Protactinium

Protactinium
←  Tórium | Uránusz  →
91 Pr ↑ Pa ↓ (Uqp) 91 Pa _
Egy egyszerű anyag megjelenése
Fémes protactinium kristályai, amelyeket vegyi szállítással termesztenek
Az atom tulajdonságai
Név, szimbólum, szám	Protactinium / Protactinium (Pa), 91
Csoport , időszak , blokk	3 (elavult 3), 7, f-elem
Atomtömeg ( moláris tömeg )	231.03588(2) [1]  a. e.m.  ( g / mol )
Elektronikus konfiguráció	[Rn] 5f 2 6d 1 7s 2
Atom sugara	161 óra
Kémiai tulajdonságok
Ion sugara	(+5e) 89 (+3e) 113  óra
Elektronegativitás	1,5 (Pauling skála)
Elektróda potenciál	Th←Th 4+ -1,83V Th←Th 2+ 0,7V
Oxidációs állapotok	+2, +3, +4, +5
Ionizációs energia (első elektron)	568 (5,89)  kJ / mol  ( eV )
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai
Sűrűség ( n.a. )	15,37 g/cm³
Olvadási hőmérséklet	2113 K (1840  ° C )
Forráshőmérséklet	4300K ​​(4027  ° C )
Oud. fúzió hője	16,7 kJ/mol
Oud. párolgási hő	481,2 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	27,7 [2]  J/(K mol)
Moláris térfogat	15,0 (22 kg 602 g)  cm³ / mol
Egy egyszerű anyag kristályrácsa
Rácsszerkezet	négyszögű
Rács paraméterei	a=3,925 c=3,238 [3]
c / arány _	0,82
CAS szám	7440-13-3

Protactinium ( vegyjele  - Pa , lat.  Protactinium , elavult név - protoactinium ) - a periódusos rendszer hetedik periódusának 3. csoportjának kémiai eleme (az elavult besorolás szerint  - a harmadik csoport mellék alcsoportja, IIIB) D. I. Mengyelejev kémiai elemei, 91-es rendszámmal .

Az aktinidák családjába tartozik .

Az egyszerű anyag , a protactinium  egy sűrű , világosszürke színű radioaktív fém .

Történelem

1913-ban Casimir Fajans és Oswald Helmut Goering felfedezte az UX 2 ( 234 Pa) izotópot az urán bomlástermékeiben , amelynek felezési ideje körülbelül 1 perc. és az elemet " breve "-nek (a latin  brevis - "rövid" vagy "rövid" szóból) nevezték el egy bizonyos vizsgált izotóp, azaz a protactinium-234 ( 234 Pa)  rövid felezési ideje miatt . Otto Hahn és Lise Meitner 1917/1918-ban fedezett fel egy stabilabb protaktinium izotópot ( 231 Pa) . A „ proto-actinium ” (proto-actinium) nevet választották, de 1949-ben az IUPAC végül „protactinium”-nak nevezte el, és megerősítette, hogy Hahn és Meitner voltak a felfedezők. Az új név jelentése "az aktinium (nukleáris) prekurzora [4] ", és azt tükrözte, hogy az aktinium a protactinium radioaktív bomlásának terméke. John Arnold Cranston, aki Frederick Soddyval és Ada Hitchinsszel dolgozott együtt, szintén 1915-ben fedezte fel a legstabilabb izotópot, de ennek bejelentését az első világháborús behívás miatt elhalasztotta [5] .

Black, Hahn és Meitner ezután megállapította, hogy az UX 2 tulajdonságaiban hasonló a tantálhoz . 1918-ban Hahn és Meitner az uránszurokban , valamint Soddy és Cranston egymástól függetlenül felfedezték a protaktinium egy hosszú életű izotópját, amelyet azért neveztek el, mert az aktinium előfutára volt .

A természetben lenni

Betétek

A protactinium az uránércek része, amelyek az Egyesült Államokban , Svédországban , Kongóban , Spanyolországban , Csehországban , Dél-Afrikában , Oroszországban , Kanadában és Marokkóban találhatók .

A név eredete

Mivel a protactinium az aktinium őse ( 231 Pa α-bomlása során képződik a 227 Ac ), kapta mai nevét.

Fizikai tulajdonságok

A protactinium atom teljes elektronikus konfigurációja : 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 5d21 .

A protactinium egy szilárd radioaktív világosszürke fém, keménysége megközelíti az uránt. 2 K hőmérsékleten szupravezető képességgel rendelkezik .

A fémes protactinium a tetragonális rendszerben kristályosodik ki . 1170 °C-on testközpontú köbös módosulás tapasztalható.

Kémiai tulajdonságok

A protactinium egy sűrű, ezüstszürke aktinoid fém , amely könnyen reagál oxigénnel , vízgőzzel és szervetlen savakkal . Különféle kémiai vegyületeket képez , amelyekben a protaktinium általában +5 oxidációs állapotban van, de lehet +4, sőt +3 és +2 oxidációs állapotban is. A protaktinium koncentrációja a földkéregben jellemzően néhány trillió rész , de egyes uraninit érctelepekben a koncentráció akár több millió rész is lehet.

A levegőben lévő protactiniumot általában vékony monooxidréteg borítja. 250-300 °C-on könnyen reagál hidrogénnel , PaH 3 hidridet képezve . Jóddal összetett összetételű illékony jodidokat képez .

Izotópok

A protaktinium leghosszabb élettartamú és legnagyobb mennyiségben előforduló (közel 100%) természetben előforduló izotópja, a protaktinium-231, felezési ideje 32 760 év, és az urán-235 bomlásterméke . A rövid élettartamú protactinium-234 és nukleáris izomerje, a protactinium-234m sokkal kisebb nyomokban fordul elő az urán-238 bomlási láncában . A protactinium-233 a tórium bomlásának eredménye - 233; ezt a bomlást használják fel urán-233 előállítására tórium-232 neutronbesugárzásával. Nemkívánatos köztitermék a tórium alapú atomreaktorokban, ezért a szaporítási folyamat során eltávolítják a reaktor zónájából. Az urán , tórium és protaktinium különböző izotópjainak vízben és ásványokban való relatív koncentrációinak elemzését a 175 000 éves korig terjedő üledékek radioizotópos kormeghatározására és különféle geológiai folyamatok modellezésére használják.

Néhány protaktinium izotóp radioaktív tulajdonságai:

Getting

Természetes forrásokból - az uránszurok feldolgozásából származó maradványokból - mindössze 231 Pa-t kaphatunk. Ezenkívül 231 Pa 230 Th lassú neutronokkal történő besugárzásával érhető el :

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

vagy 232 Th -val besugározva gyors neutronokkal a reakció szerint

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

A 233 Pa izotópot a tóriumból is nyerik:

232 Th(n, γ) 233 Th (β − bomlás, T 1/2 = 23,5 perc) → 233 Pa

A fémes protaktinumot a PaF 4 bárium- vagy kalciumgőzzel történő redukálásával nyerik 1400–1500 °C-on.

Alkalmazás

A protaktinium szűkössége, nagy radioaktivitása és radiotoxicitása miatt jelenleg a tudományos kutatáson kívül nem talál felhasználásra, erre a célra főként kiégett nukleáris üzemanyagból nyerik. Adalékként használják az urán üzemanyagához.

A fenéküledékek korának meghatározására a 230 Th és 231 Pa leány radionuklidok többletaktivitásának radioaktív bomlását használják az üledékoszlopban az anya uránizotópokhoz képest [6] .

A kísérleti munka biológiai szerepe és jellemzői

MPC 231 Pa-ra a munkahelyi levegőben 5,6⋅10 −4 Bq/m³ [7] . Németországban 3⋅10 -4  Bq/m 3 . [nyolc]

Minden munkavégzés 231 Pa-val csak lezárt kesztyűtartóban megengedett. Az emberi szervezetben hajlamos felhalmozódni a vesékben, a májban és a csontokban.

Toxicitás

A protactinium az izotópösszetételtől függően közepes, magas és nagyon magas radiotoxicitású [9] . Azonnali toxicitása mellett a protactinium radioaktív, bomlásakor 5 MeV energiájú alfa-részecskéket bocsát ki. Bármilyen anyag vékony rétege hatékonyan megtartja őket, beleértve a bőrt is, ezért nem jelentenek jelentős egészségügyi kockázatot. Lenyelve azonban a ²³¹Pa jelentős károkat okoz a szervezetben, elsősorban a hasadási termékek miatt.

A tény az, hogy maga a 231 Pa hosszú felezési idővel rendelkezik (33 tonna), ami alacsony radioaktivitást jelent: csak 0,048 Ci / g. Bomlástermékei is instabil izotópok, többnyire rövid életűek, ami azt jelenti, hogy erősen radioaktívak. Az alfa-részecske kibocsátása után a protaktinium-231 atom 227 Ac -vé alakul , ( t 1⁄2 = 22 év, aktivitás 73 Ci / g.) Ebből viszont 227 Th ( t 1⁄2 = 19 nap, aktivitás 31 000 Ci / g.) A hasadási lánc fő termékeit a táblázat foglalja össze:

Könnyen belátható, hogy a lánc összes résztvevőjének teljes radioaktivitása egyszerűen óriási.

A protactinium nyomokban megtalálható a legtöbb természetes termékben. A szervezetbe étellel, vízzel, levegővel belélegezve kerül. Csak 0,05%-a szívódik fel a gyomor-bél traktusból a vérbe. A szisztémás keringésbe kerülő anyag 40%-a a csontokban, 15%-a a májban, 2%-a a vesében rakódik le. A többi a széklettel és a vizelettel ürül.

A felezési idő nagyon eltérő a különböző szövetekben: a csontok esetében 50 év. Más szervekben a kinetika összetett, feltételesen meg lehet különböztetni a gyors és lassú komponenseket. Tehát a májba került protactinium 70%-ának T 1/2 = 10 nap, a fennmaradó 30%-ban pedig 60 nap. A vesékben 20% ( T 1/2 = 10 nap), és 80% (60 nap).

Ezekben a szervekben a radioaktivitás miatt a protactinium hozzájárul az onkológiai betegségek előfordulásához. [10] [8]

A protactinium maximális biztonságos mennyisége, amikor az emberi szervezetbe kerül, 0,03 μCi (1,1 kBq), ami 0,5 μg-nak felel meg [11] .

A mindenütt elterjedt állítás, hogy „a protactinium 250 milliószor mérgezőbb, mint a hidrogén-ciánsav” nyilvánvalóan téveszme [12].

Jegyzetek

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. Az elemek atomi tömegei 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Kt. 85 , sz. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Szerkesztőség: Zefirov N. S. (főszerkesztő). Chemical Encyclopedia: 5 kötetben - Moszkva: Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - P. 111. - 639 p. — 20.000 példány.  - ISBN 5-85270-039-8.
3. ↑ WebElements elemek periódusos rendszere | Protactinium | kristályszerkezetek . Hozzáférés dátuma: 2010. augusztus 10. Az eredetiből archiválva : 2010. július 22. (határozatlan)
4. ↑ Protactinium archiválva 2020. július 29-én a Wayback Machine -nél // hpschapters.org
5. ↑ John Arnold Cranston archiválva 2020. március 11-én a Wayback Machine -nél // University of Glasgow
6. ↑ Kuznyecov V.Yu., Arslanov Kh.A. , Kozlov V.B., Maksimov F.E., Savelyeva L.A., Chernov S.B., Baranova N.G. keltezéséhez Archív másolat 2021. január 26-án // Bulletin of the Wayback of Peter Machine Egyetem, 2. szám / 2003
7. ↑ Chemical Encyclopedia / Editorial Board: Knunyants I.L. és mások - M . : Szovjet Enciklopédia, 1995. - T. 4. - 639 p. — ISBN 5-82270-092-4 .
8. ↑ 1 2 R. Grossmann, H.J. Maier, J. Szerypo, H.U. Friebel. 231Pa célpontok előkészítése  //  Nukleáris műszerek és módszerek a fizikakutatásban A. rész: Gyorsítók, spektrométerek, detektorok és kapcsolódó berendezések. — 2008-06. — Vol. 590 , iss. 1-3 . — P. 122–125 . - doi : 10.1016/j.nima.2008.02.084 . Az eredetiből archiválva : 2020. június 15.
9. ↑ Ártalmas vegyszerek. Radioaktív anyagok: Ref. szerk. / V.A. Bazhenov, L. A. Buldakov, I. Ya. Vasilenko és mások; Alatt. szerk. V. A. Filova és mások - L .  : Chemistry, 1990. - S. 35, 181. - ISBN 5-7245-0216-X .
10. ↑ Argonne Nemzeti Laboratórium. Human Health Fact Sheet, 2005. augusztus  (Mag.) (2008. március 7.).
11. ↑ Palshin E.S., Myasoedov B.F., Davydov A.V. A protactinium analitikai kémiája. - M . : "Nauka" kiadó, 1968. - S. 15. - 240 p. — (Elemek analitikai kémiája). - 2200 példány.
12. ↑ Megbeszélés: Protactinium#Hiba az ACP forrásában

Linkek

• Protactinium a Webelemeken
• Protactinium a Kémiai Elemek Népszerű Könyvtárában

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán Nagy norvég Nagy orosz Britannica (online) Treccani Universalis
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4175981-3 J9U : 987007541390005171 LCCN : sh85107634