล) มันจะไฮโดรไลซิสในสารละลายเบสเพื่อสร้างไอออนออกโซและไฮดรอกโซ NpO OH ⁺ , (NpO ) (OH) ²⁺ และ(NpO ) (OH) ⁺ . ^{[ 86 ]}

เนปทูเนียม(VII)

Np(VII) มีสีเขียวเข้มใน สารละลาย เบส เข้มข้น แม้ว่าสูตรเคมีในสารละลายเบสจะถูกอ้างถึงบ่อยครั้งว่าเป็นNpO ³⁻ แต่เป็นการทำให้ง่ายขึ้น และโครงสร้างที่แท้จริงน่าจะใกล้เคียงกับสารประกอบไฮดรอกโซ เช่น[NpO (OH) ] ³⁻[ ^{21 ] [ 85 ] Np (} VII) ถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกในสารละลายเบสในปี พ.ศ. 2510 ^{[ 83 ]}ใน สารละลาย กรด เข้มข้น Np(VII) พบเป็นNpO ⁺ ; น้ำจะลด Np(VI) อย่างรวดเร็ว^{[ 83 ]}ผลิตภัณฑ์ไฮโดรไลซิสของมันยังไม่ได้รับการระบุลักษณะ^{[ 86 ]}

ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของเนปทูเนียมมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับไอออนของมัน โดยทั่วไป ไฮดรอกไซด์ของ Np ที่ระดับออกซิเดชันต่างๆ จะมีเสถียรภาพน้อยกว่าแอคติไนด์ที่อยู่ก่อนหน้าในตารางธาตุ เช่นธอร์เรียมและยูเรเนียม และมีเสถียรภาพมากกว่าแอคติไนด์ที่อยู่ถัดไป เช่น พลูโทเนียมและอะเมริเซียม ปรากฏการณ์นี้เป็นเพราะเสถียรภาพของไอออนจะเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราส่วนของเลขอะตอมต่อรัศมีของไอออนเพิ่มขึ้น ดังนั้นแอคติไนด์ที่อยู่สูงกว่าในตารางธาตุจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้ ง่ายกว่า ^{[ 83 ] [ 86 ]}

เนปทูเนียม(III) ไฮดรอกไซด์ค่อนข้างเสถียรในสารละลายที่เป็นกรดและในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจน แต่จะออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วเป็นสถานะ IV เมื่อมีอากาศอยู่ มันไม่ละลายในน้ำ^{[ 74 ]}เนปทูเนียม(IV) ไฮดรอกไซด์ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของ Np(OH) ที่เป็นกลางทางไฟฟ้า และความสามารถในการละลายในน้ำเพียงเล็กน้อยนั้นไม่ได้รับผลกระทบจากค่า pH ของสารละลายเลย ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเนปทูเนียม(IV) ไฮดรอกไซด์อีกตัวหนึ่งคือNp(OH) ⁻ นั้นไม่มีอยู่มากนัก^{[ 86 ] [ 87 ]}

เนื่องจากไอออน Np(V) NpO ⁺ มีความเสถียรมาก จึงสามารถเกิดเป็นไฮดรอกไซด์ได้เฉพาะในสภาวะความเป็นกรดสูงเท่านั้น เมื่ออยู่ใน สารละลาย โซเดียมเปอร์คลอเรต 0.1 Mจะไม่เกิดปฏิกิริยาอย่างมีนัยสำคัญเป็นเวลาหลายเดือน แม้ว่าความเข้มข้นโมลาร์ที่สูงกว่า 3.0 M จะทำให้เกิดปฏิกิริยาเป็นไฮดรอกไซด์แข็ง NpO OH เกือบจะในทันที ไฮดรอกไซด์ Np(VI) มีปฏิกิริยามากกว่า แต่ก็ยังค่อนข้างเสถียรในสารละลายกรด มันจะเกิดเป็นสารประกอบ NpO ·H O ในที่ที่มีโอโซน ภายใต้ความดัน คาร์บอนไดออกไซด์ต่างๆNp(VII) ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียด และยังไม่มีรายงานเกี่ยวกับไฮดรอกไซด์ที่เป็นกลาง น่าจะอยู่ในรูปของ[NpO ] เป็นส่วนใหญ่   (OH) ] ³⁻[ ^{86 ] [ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]​}

เนปทูเนียม มีออกไซด์ที่เสถียรสอง ^ชนิดได้แก่NpO2และNp2O5 ^{[ 91} ] มีรายงาน เกี่ยวในเอกสารก่อนหน้านี้ แม้ว่าบางการศึกษาจะชี้ให้เห็นว่าการอ้างถึงNp3O8 เป็นมาจากการวิเคราะห์ Np2O5 ที่ผิดพลาด[ ] ^{[ 93 ] มีการเสนอ} แนะถึง การมีอยู่ของออกไซด์อีกชนิดหนึ่งคือไม่ได้มีการระบุลักษณะอย่างครบถ้วน^[] แม้ว่า เนปทูเนียม ออกไซด์จะยังไม่ถูกผลิต ^แต่เนปทูเนียมออกไซด์จะมีเสถียรภาพมากกว่าในสถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่า พฤติกรรมนี้แสดงให้เห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่า NpO2 ผลิตได้โดยการเผาเกลือเนปทูเนียมของกรดออกซีในอากาศ^{[ 21 ] [ 94 ] [ 95 ] [ 96 ]}

สีเขียวอมน้ำตาลมีความเสถียรสูงในช่วงความดันและอุณหภูมิที่กว้าง และไม่เกิดการเปลี่ยนเฟสที่อุณหภูมิต่ำ อย่างไรก็ตาม มันแสดงการเปลี่ยนเฟสจากลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้าไปเป็นออร์โธรอมบิกที่ความดันประมาณ 33–37  GPa แม้ว่าจะกลับคืนสู่เฟสเดิมเมื่อลดความดันลงก็ตาม มันยังคงเสถียรภายใต้ความดันออกซิเจนสูงถึง 2.84  MPa และอุณหภูมิสูงถึง 400  °C มีสีดำอมน้ำตาลและมีโครงสร้างผลึกแบบโมโนคลินิกโดยมีขนาดแลตติส 418×658×409 พิโคเมตร มันค่อนข้างไม่เสถียรและสลายตัวเป็น NpO₂ O₂ อุณหภูมิ 420–695 °C แม้ว่า Np O ในตอนแรกจะอยู่ภายใต้การศึกษาวิจัยหลายชิ้นที่อ้างว่าผลิตขึ้นด้วยวิธีการที่ขัดแย้งกัน แต่ในที่สุดก็สามารถเตรียมได้สำเร็จโดยการให้ความร้อนแก่เนปทูเนียมเปอร์ออกไซด์ที่อุณหภูมิ 300–350 °C เป็นเวลา 2–3 ชั่วโมง หรือโดยการให้ความร้อนภายใต้ชั้นน้ำในหลอดแก้วที่อุณหภูมิ 180 °C ^{[ 94 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ]}    

เนปทูเนียมยังเกิดสารประกอบออกไซด์จำนวนมากกับธาตุหลากหลายชนิด แม้ว่าออกไซด์ของเนปทูเนียมที่เกิดกับโลหะอัลคาไลและโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธได้การศึกษามากที่สุดก็ตาม ออกไซด์ของเนปทูเนียมแบบสามองค์ประกอบโดยทั่วไปเกิดจากการทำปฏิกิริยาของ NpO₂ ออกไซด์ของธาตุอื่น หรือโดยการตกตะกอนจากสารละลายด่างLi₅NpO₆ได้รับการเตรียมโดยการทำปฏิกิริยาของ Li₂O ที่ 400 C เป็นเวลา 16 ชั่วโมง หรือโดยการทำปฏิกิริยาของ Li₂O₂ กับ · ที่ ° C เป็นเวลา 16 ชั่วโมงในหลอดควอตซ์และออกซิเจนที่ไหลผ่าน สารประกอบเนปทูเนียมอัลคาไล , Cs₃NpO₅ และ Rb₃NpO₅ ล้วนผลิตขึ้นปฏิกิริยาที่ :  

NpO + 3 MO → M NpO   (M = K, Cs, Rb)

สารประกอบออกไซด์ KNpO , CsNpO และ RbNpO เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของ Np(VII) ( [NpO ) (OH) ] ³⁻) ด้วยสารประกอบของไนเตรต โลหะอัลคาไล และโอโซนสารประกอบเพิ่มเติมได้ถูกผลิตขึ้นโดยการทำปฏิกิริยาระหว่าง NpO และน้ำกับอัลคาไลแข็งและเปอร์ออกไซด์ อัลคาไลน์ ที่อุณหภูมิ 400–600  °C เป็นเวลา 15–30 ชั่วโมง สารประกอบบางชนิดได้แก่ Ba (NpO ) , Ba Na NpO และ Ba LiNpO นอกจากนี้ ออกไซด์ของเนปทูเนียมเฮกซาวาเลนต์จำนวนมากยังเกิดขึ้นจากการทำปฏิกิริยาของ NpO ในสถานะของแข็ง กับออกไซด์ของอัลคาไลหรือโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธต่างๆ ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนไหลผ่าน สารประกอบที่ได้หลายชนิดยังมีสารประกอบที่เทียบเท่ากันซึ่งแทนที่เนปทูเนียมด้วยยูเรเนียม สารประกอบบางชนิดที่ได้รับการระบุลักษณะแล้ว ได้แก่ Na 2 2 7 Na NpO , Na NpO และ Na NpO สามารถได้สารประกอบเหล่านี้โดยการให้ความร้อนแก่ NpO และ Na O ในสัดส่วนต่างๆ ที่อุณหภูมิต่างๆ และการให้ความร้อนต่อไปจะทำให้สารประกอบเหล่านี้แสดงอัลโลโทรปของเนปทูเนียมที่แตกต่างกัน ลิเธียมเนปทูเนตออกไซด์ Li NpO และ Li NpO สามารถได้มาจากการทำปฏิกิริยาที่คล้ายคลึงกันของ NpO และ Li O ^{[ 99 ] [ 100 ] [ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]}

สารประกอบออกไซด์ของเนปทูเนียมอัลคาไลและอัลคาไลน์จำนวนมาก เช่น Cs Np O และ Cs Np O ได้รับการระบุลักษณะด้วยวิธีการผลิตที่หลากหลาย นอกจากนี้ยังพบว่าเนปทูเนียมสามารถสร้างออกไซด์สามองค์ประกอบกับธาตุอื่นๆ ในกลุ่มที่ 3 ถึง 7 ได้อีกด้วย แม้ว่าสารประกอบเหล่านี้จะได้รับการศึกษาน้อยกว่ามากก็ตาม^{[ 99 ] [ 107 ] [ 108 ]}

แม้ว่าสารประกอบเนปทูเนียมเฮไลด์จะยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดเท่ากับออกไซด์ของมัน แต่ก็มีจำนวนมากพอสมควรที่ได้รับการระบุลักษณะเฉพาะแล้ว ในบรรดาสารประกอบเหล่านี้ เนปทูเนียมฟลูออไรด์รับการวิจัยอย่างกว้างขวางที่สุด ส่วนใหญ่เป็นเพราะศักยภาพในการนำไปใช้ในการแยกธาตุนี้ออกจากของเสียจากนิวเคลียร์ มีการรายงานสารประกอบเนปทูเนียมฟลูออไรด์แบบไบนารีสี่ชนิด ได้แก่ NpF₃ , NpF₄ NpF₅ NpF₆ ชนิดแรกค่อนข้างเสถียรและถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกในปี 1947 ผ่านปฏิกิริยาต่อไปนี้:

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

2 NpF + O + 2 HF → 2 NpF + H O (400°C)  

ต่อมา NpF ได้รับโดยตรงโดยการให้ความร้อน NpO ที่อุณหภูมิต่างๆ ในส่วนผสมของไฮโดรเจนฟลูออไรด์หรือก๊าซฟลูออรีนบริสุทธิ์ NpF นั้นสร้างได้ยากกว่ามาก และวิธีการเตรียมที่รู้จักส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยาของสารประกอบ NpF หรือ NpF กับสารประกอบฟลูออไรด์อื่นๆ NpF จะสลายตัวเป็น NpF และ NpF เมื่อได้รับความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 320  °C ^{[ 109 ] [ 110 ] [ 111 ] [ 112 ]}

NpF หรือเนปทูเนียมเฮกซาฟลูออไรด์นั้นระเหยง่ายมาก เช่นเดียวกับสารประกอบแอคติไนด์ที่อยู่ใกล้เคียงอย่างยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ (UF ) และพลูโทเนียมเฮกซา ฟลูออไรด์ (PuF ) ความผันผวนนี้ดึงดูดความสนใจอย่างมากต่อสารประกอบนี้ในการพยายามคิดค้นวิธีการที่ง่ายสำหรับการสกัดเนปทูเนียมจากแท่งเชื้อเพลิงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้แล้ว NpF ถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกในปี 1943 โดยการทำปฏิกิริยาระหว่าง NpF และก๊าซฟลูออรีนที่อุณหภูมิสูงมาก และได้ปริมาณมากเป็นครั้งแรกในปี 1958 โดยการให้ความร้อนแก่ NpF และหยดฟลูออรีนบริสุทธิ์ลงไปในอุปกรณ์ที่เตรียมไว้เป็นพิเศษ วิธีการเพิ่มเติมที่ประสบความสำเร็จในการผลิตเนปทูเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ ได้แก่ การทำปฏิกิริยาระหว่างBrF และBrF กับ NpF และการทำปฏิกิริยาระหว่างสารประกอบเนปทูเนียมออกไซด์และฟลูออไรด์หลายชนิดกับไฮโดรเจนฟลูออไรด์ปราศจากน้ำ^{[ 110 ] [ 113 ] [ 114 ] [ 115 ]}

มีการรายงานสารประกอบเนปทูเนียมออกซีฟลูออไรด์ 4 ชนิด ได้แก่ NpO₂F, NpOF₃, NpO₂F₂ และจะไม่มีศึกษาเป็นของแข็งสีชมพูอ่อน และสามารถเตรียมได้โดยการทำปฏิกิริยาระหว่าง NpO₃ H₂O Np₂F₅ ประมาณ 330 °C ส่วน NpOF₃ NpOF₄ สามารถ ผลิตได้โดยการ เนปทูเนียมยังสร้างสารประกอบฟลูออ ไรด์หลากหลายชนิดกับธาตุต่างๆ อีกด้วย สารประกอบบางชนิดที่ได้รับการ , , Na₃NpF₈ และK₃NpO₂F₅ ^{[ 110 ] [ 112 ] [ 116 ] [ 117 ] [ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]} 

มีการระบุลักษณะของเนปทูเนียมคลอไรด์สองชนิด ได้แก่ NpCl₃ และ NpCl₄ แม้ว่าจะมีความพยายามหลายครั้งในการสังเคราะห์ NpCl₅ แต่ก็ไม่ความสำเร็จได้การรีดิวซ์เนปทูเนียมไดออกไซด์ด้วยไฮโดรเจนและคาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl₄ และNpCl₄ผลิตโดยการทำปฏิกิริยาของเนปทูเนียมออกไซด์กับ CCl₄ อุณหภูมิประมาณ 500 °C นอกจากนี้ยังมีการรายงานสารประกอบเนปทูเนียมคลอไรด์อื่นๆ อีก ได้แก่ NpOCl₂ Cs₂NpCl₆ Cs₃NpO₂Cl₄ Cs₂NaNpCl₆ เนปทูเนียมโบรไมด์ NpBr₄ ก็ได้รับการผลิตเช่นกัน โดย NpBr₄ ผลิตได้โดยการทำปฏิกิริยาโบไมด์กับ NpO₂ อุณหภูมิ 350 °C และ ด้วยกระบวนการที่เกือบจะเหมือนกัน แต่มีสังกะสีอยู่ด้วยเนปทูเนียมไอโอไดด์ Np I ได้รับการเตรียมด้วยวิธีเดียวกับ NpBr เช่น กัน ^{[ 121 ] [ 122 ] [ 123 ]}  

สารประกอบเนปทูเนียมแชลโคเจนและพนิคโตเจน ได้รับการศึกษาอย่างละเอียด โดยส่วนใหญ่เป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และแม่เหล็ก และปฏิสัมพันธ์ของสารประกอบเหล่านี้ในสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติ สารประกอบพนิคไทด์และ คาร์ไบด์ก็ได้รับความสนใจเช่นกัน เนื่องจากมีอยู่ในเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขั้นสูงหลายแบบ แม้ว่ากลุ่มหลังจะยังไม่ได้รับการวิจัยมากเท่ากับกลุ่มแรกก็ตาม^{[ 124 ]}

แชลโคเจไนด์

สารประกอบเนปทูเนียม ซัลไฟด์หลากหลายชนิด ได้รับการศึกษาลักษณะ รวมถึงสารประกอบซัลไฟด์บริสุทธิ์ เช่น NpS , NpS3 , , , และNp3S4 ในบรรดาเหล่านี้ซึ่งเตรียมได้จากการทำปฏิกิริยาระหว่าง NpO2 และคาร์บอนไดซัลไฟด์ที่ประมาณ 1000 °C เป็นสารประกอบที่ได้รับการศึกษามากที่สุด และพบว่ามีรูปแบบอัลโลโทรปิกอยู่ 3 รูปแบบ คือ รูปแบบ α มีอยู่ได้ถึงประมาณ 1230 ° รูป β อยู่ได้ถึง 1530 °C และรูปแบบ γ ซึ่งสามารถมีอยู่ได้ในรูปอุณหภูมิสูงกว่า NpS สามารถผลิตได้โดยการทำปฏิกิริยาระหว่างเนปทูเนียมที่อุณหภูมิ 1600 ° C และสามารถเตรียมได้โดยการสลายตัวของ Np₂S₃ อุณหภูมิ 500 °C หรือโดยการทำปฏิกิริยาระหว่างกำมะถันและเนปทูเนียมไฮไดรด์ที่อุณหภูมิ 650 ° C ได้โดยการ ให้ความร้อนแก่ส่วนผสมของ Np₃S₅ 500 °C เนปทูเนียม ซัไฟด์ทั้งหมด ยกเว้นรูปแบบ β และ γ ของ Np₂S₃ โครงสร้างเหมือนกับ ยูเรเนียมซั ล ไฟด์ที่เทียบเท่า รวมถึง NpS, α−Np₂S₃ β− Np₂S₃ ก็มีโครงสร้าง พลูโทเนียมซัลไฟด์ที่เทียบเท่ากันด้วยออกซีซัลไฟด์ NpOS, Np O S และ Np O S ก็ได้รับการผลิตเช่นกัน แม้ว่าสองชนิดหลังจะยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียด NpOS ถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกในปี 1985 โดยการปิดผนึกสุญญากาศ NpO , Np S และกำมะถันบริสุทธิ์ในหลอดควอตซ์แล้วให้ความร้อนที่ 900 °C เป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์^{[ 124 ] [ 125 ] [ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] [ 130 ]}        

สารประกอบ เนปทูเนียมเซเลไนด์ได้รับการรายงาน ได้แก่ NpSe , NpSe3 Np2Se3 Np2Se5 , Np3Se4 Np3Se5 สารประกอบเนียมที่อุณหภูมิต่างๆ ในสภาวะสุญญากาศเป็นเวลานาน และ Np2Se3 เนปทูเนียมออกซีเซเลไนสองชนิด คือ NpOSe และ Np2O2Se ซึ่งเกิดขึ้นวิธีการที่คล้ายคลึงกันโดยการแทนที่เนปทูเนียมไฮไดรด์ด้วยเนปทูเนียมไดออกไซด์ สารประกอบเนปทูเนียม เทลลูไรด์ที่รู้จักกัน ได้แก่Np Te , NpTe , Np Te , Np Te และ Np O Te เกิดขึ้นจากกระบวนการที่คล้ายคลึงกับเซเลไนด์ และ Np O Te มีโครงสร้างเหมือนกับสารประกอบยูเรเนียมและพลูโทเนียมที่เทียบเท่ากัน ยังไม่มีรายงานเกี่ยวกับสารประกอบ เนปทูเนียม -โพโลเนียม^{[ 124 ] [ 130 ] [ 131 ] [ 132 ] [ 133 ]}

ไพนไทด์และคาร์ไบด์

เนปทูเนียมไนไตรด์ (NpN )ถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกในปี 1953 โดยการทำปฏิกิริยาระหว่างเนปทูเนียมไฮไดรด์และก๊าซ แอมโมเนีย ที่อุณหภูมิประมาณ 750  °C ในหลอดแก้วควอตซ์ ต่อมาได้มีการผลิตโดยการทำปฏิกิริยาระหว่างส่วนผสมต่างๆ ของไนโตรเจนและไฮโดรเจนกับโลหะเนปทูเนียมที่อุณหภูมิต่างๆ นอกจากนี้ยังผลิตได้โดยการรีดิวซ์เนปทูเนียมไดออกไซด์ด้วย ก๊าซ ไนโตรเจนไดอะตอมิกที่ 1550  °C NpN มีโครงสร้างผลึกเหมือนกับยูเรเนียมโมโนไนไตรด์ (UN) และพลูโทเนียมโมโนไนไตรด์ (PuN) และมีจุดหลอมเหลวที่ 2830  °C ภายใต้ความดันไนโตรเจนประมาณ 1 MPa มีการรายงานสารประกอบเนปทูเนียมฟอสไฟด์สองชนิด ได้แก่ Np₃P และ Np₃P₄ ชนิดแรกมีแบบศูนย์กลางหน้า และเตรียมได้โดยการเปลี่ยนโลหะเนปทูเนียมให้เป็นผงแล้วทำปฏิกิริยากับ ก๊าซ ฟอสฟีนที่ 350  °C Np P สามารถผลิตได้โดยการทำปฏิกิริยาระหว่างโลหะเนปทูเนียมกับฟอสฟอรัสแดงที่อุณหภูมิ 740  °C ในสภาวะสุญญากาศ จากนั้นปล่อยให้ฟอสฟอรัสส่วนเกินระเหยออกไป สารประกอบนี้ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ แต่จะทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกเพื่อผลิตสารละลาย Np(IV) ^{[ 134 ] [ 135 ] [ 136 ]}

ได้มีการเตรียมสารประกอบ เนปทูเนียม อาร์เซไนด์ 3 ชนิด NpAs, NpAs₂ และ Np₃As₄ สองชนิดผลิตโดยการให้ความร้อนแก่อาร์เซนิกและเนปทูเนียมไฮไดรด์ในหลอดสุญญากาศเป็นเวลาประมาณหนึ่งสัปดาห์ ต่อมา NpAs ก็ถูกผลิตขึ้นโดยการกักเก็บโลหะเนปทูเนียมและอาร์เซนิกไว้ในหลอดสุญญากาศ แยกออกจากกันด้วยเยื่อควอตซ์ และให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของเนปทูเนียมเล็กน้อยที่ 639 °C ซึ่งสูงกว่าจุดระเหิดของอาร์เซนิกเล็กน้อยที่ 615 ° Np₃As₄ เตรียมขึ้นโดยกระบวนการที่คล้ายกันโดยใช้ไอโอดีนเป็นนำพา ผลึก NpAs₂ มีสีน้ำตาลทอง และNp₃As₄ ดำ สารประกอบ เนปทูเนียมแอนติโมไนด์ Np Sbถูกผลิตขึ้นในปี 1971 โดยการวางธาตุทั้งสองในปริมาณเท่ากันลงในหลอดสุญญากาศ ให้ความร้อนจนถึงจุดหลอมเหลวของแอนติโมนี แล้วให้ความร้อนต่อไปอีกที่ 1000 °C เป็นเวลาสิบหกวัน กระบวนการนี้ยังผลิตสารประกอบแอนติโมไนด์เพิ่มเติม Np Sb ในปริมาณเล็กน้อยอีกด้วย นอกจากนี้ยังมีการรายงานสารประกอบเนปทูเนียม- บิสมัท NpBi อีกด้วย ^{[ 134 ] [ 135 ] [ 137 ] [ 138 ] [ 139 ] [ 140 ]}   

มีการรายงานเกี่ยวกับเนปทูเนียมคาร์ไบด์ NpC, Np2C3 และ NpC2 (เบื้องต้น) แต่ยังไม่ได้ระบุลักษณะโดยละเอียด แม้ว่าแอคติไนด์คาร์ไบด์จะมีความสำคัญและมีประโยชน์อย่างมากในฐานะเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขั้นสูงก็ตาม NpC เป็นสารประกอบไม่เป็นไปตามทางเคมีอาจระบุได้ดีกว่าเป็น NpCx 0.82 ≤ x ≤ 0.96) อาจได้มาจากการทำปฏิกิริยาของเนปทูเนียมไฮไดรด์กับกราไฟต์ที่อุณหภูมิ 1400 °C หรือโดยการให้ความร้อนองค์ประกอบต่างๆ เข้าด้วยกันในเตาหลอมไฟฟ้าโดยใช้ อิเล็กโทรด ทังสเตนมันทำปฏิกิริยากับคาร์บอนส่วนเกินเพื่อสร้าง Np2C3 บริสุทธิ์จากการให้ความร้อน NpO2 เบ้าหลอมกราไฟต์ที่อุณหภูมิ2660–2800 ^° C ^{[ 134[ 135 ] [ 141 ] [ 142 ]}  

ไฮไดรด์

เนปทูเนียมทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนในลักษณะที่คล้ายคลึงกับพลูโทเนียมที่อยู่ใกล้เคียง โดยสร้างไฮไดรด์ NpH ( ลูกบาศก์ศูนย์กลางหน้า ) และ NpH ( หกเหลี่ยม ) ซึ่งมีโครงสร้างเหมือนกับไฮไดรด์ของพลูโทเนียมที่สอดคล้องกัน แม้ว่าจะไม่เหมือนกับ PuH ตรงที่ พารามิเตอร์แลตติซของ NpH จะมีค่ามากขึ้นเมื่อปริมาณไฮโดรเจน ( x ) เพิ่มขึ้น ไฮไดรด์เหล่านี้ต้องการความระมัดระวังอย่างยิ่งในการจัดการ เนื่องจากจะสลายตัวในสุญญากาศที่อุณหภูมิ 300  °C กลายเป็นโลหะเนปทูเนียมที่ละเอียดมาก ซึ่งติดไฟได้^{[ 143 ]}

ฟอสเฟต ซัลเฟต และคาร์บอเนต

เนื่องจากเนปทูเนียมฟอสเฟต มีความเสถียรทางเคมี จึงมีการศึกษาถึงศักยภาพในการนำไปใช้ในการตรึงกากกัมมันตรังสี เนปทูเนียมไพโรฟอสเฟต (α-NpP₂O₇ ) ของแข็งสีเขียว ได้ถูกผลิตขึ้นในปฏิกิริยาระหว่างเนปทูเนียมไดออกไซด์และโบรอนฟอสเฟตที่อุณหภูมิ 1100  °C แม้ว่าเนปทูเนียม(IV) ฟอสเฟตยังคงหาได้ยากจนถึงปัจจุบัน สารประกอบในชุด NpM₂ PO₄ ₃ ที่ M คือโลหะอัลคาไล ( Li , Na , K , RbหรือCs ) นั้นเป็นที่รู้จักกันดีแล้ว นอกจากนี้ ยังมีการศึกษาลักษณะของเนปทูเนียมซัลเฟต บางชนิด ทั้งในรูปสารละลายและของแข็ง และในสถานะออกซิเดชันต่างๆ ของเนปทูเนียม (พบตั้งแต่ IV ถึง VI) นอกจากนี้ ยังมีการศึกษา คาร์บอเนต ของเนปทูเนียม เพื่อให้เข้าใจพฤติกรรมของเนปทูเนียมในแหล่งกักเก็บทางธรณีวิทยาและสิ่งแวดล้อมได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งอาจสัมผัสกับสารละลายคาร์บอเนตและไบคาร์บอเนตในน้ำและก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนที่ละลายได้^{[ 144 ] [ 145 ]}

สารประกอบออร์กาโนเนปทูเนียมบางชนิดเป็นที่รู้จักและระบุลักษณะทางเคมีแล้ว แม้ว่าจะไม่มากเท่ากับยูเรเนียมเนื่องจากเนปทูเนียมหายากและมีกัมมันตภาพรังสี สารประกอบออร์กาโนเนปทูเนียมที่รู้จักกันดีที่สุดคือ สารประกอบไซโคลเพนตา ไดอีนิลและไซโคลออกตาเตตราอีนิลและอนุพันธ์ของสารประกอบเหล่านี้^{[ 146 ]}สารประกอบไซโคลเพนตาไดอีนิลไตรวาเลนต์ Np(C H ) · THFได้รับในปี 1972 จากการทำปฏิกิริยาของ Np(C H ) Cl กับโซเดียมแม้ว่า Np(C H ) ที่เรียบง่ายกว่าจะไม่สามารถได้มา^{[ 146 ]}เนปทูเนียมไซโคลเพนตาไดอีนิลเตตระวาเลนต์ ซึ่งเป็นสารเชิงซ้อนสีน้ำตาลแดง ได้รับการสังเคราะห์ในปี 1968 โดยการทำปฏิกิริยาของเนปทูเนียม(IV) คลอไรด์กับโพแทสเซียมไซโคลเพนตาไดอีนิไดด์: ^{[ 146 ]}

NpCl + 4  KC H → Np(C H ) + 4  KCl

ละลายได้ในเบนซีนและTHFและมีความไวต่อออกซิเจนและน้ำน้อยกว่าPu (C H ) และAm (C H ) ^{[ 146} ] สารประกอบไซโค ^ลเพนตาไดอีนิล Np(IV) อื่นๆ เป็นที่รู้จักจากลิแกนด์ หลายชนิด โดยมีสูตรทั่วไปคือ (C H ) NpL โดยที่ L แทนลิแกนด์^{[ 146 ]}เนปทูโนซีน Np(C H ) ถูกสังเคราะห์ขึ้นในปี 1970 โดยการทำปฏิกิริยาระหว่างเนปทูเนียม(IV) คลอไรด์กับ K (C H ) มันมีโครงสร้างเหมือนกับยูราโนซีนและพลูโตโนซีนและมีพฤติกรรมทางเคมีเหมือนกันทุกประการ สารประกอบทั้งสามชนิดนี้ไม่ไวต่อน้ำหรือเบสเจือจาง แต่ไวต่ออากาศ ทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างออกไซด์ และละลายได้เพียงเล็กน้อยในเบนซีนและโทลูอีน^{[ 146 ]}อนุพันธ์ไซโคลออกตาเตตราอีนิลของเนปทูเนียมที่รู้จักอื่นๆ ได้แก่ Np(RC H ) (R = เอทานอล , บิวทานอล ) และ KNp(C H )·2THF ซึ่งมีโครงสร้างเหมือนกับสารประกอบพลูโตเนียมที่สอดคล้องกัน^{[ 146 ]}นอกจากนี้ ยังมีการเตรียมเนปทูเนียมไฮโดรคาร์บิลและสารเชิงซ้อนไตรไอโอไดด์ที่ละลายของเนปทูเนียมเป็นสารตั้งต้นของสารประกอบออร์กาโนเนปทูเนียมและสารประกอบเนปทูเนียมอนินทรีย์หลายชนิด^{[ 146 ]}

มีความสนใจอย่างมากในเคมีเชิงการประสานงานของเนปทูเนียม เนื่องจากสถานะออกซิเดชันทั้งห้าของมันต่างก็แสดงพฤติกรรมทางเคมีที่โดดเด่นเฉพาะตัว และเคมีเชิงการประสานงานของแอคติไนด์ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการหดตัวของแอคติไนด์ (การลดลงของ รัศมีไอออนิกที่มากกว่าที่คาดไว้ ในอนุกรมแอคติ ไนด์ ซึ่งคล้ายคลึงกับการหดตัวของแลนทาไน ด์ ) ^{[ 147 ]}

การใช้งานที่สำคัญอย่างหนึ่งของ²³⁷ Np คือการใช้เป็นสารตั้งต้นใน การผลิต พลูโทเนียม-238โดยจะฉายรังสีด้วยนิวตรอนเพื่อสร้าง²³⁸ Puซึ่งเป็นตัวปล่อยอัลฟาสำหรับเครื่องกำเนิดความร้อนไอโซโทปรังสีสำหรับยานอวกาศและการใช้งานทางทหาร²³⁷ Np จะจับนิวตรอนเพื่อสร้าง²³⁸ Np และสลายตัวแบบเบตาโดยมีครึ่งชีวิตเพียงสองวันกว่าๆ กลายเป็น²³⁸ Pu ^{[ 149 ]}

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

²³⁸ Pu ยังมีอยู่ในปริมาณมากในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วแต่จะต้องแยกออกจากไอโซโทปอื่นๆ ของพลูโทเนียม [ ^{150 ] การ}ฉายรังสีเนปทูเนียม-237 ด้วยลำแสงอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้เกิดเบร็มส์ตรัลลุงยังผลิตตัวอย่างไอโซโทปพลูโทเนียม-236 ที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ ซึ่งมีประโยชน์ในการใช้เป็นตัวติดตามเพื่อกำหนดความเข้มข้นของพลูโทเนียมในสิ่งแวดล้อม^{[ 150 ]}

เนปทูเนียมสามารถแตกตัวได้และในทางทฤษฎีสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วหรืออาวุธนิวเคลียร์ได้โดยมีมวลวิกฤตประมาณ 60 กิโลกรัม^{[ 80 ]}ในปี 1992 กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาได้เปิดเผยข้อความที่ว่าเนปทูเนียม-237 "สามารถใช้สำหรับอุปกรณ์ระเบิดนิวเคลียร์ได้" ^{[ 151 ]}เชื่อกันว่าไม่เคยมีการสร้างอาวุธจริงโดยใช้เนปทูเนียมมาก่อน ณ ปี 2009 การผลิตเนปทูเนียม-237 ทั่วโลกโดยเครื่องปฏิกรณ์ไฟฟ้าเชิงพาณิชย์มีมากกว่า 1,000 มวลวิกฤตต่อปี แต่การสกัดไอโซโทปจากองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่ผ่านการฉายรังสีจะเป็นงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่^{[ 152 ]}

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2545 นักวิจัยที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอะลามอสได้ผลิตมวลวิกฤต นิวเคลียร์ที่รู้จักกันเป็นครั้งแรก โดยใช้เนปทูเนียมในปริมาณมากร่วมกับเปลือกของยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ ( ยูเรเนียม-235 ) พบว่ามวลวิกฤตของทรงกลมเปล่าของเนปทูเนียม-237 "มีน้ำหนักตั้งแต่ 50 กว่ากิโลกรัมไปจนถึง 60 กว่ากิโลกรัม" ^{[ 153 ]}ซึ่งแสดงให้เห็นว่า "เป็นวัสดุระเบิดที่ดีพอๆ กับ [ยูเรเนียม-235]" ^{[ 30 ] รัฐบาลกลางของสหรัฐอเมริกาได้วางแผนใน เดือน}มีนาคม พ.ศ. 2547 เพื่อย้ายเนปทูเนียมที่แยกแล้วของอเมริกาไปยังสถานที่กำจัดกากกัมมันตรังสีในเนวาดา [ ^{152 ]}

²³⁷ Np ใช้ในอุปกรณ์ตรวจจับนิวตรอนพลังงานสูง (MeV) ^{[ 154 ]}