Protactiniu

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 12 decembrie 2021; verificările necesită 7 modificări .

Protactiniu
←  Toriu | Uranus  →
91 Relatii cu publicul ↑ Pa ↓ (Uqp) 91Pa _
Aspectul unei substanțe simple
Cristale de protactiniu metalic crescut prin transport chimic
Proprietățile atomului
Nume, simbol, număr	Protactiniu / Protactiniu (Pa), 91
Grup , punct , bloc	3 (învechit 3), 7, element f
Masa atomica ( masa molara )	231.03588(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Configuratie electronica	[Rn] 5f 2 6d 1 7s 2
Raza atomului	ora 161
Proprietăți chimice
Raza ionică	(+5e) 89 (+3e) 113  pm
Electronegativitatea	1,5 (scara Pauling)
Potențialul electrodului	Th←Th 4+ -1,83V Th←Th 2+ 0,7V
Stări de oxidare	+2, +3, +4, +5
Energia de ionizare (primul electron)	568 (5,89)  kJ / mol  ( eV )
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple
Densitate (la n.a. )	15,37 g/cm³
Temperatură de topire	2113K (1840  ° C )
Temperatura de fierbere	4300K ​​(4027  ° C )
Oud. căldură de fuziune	16,7 kJ/mol
Oud. căldură de evaporare	481,2 kJ/mol
Capacitate de căldură molară	27,7 [2]  J/(K mol)
Volumul molar	15,0 (22 kg 602 g)  cm³ / mol
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple
Structura de zăbrele	tetragonală
Parametrii rețelei	a=3,925 c=3,238 [3]
raport c / a	0,82
numar CAS	7440-13-3

91	Protactiniu
Pa231,0359
5f 2 6d 1 7s 2

Protactiniu ( simbol chimic  - Pa , din lat.  Protactiniu , nume învechit - protoactiniu ) - un element chimic al grupului al 3-lea (conform clasificării învechite  - un subgrup lateral al celui de-al treilea grup, IIIB) al perioadei a șaptea a sistemului periodic a elementelor chimice ale lui D. I. Mendeleev , cu număr atomic 91.

Aparține familiei actinidelor .

Substanța simplă protactiniu este un metal radioactiv  dens de culoare gri deschis .

Istorie

În 1913, Casimir Fajans și Oswald Helmut Goering au descoperit izotopul UX 2 ( 234 Pa) în produșii de descompunere ai uraniului cu un timp de înjumătățire de aproximativ 1 minut. și a numit elementul „ breve ” (din latinescul  brevis  – „scurt” sau „scurt”) din cauza timpului de înjumătățire scurt al unui anumit izotop studiat, adică protactiniu-234 ( 234 Pa). Un izotop de protactiniu mai stabil ( 231 Pa) a fost descoperit în 1917/18 de Otto Hahn și Lise Meitner . Ei au ales numele de „ proto-actiniu ” (proto-actiniu), dar în 1949 IUPAC l-a numit în cele din urmă „protactiniu” și a confirmat că Hahn și Meitner au fost descoperitorii. Noul nume însemna „ precursorul (nuclear) [4] al actiniului” și reflecta că actiniul este un produs al dezintegrarii radioactive a protactiniului. John Arnold Cranston, care a lucrat cu Frederick Soddy și Ada Hitchins, este, de asemenea, creditat cu descoperirea celui mai stabil izotop în 1915, dar a întârziat să anunțe acest lucru din cauza unei apelări pentru Primul Război Mondial [5] .

Black, Hahn și Meitner au descoperit apoi că UX 2 era similar în proprietăți cu tantalul . În 1918, Hahn și Meitner în smoală de uraniu și, în mod independent, Soddy și Cranston, au descoperit un izotop cu viață lungă de protactiniu, numit așa pentru că era un precursor al actiniului .

Fiind în natură

Depozite

Protactinium este o parte a minereurilor de uraniu, care se află în SUA , Suedia , Congo , Spania , Republica Cehă , Africa de Sud , Rusia , Canada , Maroc .

Originea numelui

Deoarece protactiniul servește ca strămoș al actiniului ( 227 Ac se formează în timpul dezintegrarii α a 231 Pa ), i s-a dat numele modern.

Proprietăți fizice

Configurația electronică completă a atomului de protactiniu este: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 5f 2 7 6 d 2 1 .

Protactiniul este un metal solid, radioactiv , de culoare gri deschis, care se apropie de uraniu ca duritate. La o temperatură de 2 K, are supraconductivitate .

Protactiniul metalic cristalizează în sistemul tetragonal . La 1170 °C are loc o modificare cubică centrată pe corp.

Proprietăți chimice

Protactiniul este un metal actinoid dens, cenușiu argintiu, care reacționează ușor cu oxigenul , vaporii de apă și acizii anorganici . Formează diferiți compuși chimici , în care protactiniul este de obicei prezent în starea de oxidare +5 , dar poate fi și în stările de oxidare +4 și chiar +3 și +2. Concentrațiile de protactiniu din scoarța terestră sunt de obicei de câteva părți per trilion , dar în unele zăcăminte de minereu de uraninit , concentrațiile pot ajunge la câteva părți per milion.

Protactiniul din aer este de obicei acoperit cu o peliculă subțire de monoxid. Reacționează ușor cu hidrogenul la 250-300 °C, formând o hidrură PaH3 . Cu iod , formează ioduri volatile de compoziție complexă.

Izotopi

Cel mai longeviv și mai abundent (aproape 100%) izotop natural al protactiniului, protactinium-231, are un timp de înjumătățire de 32.760 de ani și este un produs de descompunere al uraniului-235 . Urme mult mai mici de protactiniu-234 de scurtă durată și izomerul său nuclear protactiniu-234m apar în lanțul de descompunere a uraniului-238 . Protactiniul-233 este rezultatul descompunerii toriului - 233; această degradare este folosită pentru a produce uraniu-233 prin iradierea cu neutroni a toriu-232. Este un intermediar nedorit în reactoarele nucleare pe bază de toriu și, prin urmare, este îndepărtat din miezul reactorului în timpul procesului de reproducere. Analiza concentrațiilor relative ale diferiților izotopi de uraniu , toriu și protactiniu în apă și minerale este utilizată în datarea radioizotopică a sedimentelor cu o vechime de până la 175.000 de ani și în modelarea diferitelor procese geologice.

Proprietăți radioactive ale unor izotopi de protactiniu:

Numar de masa	Jumătate de viață	Tip de dezintegrare
224	0,6 sec.	α
225	2,0 sec.	α
226	1,8 sec.	α
227	38,3 min.	α (15%), captura electronică (85%)
228	ora 22	α (2%), captură electronică (98%)
229	1,4 zile	α (0,25%), captură electronică (99%)
230	17 zile	β − (10%), captarea electronilor (90%), α (0,003%), β + (0,03%)
231	32480±260 ani	α
232	1,31 zile	β −
233	27,4 zile	β −
234 M (UX 2 )	1,18 min.	β −
234 (UZ)	6,7 ore.	β −
235	23,7 min.	β −
236	12,5 min.	β −
237	10,5 min (?) / 39 min.	β −

Obținerea

Din surse naturale - reziduuri de la prelucrarea smoală de uraniu - puteți obține doar 231 Pa. În plus, 231 Pa poate fi obținut prin iradierea a 230 Th cu neutroni lenți:

230 Th(n, γ) 231 Th (β − dezintegrare, T 1/2 = 25,6 h) → 231 Pa

sau când sunt iradiate cu 232 Th de neutroni rapizi conform reacţiei

232 Th(n, 2n) 231 Th (β − dezintegrare, T 1/2 = 25,6 h) → 231 Pa

Izotopul 233 Pa se obține și din toriu:

232 Th(n, γ) 233 Th (β − dezintegrare, T 1/2 = 23,5 min.) → 233 Pa

Protactiniul metalic se obține prin reducerea PaF 4 cu vapori de bariu sau calciu la 1400–1500°C.

Aplicație

Din cauza deficitului de protactiniu, a radioactivității și a radiotoxicității sale ridicate, în prezent nu își găsește utilizare în afara cercetării științifice, iar în acest scop se obține în principal din combustibil nuclear uzat. Folosit ca aditiv pentru alimentarea cu uraniu.

Dezintegrarea radioactivă a activității în exces a radionuclizilor fii 230 Th și 231 Pa peste izotopii de uraniu părinte din coloana sedimentară este utilizată pentru a determina vârsta sedimentelor de fund [6] .

Rolul biologic și caracteristicile muncii experimentale

MPC pentru 231 Pa în aerul spațiilor de lucru este de 5,6⋅10 −4 Bq/m³ [7] . În Germania 3⋅10 -4  Bq/m 3 . [opt]

Toate lucrările cu 231 Pa sunt permise numai într-o torpedou sigilată. În corpul uman, tinde să se acumuleze în rinichi, ficat și oase.

Toxicitate

Protactiniul, în funcție de compoziția izotopică, are radiotoxicitate medie, mare și foarte mare [9] . Pe lângă toxicitatea sa imediată, protactiniul este radioactiv, iar atunci când se descompune, emite particule alfa cu o energie de 5 MeV. Sunt reținute eficient de un strat subțire de orice substanță, inclusiv pielea, prin urmare, nu prezintă un pericol semnificativ pentru sănătate. Cu toate acestea, atunci când este ingerat, ²³¹Pa provoacă daune semnificative organismului, în principal din cauza produselor de fisiune.

Faptul este că 231 Pa în sine are un timp de înjumătățire lung (33 de tone), ceea ce înseamnă radioactivitate scăzută: doar 0,048 Ci / g. Produșii săi de descompunere sunt, de asemenea, izotopi instabili, în mare parte de scurtă durată, ceea ce înseamnă că sunt foarte radioactivi. După ce a emis o particulă alfa, atomul de protactiniu-231 se transformă în 227 Ac, ( t 1⁄2 = 22 ani, activitate 73 Ci / g.) Asta, la rândul său, în 227 Th ( t 1⁄2 = 19 zile, activitate 31.000 Ci / g.) Principalele produse ale lanțului de fisiune sunt rezumate în tabel:

Izotop	231Pa _	227ac _	227th _	223 Ra	219 Rn	215 Po	211Pb _	211 Bi	207Tl _
Activitate ( Ci /g)	0,048	73	31 000	52 000	1,3⋅10 10	3⋅10 13	2,5⋅10 7	4,2⋅10 8	1,9⋅10 8
Tip de dezintegrare	α	α, β	α	α	α	α	β	α, β	β
Jumătate de viață	33 de mii de litri	22	19 zile	11 zile	4 s.	1,8 ms.	36 min.	2,1 min.	4,8 min.

Este ușor de observat că radioactivitatea totală a tuturor participanților din acest lanț este pur și simplu enormă.

Protactiniul se găsește în urme în majoritatea produselor naturale. Intră în organism cu alimente, apă, inhalat cu aer. Doar 0,05% este absorbit din tractul gastrointestinal în sânge. 40% din substanța care intră în circulația sistemică se depune în oase, 15% în ficat, 2% în rinichi. Restul este excretat în fecale și urină.

Timpul de înjumătățire este foarte diferit pentru diferite țesuturi: pentru oase este de 50 de ani. În alte organe, cinetica este complexă; este posibil să se distingă în mod condiționat componentele rapide și lente. Deci 70% din protactiniul care a intrat în ficat au T 1/2 = 10 zile, pentru restul de 30% - 60 de zile. În rinichi 20% ( T 1/2 = 10 zile) și 80% (60 de zile).

În aceste organe, datorită radioactivității, protactiniul contribuie la apariția bolilor oncologice. [10] [8]

Cantitatea maximă sigură de protactiniu atunci când intră în corpul uman este de 0,03 μCi (1,1 kBq), ceea ce corespunde la 0,5 μg [11] .

Afirmația omniprezentă „Protactiniul este de 250 de milioane de ori mai toxic decât acidul cianhidric” este, aparent, o iluzie [12]

Note

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Greutăți atomice ale elementelor 2011 (Raport tehnic IUPAC  )  // Chimie pură și aplicată . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Editorial: Zefirov N. S. (redactor-șef). Enciclopedia chimică: în 5 vol. - Moscova: Enciclopedia sovietică, 1995. - T. 4. - P. 111. - 639 p. — 20.000 de exemplare.  - ISBN 5-85270-039-8.
3. ↑ WebElements Tabel periodic al elementelor | Protactiniu | structuri cristaline . Data accesului: 10 august 2010. Arhivat din original la 22 iulie 2010. (nedefinit)
4. ↑ Protactinium Arhivat 29 iulie 2020 la Wayback Machine // hpschapters.org
5. ↑ John Arnold Cranston Arhivat 11 martie 2020 la Wayback Machine // Universitatea din Glasgow
6. ↑ Kuznetsov V.Yu., Arslanov Kh.A. , Kozlov V.B., Maksimov F.E., Savelyeva L.A., Chernov S.B., Baranova N.G. Copie de arhivă din 26 ianuarie 2021 la Wayback Machine din St Petersburg // Bulletin Universitatea, Nr. 2 / 2003
7. ↑ Enciclopedia chimică / Colegiul editorial: Knunyants I.L. şi altele.- M . : Enciclopedia sovietică, 1995. - T. 4. - 639 p. — ISBN 5-82270-092-4 .
8. ↑ 1 2 R. Grossmann, H.J. Maier, J. Szerypo, H.U. Friebel. Pregătirea țintelor de 231Pa  //  Instrumente și metode nucleare în cercetarea fizicii Secțiunea A: Acceleratoare, spectrometre, detectoare și echipamente asociate. — 2008-06. — Vol. 590 , iss. 1-3 . — P. 122–125 . - doi : 10.1016/j.nima.2008.02.084 . Arhivat din original pe 15 iunie 2020.
9. ↑ Substanțe chimice nocive. Substante radioactive: Ref. ed. / V.A. Bazhenov, L. A. Buldakov, I. Ya. Vasilenko și alții; Sub. ed. V. A. Filova şi alţii.- L .  : Chimie, 1990. - S. 35, 181. - ISBN 5-7245-0216-X .
10. ↑ Laboratorul Național Argonne. Fișă informativă privind sănătatea umană, august 2005  (ing.) (7 martie 2008).
11. ↑ Palshin E.S., Myasoedov B.F., Davydov A.V. Chimia analitică a protactiniului. - M . : Editura „Nauka”, 1968. - S. 15. - 240 p. — (Chimia analitică a elementelor). - 2200 de exemplare.
12. ↑ Discuție: Protactinium#Eroare în sursa ACP

Link -uri

• Protactinium pe Webelements
• Protactinium la Biblioteca Populară a Elementelor Chimice

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Britannica (online) Treccani Universalis
În cataloagele bibliografice	GND : 4175981-3 J9U : 987007541390005171 LCCN : sh85107634

Compușii de protactiniu

Bromură de protactiniu (IV) ( PaBr4 ) Bromură de protactiniu(V) ( PaBr5 ) Hidrură de protactiniu (PaH 3 ) Hidroxid de protactiniu(V) (Pa(OH) 5 ) Iodură de protactiniu (IV) ( PaI4 ) Iodură de protactiniu(V) ( PaI5 ) Nitrură de protactiniu (PaN) Dinitrură de protactiniu (PaN 2 ) Oxid de protactiniu (II) (PaO) Oxid de protactiniu(IV) ( PaO2 ) Oxid de protactiniu(V) (Pa 2 O 5 ) Selenat de protactiniu(V) ( H3PaO ( SeO4 ) 3 ) Sulfat de protactiniu (V) ( H3PaO ( SO4 ) 3 ) Fluorura de protactiniu(IV) ( PaF4 ) Fluorura de protactiniu(V) ( PaF5 ) Clorura de protactiniu(IV) ( PaCl4 ) Clorura de protactiniu(V) ( PaCl5 )

Sistem periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev

unu 2                             3 patru 5 6 7 opt 9 zece unsprezece 12 13 paisprezece cincisprezece 16 17 optsprezece unu H   El 2 Li Fi   B C N O F Ne 3 N / A mg   Al Si P S Cl Ar patru K Ca   sc Ti V Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga GE La fel de Se Br kr 5 Rb Sr   Y Zr Nb lu Tc Ru Rh Pd Ag CD În sn Sb Te eu Xe 6 Cs Ba La Ce Relatii cu publicul Nd P.m sm UE Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb lu hf Ta W Re Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po La Rn 7 pr Ra AC Th Pa U Np Pu A.m cm bk cf Es fm md Nu lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og   Metale alcaline metale alcalino-pământoase Lantanide Actinide metale de tranziție metale ușoare Semimetale nemetale Halogeni gaze nobile

Seria de activitate electrochimică a metalelor
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , Th , Np , U , Hf , Be , Al , Ti , Zr , Yb , Mn , V , Nb , Pa , Cr , Zn , Ga , Fe , Cd , In , Tl , Co , Ni , Te , Mo , Sn , Pb , H 2 , W , Sb , Bi , Ge , Re , Cu , Tc , Te , Rh , Po , Hg , Ag , Pd , Os , Ir , Pt , Au