Протактиниум

Протактиниум (порано протоактиниум ) — хемиски елемент со симбол Па и атомски број 91. Тој е густ, сребрено-сив актиноид метал кој лесно реагира со кислород , водена пареа и неоргански киселини . Формира различни хемиски соединенија во кои протокиниум обично е присутен во оксидациската состојба +5, но исто така може да претпостави +4, па дури и +3 или +2 состојби. Концентрациите на пропактиниум во Земјината кора обично се неколку делови на трилиони, но може да достигнат и до неколку делови на милион во некои депозити на уранинат руда. Поради нејзиниот недостиг, висока радиоактивност и висока токсичност, во моментов нема употреба на протактиниум надвор од научните истражувања, а за таа цел, protactinium најчесто е извлечен од потрошено јадрено гориво .

Протактиниум  (₉₁Pa)

Општи својства
Име и симбол	протактиниум (Pa)
Изглед	сјајна металик сребрена
Протактиниумот во периодниот систем
Pr ↑ Pa ↓ (Uqt) ториум ← протактиниум → ураниум
Атомски број	91
Стандардна атомска тежина (±) (Ar)	231,03588(2)[1]
Категорија	актиноид
Група и блок	група б.б., f-блок
Периода	VII периода
Електронска конфигурација	[Rn] 5f2 6d1 7s2
по обвивка	2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
Физички својства
Фаза	цврста
Точка на топење	1.841 K ​(1.568 °C)
Точка на вриење	4.300 K ​(4.027 °C) (?)
Густина близу с.т.	15,37 г/см3
Топлина на топење	12,34 kJ/mol
Топлина на испарување	481 kJ/mol
Атомски својства
Оксидациони степени	2, 3, 4, 5 ​(слаб базичен окисид)
Електронегативност	Полингова скала: 1,5
Енергии на јонизација	I: 568 kJ/mol
Атомски полупречник	емпириски: 163 пм
Ковалентен полупречник	200 пм
Спектрални линии на протактиниум
Разни податоци
Кристална структура	​четириаголна[2]
Топлинско ширење	~9,9 µм/(m·K)[3] (at с.т.)
Топлинска спроводливост	47 W/(m·K)
Електрична отпорност	177 nΩ·m (при 0 °C)
Магнетно подредување	парамагнетно[4]
CAS-број	7440-13-3
Историја
Предвидел	Дмитри Менделеев (1869)
Откриен и првпат издвоен	Вилијам Крукс (1900)
Именуван од	Ото Хан и Лиза Мајтнер (1917–8)
Најстабилни изотопи
Главна статија: Изотопи на протактиниумот
изо ПЗ полураспад РР РЕ (MeV) РП 229Pa веш 1,5 д ε 0,311 229Th 230Pa веш 17,4 д ε 1,310 230Th 231Pa 100 % 3,276×104 г α 5,150 227Ac 232Pa веш 1,31 д β− 1,337 232U 233Pa расеан 26,967 д β− 0,5701 233U 234mPa траги 1,17 мин β− 2,29 234U 234Pa траги 6,75 ч β− 2,195 234U
преглед разговор уреди | наводи | Википодатоци

Протактиниумот првпат беше идентификуван во 1913 година од страна на Касимир Фаџанс и Освалд Хемут Геринг и го нарече бревиум поради краткиот полуживот на изучениот специфичен изотоп , т.е. пропактиниум-234. Постабилен изотоп на пропактиниум, ²³¹ Па, бил откриен во 1917/18 од Ото Хан и Лизе Мејтнер , и тие го избрале името прото-актиниум, но ИУПАК конечно го нарекол "протокиниум" во 1949 година и ги потврдил Хан и Мејтнер како откривачи . Новото име значело "(јадрен) претходник ^[5] на актиниум " и се рефлектирало дека актиниумот е производ на радиоактивното распаѓање на протокиниум. Џон Арнолд Кранстон (кој работи со Фредерик Содди и Ада Хичкин ) исто така е заслужен за откривање на најстабилниот изотоп во 1915 година, но го одложи неговото соопштение поради тоа што беше повикано на служба во Првата светска војна .^[6]

Најдолгиот и најизразен (речиси 100%) природен изотоп на протактиниум, протактиниум-231, има полуживот од 32.760 години и е производ на распаѓање на ураниум-235 . Многу помали количини на траги од краткотрајниот протокиниум-234 и неговиот јадрен изомер- протокиниум-234m се појавуваат во синџирот на распаѓање на ураниум-238 . Протактиниум-233 е резултат на распаѓањето на ториумот -233 како дел од синџирот на настани што се користат за производство на ураниум-233 со неутронска озрачување на ториум-232. Тоа е несакан полупроизвод во јадрените реактори засновани на ториум и затоа е отстранет од активната зона на реакторот за време на процесот на размножување. Анализа на релативните концентрации на различни ураниум, ториум и протактиниум изотопи во вода и минерали се користи во радиометриски датирање на седименти кои се стари 175.000 години и во моделирање на различни геолошки процеси.

Историја

Периодична маса од 1871 година на Дмитриј Менделеев со јаз за протактиниум на долниот ред на табелата, помеѓу ториум и ураниум

Во 1871 година, Дмитриј Менделеев предвиде постоење на елемент помеѓу ториум и ураниум .^[7] Групата елементи на актиноид во тоа време била непозната. Затоа, ураниумот бил поставен под волфрам во групата VI и ториумот под циркониум во IV група, оставајќи го просторот под тантал во групата V празен, а до 1950-тите периодични табели биле објавени со оваа структура.^[8] Долго време хемичарите го бараа ека-танталот како елемент со слични хемиски својства на тантал, правејќи откривање на протокиниум речиси невозможно. Потешкиот аналог на Тантал подоцна бил откриен како трансурански елемент дубниум - кој, сепак, не реагира како тантал, туку како протактиниум.^[9]

Во 1900 година Вилијам Крукс го изолирал протокиниумот како интензивно радиоактивен материјал од ураниум; сепак, тој не можеше да го карактеризира како нов хемиски елемент и на тој начин го именуваше ураниум-X (UX).^[7][10][11] Крукес го раствори ураниум нитратот во етер , а остатокот во водена фаза ги содржи повеќето од 234
90Th
и 234
90Th
и и 234
91Pa
и 234
91Pa
и . Неговиот метод сè уште беше употребен во 1950-тите за да се изолира 234
90Th
и 234
90Th
и и 234
91Pa
и 234
91Pa
и од соединенија на ураниум.^[12] Протактиниумот првпат бил идентификуван во 1913 година, кога Казимир Фаџанс и Освалд Хемут Геринг се сретнал со изотопот ²³⁴ Pa за време на нивните студии за синџирите на распаѓање на ураниум-238 : 238
92U
и 238
92U
и → 234
90Th
и 234
90Th
и → 234
91Pa
и 234
91Pa
и → 234
92U
и 234
92U
и . Тие го именуваа новиот елемент бревиум (од латинскиот збор, brevis , што значи краток или краток) поради краток полуживот, 6,7 часа за 234
91Pa
и 234
91Pa
и .^{[13][14][15][16][17]} Во 1917/18, две групи научници, Ото Хан и Лизе Мејтнер од Германија и Фредерик Соди и Џон Кранстон од Велика Британија , независно откриле друг изотоп на протактиниум, ²³¹ Па, со многу подолг полуживот од околу 32.000 години.^[17] Така името бревиум беше променето во протактиниум како нов елемент беше дел од синџирот на распаѓање на ураниум-235 како родител на актиниум (од грчки: πρῶτος прво "прво, пред"). За олеснување на изговорот, името беше скратено до протактиниум од страна на IUPAC во 1949 година.^[18][19] Откривањето на протокиниум заврши едно од последните празнини во раните верзии на периодниот систем, предложени од Менделеев во 1869 година, и ги славеше вклучените научници.^[20]

Аристид фон Гросе произведе 2   милиграми на Pa ₂ O ₅ во 1927 година,^[21] и во 1934 година првиот изолиран елементарен пропактиниум од 0,1   милиграми на Pa ₂ O ₅ .^[22] Тој користел две различни процедури: во првиот, оксидот на протактиниум бил озрачен од 35   keV електрони во вакуум. Во друг метод, наречен ван Аркел де Боер , оксидот хемиски се претвора во халид ( хлорид , бромид или јодид ), а потоа се намалува во вакуум со електрично загреан метален филамент:^[18][23]

2 PaI ₅ → 2 Pa + 5 I ₂

Во 1961 година, Управата за атомска енергија на Обединетото Кралство (UKAEA) произведе 127   грама од 99,9% чист пропактиниум-231 со преработка 60   тони отпад материјал во 12-фаза процес, по цена од околу 500.000   USD.^[18][24] Долги години, ова беше единствената значајна понуда на протактиниум во светот, која беше обезбедена на разни лаборатории за научни студии.^[7] Националната лабораторија во Оук Риџ во САД обезбеди профактиниум по цена од околу 280   USD / грам.^[25]

Изотопи

Дваесет и девет радиоизотопи на протактиниум се откриени, најстабилните се ²³¹ Па со полуживот од 32.760 години, ²³³ Па со полуживот од 27 дена и ²³⁰ Па со полуживот од 17.4 дена. Сите останати изотопи имаат полуживот помал од 1,6 дена, а повеќето од нив имаат полуживот помал од 1,8 секунди. Протактиниумот, исто така, има два јадрени изомера, ^217m Па (полуживот 1,2 милисекунди) и ^234m Па (полуживот 1,17 минути).^[26]

Примарниот начин на распаѓање за изотопи на протактиниум полесен од (и вклучувајќи) најстабилен изотоп ²³¹ Pa (т.е. ²¹² Pa до ²³¹ Pa) е алфа распаѓање и примарен режим за потешки изотопи (т.е. ²³² Pa до ²⁴⁰ Pa) е бета распаѓање. Примарните продукти на распаѓање на изотопи на протактиниум полесни од (вклучувајќи и) ²³¹ Pa се актиниум изотопи и примарни производи за распаѓање за потешки изотопи на протактиниум се ураниумсло изотопи.^[26]

Појави

Протактиниумот е еден од најретките и најскапите природни елементи. Се наоѓа во форма на два изотопи - ²³¹ Па и ²³⁴ Па, при што изотопот ²³⁴ Па се појавува во две различни енергетски состојби. Речиси сите природни пропактиниум е пропактиниум-231. Тоа е алфа-емитер и е формиран од распаѓањето на ураниум-235, додека бета-зрачечкиот протокиниум-234 е произведен како резултат на распаѓање на ураниум-238 . Речиси сите ураниум-238 (99,8%) се распаѓаат најпрво до ^234м Па изомер.^[27]

Протактиниум се јавува во уранинит (pitchblende) во концентрации од околу 0,3-3 делови ²³¹ Па на милион делови (ppm) од руда.^[7] Додека вообичаената содржина е поблизу до 0,3 ppm ^[28] (на пример, во Jáchymov , Чешка ^[29] ), некои руди од Демократска Република Конго имаат околу 3 ppm.^[18] Протактиниумот е хомогено дисперзиран во повеќето природни материјали и во вода, но во многу пониски концентрации од еден дел на трилион, што одговара на радиоактивноста од 0,1 пикокури (pCi) / g. Има околу 500 пати повеќе протокиниум во песочните почвени честички отколку во водата, па дури и водата присутна во истиот примерок од почвата. Многу поголеми стапки од 2.000 и погоре се мерат во грутки и глини, како бентонит .^[27][30]

Во јадрени реактори

Два главни протоктиниум изотопи, ²³¹ Pa и ²³³ Pa, се произведуваат од ториум во јадрени реактори ; и двата се несакани и обично се отстранети, со што се додава сложеност на дизајнот и работењето на реакторот. Особено, ²³² Th преку ( n , 2 n ) реакции произведуваат ²³¹ Th, кои брзо (полуживот 25,5 часа) се распаѓаат на ²³¹ Pa. Последниот изотоп, иако не е трансурански отпад, има долг полуживот од 32.760 години и е главен фактор во долгорочната радиотоксичност на потрошеното јадрено гориво.^[31]

Протактиниум-233 е формиран по заробување на неутроните од ²³² Th. Таа понатаму се распаѓа или ураниум-233 или заробува друг неутрон и се претвора во нефизички ураниум-234.^{[32] 233} Па има релативно долг полуживот од 27 дена и висок пресек за заробување на неутроните (т.н. " неутронски отров "). Така, наместо брзо распаѓање на корисното ²³³ U, значителен дел од ²³³ Pa се претвора во нефизички изотопи и троши неутрони, деградирајќи ја ефикасноста на реакторот . За да се избегне ова, ²³³ Па се екстрахира од активната зона на реалистите за топена сол , за време на нивното работење, така што се распаѓа само до ²³³ U. Ова се постигнува со користење на неколку метри високи столбови на стопена бизмут со литиум растворен во него. Во поедноставено сценарио, литиумот селективно ги редуцира соли на протоктиниум во металот на протактиниум, кој потоа се извлекува од циклусот на стопена сол, а бизмутот е само носител. Таа е избрана поради неговата ниска точка на топење (271   °C), низок притисок на пареа, добра растворливост за литиум и актиноиди, и неизмерливост со стопените халиди .^[31]

Подготовка

Протактиниум се јавува во уранинитните руди.

Пред доаѓањето на јадрените реактори, пропактиниумот беше одделен за научни експерименти од ураниумските руди. Денес, тоа најчесто се произведува како среден производ на јадрено цепење во ториумски реактори за висока температура:

${\displaystyle {\ce {^{232}_{90}Th + ^{1}_{0}n -> ^{233}_{90}Th ->[\beta^-][22.3\ {\ce {min}}] ^{233}_{91}Pa ->[\beta^-][26.967\ {\ce {d}}] ^{233}_{92}U}}}$ (Временките периоди се полуживотите.)

Протактиниумски метал може да се подготви со редукција на неговиот флуорид со калциум флуорид,^[33] литиум или бариум на температура од 1300-1400   °C.^[34][35]

Физички и хемиски својства

Протактиниумот е актиноид кој е позициониран во периодниот систем лево од ураниумот и десно од ториум , а многу од неговите физички својства се средно помеѓу овие две актиноиди. Значи, протокиниумот е повеќе густ и крут од ториум, но е полесен од ураниумот, а неговата точка на топење е пониска од онаа на ториум и повисока од ураниумот. Топлинското ширење, електричната и топлинската спроводливост на овие три елементи се споредливи и се типични за слаби метали. Проценетиот модул на смолкнување на протактиниум е сличен на оној на титаниум .^[36] Протактиниумот е метал со сребрено-сив сјај кој е зачуван некое време во воздух.^[18][24] Протактиниумот лесно реагира со кислород, водена пареа и киселини, но не со алкалии.^[7]

На собна температура, пропактиниум кристализира во тело-центрираната четириаголна структура која може да се смета како искривена кубична решетка која е центрирана во телото; оваа структура не се менува при компресија до 53 GPa. Структура промени во лице-центрирани кубни (FCC) на ладење од висока температура, на околу 1200   °C.^[33][37] Коефициент на топлинско проширување на четириаголната фаза помеѓу собна температура и 700   °C е 9.9 ×10⁻⁶ / °C.^[33]

Протактиниумот е парамагнетски и не се познати никакви магнетни транзиции за секоја температура.^[38] Станува суперспроводлив на температури под 1,4 К.^[7][34] Протактиниум тетрахлоридот е парамагнетно на собна температура, но се претвора со ферромагнетско ладење на ладење до 182 К.^[39]

Протактиниумот постои во две главни состојби на оксидација , +4 и +5, и во цврсти материи и раствори, а во некои цврсти фази се забележани состојбата на 3 и +2. Како електрони конфигурација на неутрален атом е [Rn] 5F ² 6д ¹ 7S ^2, состојба на оксидација +5 одговара на нискоенергетски (и на тој начин фаворизирани) 5F ⁰ конфигурација. И двете 4 и 5 држави лесно формираат хидроксиди во вода, со доминантните јони кои се Pa (OH) ³⁺ , Pa(OH)2+
2 и Pa(OH)2+
2 , Pa(OH)+
3 и Pa(OH)+
3 и Pa (OH) ₄ , сите безбојни.^[40] Други познати протокиниумски јони вклучуваат PaCl2+
2 и PaCl2+
2 , PaSO2+
4 и PaSO2+
4 , PaF ³⁺ , PaF2+
2 и PaF2+
2 , PaF−
6 и PaF−
6 , PaF2−
7 и PaF2−
7 и PaF3−
8 и PaF3−
8 .^[41][42]

Хемиски соединенија

Formula	color	symmetry	space group	No	Pearson symbol	a (pm)	b (pm)	c (pm)	Z	density (g/cм3)
Pa	silvery-gray	tetragonal	I4/mmm	139	tI2	392.5	392.5	323.8	2	15.37
PaO		rocksalt[35]	Fm3m	225	cF8	496.1			4	13.44
PaO<sub id="mwASY">2</sub>	black	fcc[35]	Fm3m	225	cF12	550.5			4	10.47
Pa<sub id="mwATY">2</sub>O<sub id="mwATc">5</sub>	white		Fm3m[35]	225	cF16	547.6	547.6	547.6	4	10.96
Pa2O5	white	orthorhombic[35]				692	402	418
PaH3	black	cubic[35]	Pm3n	223	cP32	664.8	664.8	664.8	8	10.58
PaF4	brown-red	monoclinic[35]	C2/c	15	mS60				2
PaCl4	green-yellow	tetragonal[43]	I41/amd	141	tI20	837.7	837.7	748.1	4	4.72
PaBr4	brown	tetragonal[44][45]	I41/amd	141	tI20	882.4	882.4	795.7
PaCl<sub id="mwAYw">5</sub>	yellow	monoclinic[46]	C2/c	15	mS24	797	1135	836	4	3.74
PaBr5	red	monoclinic[45][47]	P21/c	14	mP24	838.5	1120.5	1214.6	4	4.98
PaOBr3		monoclinic[45]	C2			1691.1	387.1	933.4
Pa(PO3)4		orthorhombic[48]				696.9	895.9	1500.9
Pa2P2O7		cubic[48]	Pa3			865	865	865
Pa(C8H8)2	golden-yellow	monoclinic[49]				709	875	1062

Тука a, b и c се константи на решетката во пикометри, No е просторен број на група и Z е бројот на единици на формула по единечна ќелија ; кцц се залага за кубична симетрија во центарот на центарот . Густината не се мери директно, туку се пресметува од параметрите на решетката.

Протактиниум оксиди се познати по металните оксидациски состојби +2, +4 и +5. Најстабилен е бел пентоксид Pa ₂ O ₅ , кој може да се произведува со согорување на пропактиниум (V) хидроксид во воздух на температура од 500   °C.^[50] Неговата кристална структура е кубна, а хемискиот состав е често нестехиометриски, опишан како PaO _2.25 . Друга фаза од овој оксид со ортохомбична симетрија е исто така пријавена.^[35][51] Црниот диоксид PaO ₂ се добива од пентоксид со тоа што се намалува на 1550 година   °C со водород. Не е лесно растворлив ниту во разредени или концентрирани азотни , хлороводородни или сулфурни киселини , туку лесно се раствора во флуороводородна киселина .^[35] Диоксидот може да се претвора назад во пентоксид со загревање во атмосферата што содржи кислород до 1100   °C.^[51] Моноксидот ПаО е забележан само како тенок слој на метал на протактиниум, но не во изолирана обемна форма.^[35]

Протактиниум формира мешани бинарни оксиди со различни метали. Со алкалните метали А , кристалите имаат хемиска формула APaO ₃ и перовската структура , или A ₃ PaO ₄ и изобличена структура на карпести соли, или A ₇ PaO ₆ каде што атомите на кислородот формираат шестаголна затворена решетка. Во сите овие материјали, јоните на протокиниум се октаедарно координирани.^[52][53] Пентоксидот Pа ₂O_{5 се} комбинира со оксиди на ретки земјени метали R ₂ O _{3 за} да се формираат различни нестеиометриски мешани оксиди, исто така и на перовскитната структура.^[54]

Протактиниум оксиди се основни ; тие лесно се претвораат во хидроксиди и можат да формираат разни соли, како што се сулфати , фосфати , нитрати итн. Нитратот е обично бел, но може да биде кафеав поради радиолитичката распаѓање. Греење на нитратот во воздух на 400   °C го претвора во белиот протокиниум пентоксид.^[55] Политриокофосфатот Pa (PO ₃ ) ₄ може да се произведе со реакција на дифлуорид сулфат PaF ₂ SO ₄ со фосфорна киселина (H ₃ PO ₄ ) под атмосферата на инертен гас. Греење на производот на околу 900   °C ги елиминира реактивните нуспроизводи како што се флуороводородна киселина , сулфурдиоксид и фосфорен анхидрид. Греење на повисоки температури во инертна атмосфера се разградува Pa (PO _{3) 4} во дифосфат PaP₂O_7, којшто е аналогно на дифосфатите на други актиноиди. Во дифосфатот, групите PO ₃ формираат пирамиди со C _2v симетрија. Греење PaP ₂ O ₇ во воздух до 1400   °C го разложува во пентоксиди на фосфор и пропактиниум.^[48]

Протактиниумот (V) флуорид формира бели кристали каде што јоните на протокиниумот се наредени во пентагонални бипирамида и координирани од 7 други јони. Координацијата е иста кај пропактиниум (V) хлорид, но бојата е жолта. Координацијата се менува во октаедери во кафеавиот пропрактиниум (V) бромид и е непознат за протокиниум (V) јодид. Координацијата на протокиниумот во сите негови тетрахалиди е 8, но аранжманот е квадратна антипиризматска во пропактиниум (IV) флуорид и додеэдрална во хлоридот и бромидот. Пропракиниум (III) јодид од кафеава боја е пријавен каде што јоните на протактиниум се 8-координирани во бикарчените триаголни призматични аранжмани.^[56]

Координирање на протактиниум (цврсти кругови) и атоми на халогени (отворени кругови) во протокиниум (V) флуорид или хлорид.

Протактиниум (V) флуорид и пропактиниум (V) хлорид имаат полимерна структура на моноклинска симетрија. Таму, во рамките на еден полимерен синџир, сите атоми на халидот се наоѓаат во една графитна слична рамнина и формираат рамни пентагони околу протакиниумските јони. Координацијата 7 на протактиниум потекнува од 5 халидните атоми и две врски до атомите на протокиниум кои припаѓаат на соседните синџири. Овие соединенија лесно се хидролизираат во вода.^[57] Пентахлоридот се топи на 300   °C и сублимира на уште пониски температури.

Протактиниум (V) флуорид може да се подготви со реакција на пропактиниум оксид или со брон пентафлуорид или со трифлуорид на бром на околу 600   °C и пропактиниум (IV) флуорид се добива од оксидот и мешавина на водород и флуороводород на 600   °C; потребен е голем вишок на водород за да се отстрани атмосферскиот кислороден протек во реакцијата.^[35]

Протактиниум (V) хлорид се подготвува со реакција на пропактиниум оксид со јаглерод тетрахлорид на температура од 200-300   °C.^[35] Нумените производи (како PaOCl ₃ ) се отстранети со фракционална сублимација.^[46] Намалување на протокиниум (V) хлорид со водород на околу 800   °C дава пропактиниум (IV) хлорид - жолто-зелена цврста супстанца која се сублимира во вакуум на 400   °C; исто така може да се добие директно од протактиниум диоксид преку третирање со јаглерод тетрахлорид на 400   °C.^[35]

Протактиниумските бромиди се произведени со дејство на алуминиум бромид , бромоводород , јаглерод тетрабромид или мешавина на бромоводород и тионил бромид на протактиниум оксид. Алтернативна реакција е помеѓу протокиниум пентахлорид и водороден бромид или тионилбромид.^[35] Протактиниум (V) бромид има две слични моноклинни форми, еден се добива со сублимација на 400-410   °C, а друг со сублимација при малку пониска температура од 390-400   °C.^[45][47]

Протактиниумските јодиди се резултат на оксидите и џодидот од алуминиум или амониум јодид загреан до 600   °C.^[35] Протактиниум (III) јодид се добива со загревање на пропраксиниум (V) јодид во вакуум.^[57] Како и со оксидите, пропактиниум формира мешани халиди со алкални метали. Меѓу нив, најзабележително е Na ₃ PaF _8, каде што јоните на протокиниум е симетрично опкружен со 8 F ^- јони кои формираат речиси совршена коцка.^[41]

Послободни пропактиниум флуориди се исто така познати, како што се Pa ₂ F ₉ ^[57] и троични флуориди на типовите MPaF ₆ (M = Li, Na, K, Rb, Cs или NH ₄ ), M ₂ PaF ₇ (M = K, Rb, Cs или NH ₄ ) и M ₃ PaF ₈ (M = Li, Na, Rb, Cs), сите бели кристални материи. Формулата MPaF ₆ може да биде претставена како комбинација од MF и PaF ₅ . Овие соединенија може да се добијат со испарување на раствор од флуороводородна киселина што ги содржи овие двата комплекси. За малите алкални катјони како Na, кристалната структура е четириаголна, додека се намалува за ортофроматични за поголеми катјони K ⁺ , Rb ⁺ , Cs ⁺ или NH ₄ ⁺ . Слична варијација беше забележана и кај M ₂ PaF ₇ флуориди, имено, кристалната симетрија зависеше од катјонот и се разликува за Cs ₂ PaF ₇ и M ₂ PaF ₇ (M = K, Rb или NH ₄ ).^[42]

Други неоргански соединенија

Се познати оксихариди и оксисулфиди на протактиниум. PaOBr ₃ има моноклинска структура составена од двојни синџири каде што протактиниум има координација 7 и е наредена во пентагонални бипирамиди. Синџирите се меѓусебно поврзани преку атоми на кислород и бром, а секој атом на кислород е поврзан со три атоми на протокиниум.^[45] PaOS е светло-жолта неизлечлива цврста со кубична кристална решетка изоструктурна со онаа на други актиноидни оксисулфиди. Се добива со реакција на пропактиниум (V) хлорид со мешавина на сулфурводород и јаглерод дисулфид на 900   °C.^[35]

Во хидриди и нитриди, протокиниум има ниска оксидациона состојба од околу +3. Хидрид се добива со директно дејство на водород брз металот на 250   °C, а нитридот е производ на амонијак и протактиниум тетрахлорид или пентахлорид. Оваа светла жолта цврста е стабилна за греење до 800 °C во вакуум. Протактиниум карбид PaC е формиран со редукција на протакиниум тетрафлуорид со бариум во огноотпорни премази на температура од околу 1400   °C.^[35] Протактиниум формира борохидриди кои вклучуваат Па (БХ ₄ ) ₄ . Таа има една необична полимерни структура со спирален синџири каде атомот на протактиниум има координација број 12 и е опкружен со шест БH ₄ ^- јони.^[58]

Органскоометални соединенија

Предложената структура на протактиниумската (Pa (C ₈ H _{8) 2)} молекула.

Протактиниумот (IV) формира тертраедарски комплекс тетракис (циклопентадинил) протактиниум (IV) (или Pa (C ₅ H _{5) 4)} со четири циклопентадинил прстени, кои може да се синтетизира по пат на реакција протактиниум (IV) хлорид со стопен да биде (C ₅ H ₅ ) ₂ . Еден прстен може да биде заменет со атом на халид.^[59] Друг органскометален комплекс е златно-жолта бис (π-cyclooctatetraene) protactinium, или protactinocene, Pa (C ₈ H _{8) 2,} која е аналогна во структурата на uranocene . Таму, металниот атом е залепен помеѓу два циклооктатетраенски лиганди. Слично на uranocene, тоа може да бидат подготвени од страна на реакција protactinium тетрахлорид со дикалиум cyclooctatetraenide, К ₂ C ₈ H _8, во тетрахидрофуран .^[49]

Апликации

Иако пропактиниумот се наоѓа во периодниот систем помеѓу ураниумот и ториумот, кои имаат и бројни апликации, во моментов не се користат за протактиниум надвор од научните истражувања, поради неговиот недостаток, висока радиоактивност и висока токсичност.^[27]

Протактиниум-231 произлегува од распаѓањето на ураниум-235 формиран во јадрени реактори, и со реакцијата ²³² Th   +   n   →   ²³¹ Th   +   2n и последователни бета распаѓање . Некогаш се мислеше дека може да поддржи и јадрена низа на реакции, која во принцип може да се искористи за изградба на јадрено оружје : физичарот Волтер Сеифриц откако ја процени поврзаната критична маса како 750 ± 180 .^[60] Сепак, оттогаш е исклучена можноста за критичност на ²³¹ Pа.^[61]

Со поја на високо чувствителни масени спектрометри, примената на ²³¹ Ра како трагач во геологијата и палеокеанографијата стана можно. Значи, односот на протокиниум-231 на ториум-230 се користи за радиометриско датирање на седименти кои се стари 175.000 години и при моделирање на формирањето на минерали.^[28] Особено, неговата евалуација во океанските седименти овозможи да се реконструираат движењата на северно-атлантските водни тела за време на последното топење на ледниците на ледена доба .^[62] Некои од варијациите за датирање поврзани со пропактиниумот се потпираат на анализата на релативните концентрации за неколку долгоживи членови на ураниумот на распаѓање - ураниум, прокактиниум и ториум, на пример. Овие елементи имаат 6, 5 и 4 валентни електрони и на тој начин фаворизираат +6, +5 и +4 оксидациски состојби, соодветно, и покажуваат различни физички и хемиски својства. Значи, ториум и пропактиниум, но не и ураниумовите соединенија се слабо растворливи во водени раствори и се таложат во седименти; стапката на врнежи е побрза за ториум отколку за пропактиниум. Покрај тоа, анализата на концентрацијата и за протактиниум-231 (полуживот 32.760 години) и за ториум-230 (полуживот 75.380 години) овозможува да се подобри точноста во споредба со кога се мери само еден изотоп; овој двоен изотоп метод е исто така слабо осетлив на нехомогеностите во просторната дистрибуција на изотопите и на варијациите во нивната стапка на врнежи.^[28][63]

Мерки на претпазливост

Протактиниумот е токсичен и високо радиоактивен и затоа сите манипулации со него се изведуваат во запечатена касета за ракавици . Неговиот главен изотоп ²³¹ Ра има специфична активност од 0.048 curies (1.8 GBq) по грам и првенствено емитира алфа-честички со енергија од 5   MeV, што може да се запре со тенок слој од кој било материјал. Сепак, полека се распаѓа, со полуживот од 32.760 години, на ²²⁷ Ac, кој има специфична активност од 74 curies (2,700 GBq) по грам, емитира и алфа и бета-зрачење, и има многу пократок полуживот од 22 години. ²²⁷ Ac, пак, се распаѓа во полесни изотопи со уште пократок полуживот и многу поголеми специфични активности (СА)како што е сумирано во табелата подолу која го прикажува синџирот на распаѓање на протактиниум,^[27]

Изотоп	231 Па	227 Ac	227 Th	223 Ра	219 Rn	215 Po	211 Pb	211 Bi	207 Tl
SA ( Ci / g)	0.048	73	3,1 ×104	5,2 ×104	1,3 ×1010	3 ×1013	2,5 ×107	4,2 ×108	1,9 ×108
Распаѓање	α	α, β	α	α	α	α	β	α, β	β
Пола живот	33 ka	22 а	19 дена	11 дена	4 с	1.8 ms	36 мин	2.1 мин	4.8 мин

Бидејќи пропактиниумот е присутен во мали количини во повеќето природни производи и материјали, тој се проголтува храна или со вода и се вдишува со воздух. Само околу 0,05% од проголтаниот пропактиниум се апсорбира во крвта, а остатокот се излачува. Од крвта, околу 40% од депозитите на протактиниум во коските, околу 15% оди на црниот дроб, 2% на бубрезите, а остатокот го напушта телото. Биолошкиот полуживот на протактиниум е околу 50 години во коските, додека кај другите органи кинетика има брза и бавна компонента. Така, во црниот дроб 70% од протактиниум имаат полуживот од 10 дена и 30% остануваат 60 дена. Соодветните вредности за бубрезите се 20% (10 дена) и 80% (60 дена). Во сите овие органи, пропактиниум го промовира ракот преку неговата радиоактивност. Максималната безбедна доза на Па во човечкото тело е 0,03 μCi (1,1 kBq), што одговара на 0,5 микрограми од 231Pa. Овој изотоп е 2,5 × 108 пати повеќе токсичен отколку хидроциановата киселина. Максималната дозволена концентрација на 231Pa во воздухот во Германија е 3 × 10-4 Bq / m3.

Поврзано

Наводи

1. Standard Atomic Weights 2013. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights
2. Donohue, J. (1959). „On the crystal structure of protactinium metal“. Acta Crystallographica. 12 (9): 697. doi:10.1107/S0365110X59002031.
3. http://www.owlnet.rice.edu/~msci301/ThermalExpansion.pdf
4. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
6. Џон Арнолд Кранстон Архивирано на 11 март 2020 г. . Универзитетот во Глазгов
7. Emsley, John (2003) [2001]. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Protactinium. Oxford, England, UK: Oxford University Press. стр. 347–349. ISBN 978-0-19-850340-8.
8. Laing, Michael (2005). „A Revised Periodic Table: With the Lanthanides Repositioned“. Foundations of Chemistry. 7 (3): 203. doi:10.1007/s10698-004-5959-9.
9. Fessl, Sophie (2019-01-02). „How Far Does the Periodic Table Go?“. JSTOR. Посетено на 9 January 2019.
10. National Research Council (U.S.). Conference on Glossary of Terms in Nuclear Science and Technology (1957). A Glossary of Terms in Nuclear Science and Technology. American Society of Mechanical Engineers. стр. 180. Посетено на 25 July 2015.
11. Crookes, W. (1899). „Radio-Activity of Uranium“. Proceedings of the Royal Society of London. 66 (424–433): 409–423. doi:10.1098/rspl.1899.0120.
12. Johansson, Sven (1954). „Decay of UX1, UX2, and UZ“. Physical Review. 96 (4): 1075–1080. Bibcode:1954PhRv...96.1075J. doi:10.1103/PhysRev.96.1075.
13. Гринвуд , стр. 1250
14. Гринвуд , стр. 1254
15. Fajans, K. & Gohring, O. (1913). „Über die komplexe Natur des Ur X“. Naturwissenschaften. 14 (14): 339. Bibcode:1913NW......1..339F. doi:10.1007/BF01495360.
16. Fajans, K. & Gohring, O. (1913). „Über das Uran X₂-das neue Element der Uranreihe“. Physikalische Zeitschrift. 14: 877–84.
17. Eric Scerri, A tale of seven elements, (Oxford University Press 2013) ISBN 978-0-19-539131-2, p.67–74
18. Hammond, C. R. (2004-06-29). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics (81st. изд.). CRC press. ISBN 978-0-8493-0485-9.
19. Гринвуд , стр. 1251
20. Shea, William R. (1983) Otto Hahn and the rise of nuclear physics, Springer, p. 213, ISBN 90-277-1584-X.
21. von Grosse, Aristid (1928). „Das Element 91; seine Eigenschaften und seine Gewinnung“. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 61 (1): 233–245. doi:10.1002/cber.19280610137.
22. Graue, G.; Käding, H. (1934). „Die technische Gewinnung des Protactiniums“. Angewandte Chemie. 47 (37): 650–653. doi:10.1002/ange.19340473706.
23. Grosse, A. V. (1934). „Metallic Element 91“. Journal of the American Chemical Society. 56 (10): 2200–2201. doi:10.1021/ja01325a508.
24. Myasoedov, B. F.; Kirby, H. W.; Tananaev, I. G. (2006). Morss, L. R.; Edelstein, N. M.; Fuger, J. (уред.). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Chapter 4: Protactinium. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3. изд.). Dordrecht, The Netherlands: Springer. Bibcode:2011tcot.book.....M. doi:10.1007/978-94-007-0211-0. ISBN 978-1-4020-3555-5.
25. „Protactinium“. Архивирано од изворникот на 28 September 2011. Посетено на 2013-03-21. from Los Alamos National Laboratory.
26. Audi, G.; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A. H. (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties“ (PDF). Nuclear Physics A. 729 (1): 3. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. CiteSeerX 10.1.1.692.8504. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Архивирано од изворникот (PDF) на 23 September 2008.
27. Protactinium [{{{1}}} Архивирано] на {{{2}}}., Argonne National Laboratory, Human Health Fact Sheet, August 2005
28. Статии "Протактиниум" и "Протактиниум-231 - ториум-230 датираат" во Енциклопедија Британика, 15-то издание, 1995, стр. 737
29. Grosse, A. V.; Agruss, M. S. (1934). „The Isolation of 0.1 Gram of the Oxide of Element 91 (Protactinium)“. Journal of the American Chemical Society. 56 (10): 2200. doi:10.1021/ja01325a507.
30. Cornelis, Rita (2005) Handbook of elemental speciation II: species in the environment, food, medicine & occupational health, Vol. 2, John Wiley and Sons, pp. 520–521, ISBN 0-470-85598-3.
31. Groult, Henri (2005) Fluorinated materials for energy conversion, Elsevier, pp. 562–565, ISBN 0-08-044472-5.
32. Hébert, Alain (July 2009). Applied Reactor Physics. Presses inter Polytechnique. стр. 265–. ISBN 978-2-553-01436-9.
33. Marples, J. A. C. (1965). „On the thermal expansion of protactinium metal“. Acta Crystallographica. 18 (4): 815–817. doi:10.1107/S0365110X65001871.
34. Fowler, R. D.; Matthias, B.; Asprey, L.; Hill, H.; и др. (1965). „Superconductivity of Protactinium“. Physical Review Letters. 15 (22): 860. Bibcode:1965PhRvL..15..860F. doi:10.1103/PhysRevLett.15.860.
35. Sellers, Philip A.; Fried, Sherman; Elson, Robert E.; Zachariasen, W. H. (1954). „The Preparation of Some Protactinium Compounds and the Metal“. Journal of the American Chemical Society. 76 (23): 5935. doi:10.1021/ja01652a011.
36. Seitz, Frederick and Turnbull, David (1964) Solid state physics: advances in research and applications, Academic Press, pp. 289–291, ISBN 0-12-607716-9.
37. Young, David A. (1991) Phase diagrams of the elements, University of California Press, p. 222, ISBN 0-520-07483-1.
38. Buschow, K. H. J. (2005) Concise encyclopedia of magnetic and superconducting materials, Elsevier, pp. 129–130, ISBN 0-08-044586-1.
39. Hendricks, M. E. (1971). „Magnetic Properties of Protactinium Tetrachloride“. Journal of Chemical Physics. 55 (6): 2993–2997. Bibcode:1971JChPh..55.2993H. doi:10.1063/1.1676528.
40. Гринвуд , стр. 1265
41. Гринвуд , стр. 1275
42. Asprey, L. B.; Kruse, F. H.; Rosenzweig, A.; Penneman, R. A. (1966). „Synthesis and X-Ray Properties of Alkali Fluoride-Protactinium Pentafluoride Complexes“. Inorganic Chemistry. 5 (4): 659. doi:10.1021/ic50038a034.
43. Brown D.; Hall T.L.; Moseley P.T (1973). „Structural parameters and unit cell dimensions for the tetragonal actinide tetrachlorides(Th, Pa, U, and Np) and tetrabromides (Th and Pa)“. Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions (6): 686–691. doi:10.1039/DT9730000686.
44. Tahri, Y.; Chermette, H.; El Khatib, N.; Krupa, J.; и др. (1990). „Electronic structures of thorium and protactinium halide clusters of [ThX8]4− type“. Journal of the Less Common Metals. 158: 105–116. doi:10.1016/0022-5088(90)90436-N.
45. Brown, D.; Petcher, T. J.; Smith, A. J. (1968). „Crystal Structures of some Protactinium Bromides“. Nature (journal). 217 (5130): 737. Bibcode:1968Natur.217..737B. doi:10.1038/217737a0.
46. Dodge, R. P.; Smith, G. S.; Johnson, Q.; Elson, R. E. (1967). „The crystal structure of protactinium pentachloride“. Acta Crystallographica. 22: 85–89. doi:10.1107/S0365110X67000155.
47. Brown, D.; Petcher, T. J.; Smith, A. J. (1969). „The crystal structure of β-protactinium pentabromide“. Acta Crystallographica B. 25 (2): 178. doi:10.1107/S0567740869007357.
48. Brandel, V.; Dacheux, N. (2004). „Chemistry of tetravalent actinide phosphates—Part I“. Journal of Solid State Chemistry. 177 (12): 4743. Bibcode:2004JSSCh.177.4743B. doi:10.1016/j.jssc.2004.08.009.
49. Starks, David F.; Parsons, Thomas C.; Streitwieser, Andrew; Edelstein, Norman (1974). „Bis(π-cyclooctatetraene) protactinium“. Inorganic Chemistry. 13 (6): 1307. doi:10.1021/ic50136a011.
50. Гринвуд , стр. 1268
51. Elson, R.; Fried, Sherman; Sellers, Philip; Zachariasen, W. H. (1950). „The tetravalent and pentavalent states of protactinium“. Journal of the American Chemical Society. 72 (12): 5791. doi:10.1021/ja01168a547.
52. Гринвуд , стр. 1269
53. Iyer, P. N.; Smith, A. J. (1971). „Double oxides containing niobium, tantalum or protactinium. IV. Further systems involving alkali metals“. Acta Crystallographica B. 27 (4): 731. doi:10.1107/S056774087100284X.
54. Iyer, P. N.; Smith, A. J. (1967). „Double oxides containing niobium, tantalum, or protactinium. III. Systems involving the rare earths“. Acta Crystallographica. 23 (5): 740. doi:10.1107/S0365110X67003639.
55. Grossmann, R.; Maier, H.; Szerypo, J.; Friebel, H. (2008). „Preparation of 231Pa targets“. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 590 (1–3): 122. Bibcode:2008NIMPA.590..122G. doi:10.1016/j.nima.2008.02.084.
56. Гринвуд , стр. 1270
57. Гринвуд , стр. 1271
58. Гринвуд, стр. 1277
59. Гринвуд, pp. 1278-1279
60. Seifritz, Walter (1984) Nukleare Sprengkörper – Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit, Thiemig-Verlag, ISBN 3-521-06143-4.
61. Ganesan, S. (1999). „A Re-calculation of Criticality Property of ²³¹Pa Using New Nuclear Data“ (PDF). Current Science. 77 (5): 667–677. Архивирано од изворникот (PDF) на 2016-03-03. Посетено на 2019-04-23.
62. McManus, J. F.; Francois, R.; Gherardi, J.-M.; Keigwin, L. D.; и др. (2004). „Collapse and rapid resumption of Atlantic meridional circulation linked to deglacial climate changes“ (PDF). Nature (journal). 428 (6985): 834–837. Bibcode:2004Natur.428..834M. doi:10.1038/nature02494. PMID 15103371. Архивирано од изворникот (PDF) на 2013-04-10. Посетено на 2019-04-23.
63. Cheng, H.; Edwards, R.Lawrence; Murrell, M. T.; Benjamin, T. M. (1998). „Uranium-thorium-protactinium dating systematics“. Geochimica et Cosmochimica Acta. 62 (21–22): 3437. Bibcode:1998GeCoA..62.3437C. doi:10.1016/S0016-7037(98)00255-5.

Надворешни врски