Протакти́ний — элемент III группы таблицы Менделеева, принадлежащий к актиноидам; радиоактивный металл.

91 ТорийПротактинийУран
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
91Pa
Orthorhombic.svg
Electron shell 091 Protactinium.svg
Внешний вид простого вещества
Кристаллы металлического протактиния, выращенные методом химического транспорта
Блестящий серебристо-белый, очень радиоактивный металл
Свойства атома
Название, символ, номер

Протакти́ний / Protactinium (Pa), 91

Атомная масса
(молярная масса)

231,03588(2)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Rn] 5f2 6d1 7s2

Радиус атома

161 пм

Химические свойства
Радиус иона

(+5e) 89 (+3e) 113 пм

Электроотрицательность

1,5 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Th←Th4+ −1,83В
Th←Th2+ 0,7В

Степени окисления

5, 4

Энергия ионизации
(первый электрон)

 0,0(0,00) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

15,37 г/см³

Температура плавления

2113 (1840*С)

Температура кипения

4300 K

Уд. теплота плавления

16,7 кДж/моль

Уд. теплота испарения

481,2 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

27,7[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

15,0 (22 кг 602 г) см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

тетрагональная

Параметры решётки

a=3,925 c=3,238[3]

Отношение c/a

0,82

Номер CAS

7440-13-3

91
Протактиний
231,0359
5f26d17s2

Содержание

ИсторияПравить

В 1913 г. Казимир Фаянс и Освальд Гельмут Гёринг открыли в продуктах распада урана изотоп UX2 (234Pa) с периодом полураспада около 1 мин., названный из-за короткого времени жизни «бревий» (от лат. brevis — «короткий» или «краткий»). Затем Блек, Ган и Мейтнер обнаружили сходство свойств UX2 с танталом.

В 1918 г. Ган и Мейтнер в урановой смолке и, независимо от них Содди и Кренстон, открыли долгоживущий изотоп протактиния, названного так потому, что он являлся предшественником актиния.

Нахождение в природеПравить

МесторожденияПравить

Протактиний входит в состав урановых руд, которые находятся на территории США, Швеции, Конго, Испании, Чехии, ЮАР, России, Канады, Марокко.

Происхождение названияПравить

Так как протактиний служит родоначальником актиния (при α-распаде 231Pa образуется 227Ac), ему было присвоено современное название.

СвойстваПравить

Протактиний — светло-серый металл, по твёрдости приближающийся к урану. При температуре 2 К обладает сверхпроводимостью.

Металлический протактиний кристаллизуется в тетрагональной сингонии. При 1170 °С существует объёмно-центрированная кубическая модификация.

Протактиний на воздухе обычно покрывается тонкой плёнкой монооксида. Легко реагирует с водородом при 250—300 °С, образуя гидрид PaH3. С иодом образует летучие иодиды сложного состава.

ИзотопыПравить

Радиоактивные свойства некоторых изотопов протактиния:

Массовое число Период полураспада Тип распада
224 0,6 с α
225 2,0 с α
226 1,8 с α
227 38,3 мин. α (15%), электронный захват (85%)
228 22 час. α (2%), электронный захват (98%)
229 1,4 дня α (0,25%), электронный захват (99%)
230 17 дней β (10%), электронный захват (90%), α (0,003%), β+ (0,03%)
231 32480±260 лет α
232 1,31 дня β
233 27,4 дня β
234М (UX2) 1,18 мин. β
234 (UZ) 6,7 час. β
235 23,7 мин. β
236 12,5 мин. β
237 10,5 мин (?)/39 мин. β

ПолучениеПравить

Из природных источников — остатков от переработки урановой смолки — можно получить только 231Pa. Кроме того, 231Pa можно получить облучением 230Th медленными нейтронами:

230Th(n, γ)231Th (β-распад, T1/2 = 25.6 ч) → 231Pa

или при облучении 232Th быстрыми нейтронами по реакции

232Th(n, 2n)231Th (β-распад, T1/2 = 25.6 ч) → 232Pa

Изотоп 233Pa также получают из тория:

232Th(n, γ)233Th (β-распад, T1/2 = 23.5 мин.) → 233Pa

Металлический протактиний получают при восстановлении PaF4 парами бария или кальция при 1400—1500 °С.

ПрименениеПравить

  • Ввиду малого содержания в земной коре (содержание от массы Земли составляет 0,1 миллиардной доли процента) и крайней токсичности элемент имеет весьма узкое применение — добавка к ядерному топливу. На тонну урана содержание протактиния составляет 0,34 г.
  • Радиоактивный распад избыточной активности дочерних радионуклидов 230Th и 231Pa над материнскими изотопами урана в колонке осадочной толщи используется для установления возраста донных осадков[4].

Биологическая роль и особенности экспериментальной работыПравить

ПДК для 231Pa в воздухе рабочих помещений 5,6·10−4 Бк/м³[5]. 231Pa

В организме человека склонен накапливаться в почках и костях.

ТоксичностьПравить

Протактиний и его соединения чрезвычайно радиоактивны и радиотоксичны. При одинаковой концентрации содержащийся в воздухе протактиний-231 в 250 миллионов раз токсичнее синильной кислоты[6].

Максимальное безопасное количество протактиния при попадании в организм человека составляет 0,03 мккюри, что соответствует 0,5 мкг[6].

ПримечанияПравить

  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. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 111. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
  3. WebElements Periodic Table of the Elements | Protactinium | crystal structures
  4. Кузнецов В. Ю., Арсланов X. А., Козлов В. Б., Максимов Ф. Е., Савельева Л. А., Чернов С. Б., Баранова Н. Г. Перспективы применения уран-ториевого метода неравновесной геохронологии для датирования межледниковых континентальных отложений // Вестник Санкт-Петербургского университета, № 2 / 2003
  5. Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.
  6. 1 2 Пальшин Е.С., Мясоедов Б.Ф., Давыдов А.В. Аналитическая химия протактиния. — М.: Издательство «Наука», 1968. — С. 15. — 240 с. — (Аналитическая химия элементов). — 2200 экз.

СсылкиПравить