Protactinium

ominaisuudet
[ Rn ] 5 f 2 6 d 1 7 s 2 91 Pa Jaksollinen järjestelmä
Yleisesti
Nimi , symboli , atominumero	Protactinium, Pa, 91
Elementtiluokka	Aktinidit
Ryhmä , jakso , lohko	Ac , 7 , f
Katso	kirkas, hopeanhohtoinen, kiiltävä metallinen
CAS-numero	7440-13-3
EY-numero	616-087-9
ECHA: n tietokortti	100.122.906
Massaosuus maan verhosta	9 · 10 −8  ppm
Atomi
Atomimassa	231,03588 (1) et ai
Atomisäde	180 pm
Kovalenttinen säde	200 pm
Elektronikonfiguraatio	[ Rn ] 5 f 2 6 d 1 7 s 2
1. Ionisointienergia	5.89 (12) eV ≈ 568 kJ / mol
2. Ionisointienergia	11.9 (4) eV ≈ 1 150 kJ / mol
3. Ionisointienergia	18. päivä.6 (4) eV ≈ 1 790 kJ / mol
4. Ionisointienergia	30. päivä.9 (4) eV ≈ 2 980 kJ / mol
5. Ionisointienergia	44.3 (4) eV ≈ 4 270 kJ / mol
Fyysisesti
Fyysinen tila	tiukasti
Kristallirakenne	nelikulmainen
tiheys	15,37 g / cm 3
Sulamispiste	1841 K (1568 ° C)
Molaarinen tilavuus	15,18 · 10 −6 m 3 · mol −1
Haihdutuslämpö	470 kJ / mol
Fuusiolämpö	15 kJ mol -1
Sähkönjohtavuus	5,56 · 10 6 A · V −1 · m −1
Lämmönjohtokyky	47 W m −1 K −1
Kemiallisesti
Hapetustilat	5
Elektronegatiivisuus	1,5 ( Pauling-asteikko )
Isotoopit
isotooppi NH t 1/2 ZA ZE (M eV ) ZP 229 Pa {syn.} 1,50 d e 0,316 229 Th a 5.841 225 Ac 230 Pa {syn.} 17,4 d e 1,310 230 th β - 0,563 230 U a 5.439 226 Ac 231 Pa 100% 32,760 a a 5.149 227 Ac 232 Pa {syn.} 1.31 d β - 1.337 232 U e 0,495 232 Th 233 Pa {syn.} 26,967 d β - 0,571 233 U 234 Pa jälkeinä 6,70 tuntia β - 2.197 234 U 234 m Pa jälkeinä 1,17 min β - 2.271 234 U SE 0,074 234 Pa
Katso muut isotoopit isotooppiluettelosta
Vaara- ja turvallisuustiedot
Radioaktiivinen
GHS-vaaramerkinnät luokitusta ei ole käytettävissä
Mahdollisuuksien mukaan ja tapana käytetään SI-yksiköitä . Ellei toisin mainita, annetut tiedot koskevat vakio-olosuhteita .

Protaktinium (alun perin lyhennetty Proto-aktinium (kreikkalainen πρώτος (PROTOS) = ensimmäinen ja aktinium); tavutus- Pro | tac | ti | ni | um tai Pro | t | ac | ti | ni | um) on alkuaine kanssa elementti symboli Pa ja atominumero 91. Jaksollisessa taulukossa se on aktinidien ryhmässä ( 7. jakso , f-lohko ). Se on hopeanhohtoista metallia ja siitä tulee suprajohtavaa alle 1,4 K.Se on radioaktiivinen ja luonteeltaan erittäin harvinainen. Suurin määrä protaktiniumia tuotetaan keinotekoisesti.

historia

Vuonna 1871 Dmitri Mendelejev oletti toriumin ja uraanin välisen alkuaineen olemassaolon . Aktinidielementtien sarja ei ollut tuolloin vielä tiedossa. Näin ollen, uraania alapuolelle volframi , ja toriumin alapuolella eka - zirkonium (elementti hafnium , joka on myös vielä tuntemattomien aikaan ), jolloin alapuolella oleva tila tantaali jätettiin ilmaiseksi. Jaksollista taulukkoa esitettiin tässä muodossa 1950-luvulle asti. Kemistit etsivät pitkään eka-tantaalia, jolla on samanlaiset kemialliset ominaisuudet kuin tantaalilla.

Mendelejevin vuodelta 1871 peräisin oleva jaksollinen taulukko, jonka alapuolella on rako protaktiniumia varten, toriumin ( Th = 231 ) ja uraanin ( U = 240 ) välillä

Vuonna 1900 William Crookes eristää erittäin radioaktiivista ainetta uraanista; Hän ei kuitenkaan voinut luonnehtia sitä uudeksi kemialliseksi alkuaineeksi ja antoi sille nimen Uranium-X (UX). Crookes liuotettiin uraaninitraatti on eetterissä , jäljelle jäänyt vesipitoinen faasi pääasiassa sisälsi nuklidien ²³⁴ Th ja ²³⁴ Pa.

^{234 m} Pa löysi vuonna 1913 Kasimir Fajans ja Oswald Helmuth Göhring , jotka antoivat sille nimen Brevium ( Latin brevis 'lyhyt') , koska sen lyhyt puoliintumisaika (1.17 minuuttia ).

Pitkäikäisen ²³¹ Pa (t _½ = 32 760 vuotta) löysi vuonna 1917 Otto Hahn ja Lise Meitner (julkaistu vuonna 1918), he kutsuivat sitä Protoactiniumiksi ( kreikaksi πρῶτος = protos : ensimmäinen , edellinen , kemiallinen alkuaine, joka on hajoamissarjaan on uraanin -235 ennen aktiniumilla on). Itsenäisesti Frederick Soddy ja John Arnold Cranston löysivät pitkäikäisen isotoopin Englannista , vaikka viimeksi mainittu ei voinut julkaista sitä, koska hän oli sotilas ensimmäisessä maailmansodassa vuonna 1915.

Vuonna 1921 Otto Hahn havaitsi edelleen, että Fajansin löytämälle brevium 234: lle on toinen beeta-emittoiva isotooppi, jolla on sama massa numero 234, joka eroaa breviumista vain sen pidemmällä puoliintumisajalla, 6,7 tunnissa; tämä on harvinainen ydin-isomerismi .

Protactinium eristettiin ensimmäisen kerran vuonna 1934 Aristid von Grosse .

Kaikkien kolmen isotoopin virallinen nimi sekä kaikki keinotekoisesti tuotetut isotoopit, joiden atominumero on 91, määritettiin IUPAC: lta Protactiniumille vuonna 1949 sen sijaan, että Hahn ja Meitner vaikeammin lausuisivat Protoactinium.

Tapahtuma

Protactinium on uraanin radioaktiivinen hajoamistuote, ja sitä esiintyy luonnossa kahden isotoopin ²³¹ Pa ja ²³⁴ Pa muodossa, jolloin isotooppi ²³⁴ Pa voi esiintyä kahdessa eri energiatilassa. Alfa-emitteri Protactinium ²³¹ Pa muodostuu, kun ²³⁵ U hajoaa (katso uraani-aktinium-sarja ), beeta-emittoiva protactinium ²³⁴ Pa, kun uraani ²³⁸ U hajoaa (katso uraani-radium-sarja ).

Uuttaminen ja esittely

Vuonna 1927 Aristid von Grosse eristää 2 milligrammaa protaktiinium (V) oksidia  (Pa ₂ O ₅ ) radiumin tuotantojätteestä . Vuonna 1934 hän eristää alkuaineprotaktiinin ensimmäistä kertaa 0,1 milligrammaa Pa ₂ O _{5: sta} . Tätä varten hän käytti kahta erilaista menetelmää: Toisaalta protaktiiniumoksidia säteilytettiin tyhjössä 35 keV: n elektronilla. Toisaalta oksidi muutettiin halogenideiksi ( kloridi , bromidi tai jodidi ) ja ne pelkistettiin sitten tyhjössä sähkölämmitteisellä langalla.

Myöhemmin hän valmisti myös metallista protaktiniumia protaktinium (V)  -jodidista (PaI ₅ ).

${\ displaystyle {\ ce {2 PaI5 -> 2 Pa + 5 I2}}}$

Vuosina 1959 ja 1961 Yhdistyneen kuningaskunnan atomienergiavirasto (UKAEA) uutti 125 g protaktiniumia puhtaudella 99,9% 60 tonnista käytettyä ydinpolttoainesauvaa 12-vaiheisessa prosessissa; kustannukset olivat noin 500 000 dollaria. Monien vuosien ajan tämä oli ainoa maailmanlaajuisesti saatavilla oleva Protactinium-lähde, josta toimitettiin useita laboratorioita tieteellistä tutkimusta varten.

ominaisuudet

Kun jaksollisen , Protaktinium atomi numero 91 on sarjassa aktinidien , sen edeltäjä on torium , seuraava elementti on uraania . Sen analoginen että lantanidi sarjassa on praseodyymi .

Fyysiset ominaisuudet

Protactinium on hopeanhohtoinen metallinen ja siitä tulee suprajohtavaa alle 1,4 K.

Kemialliset ominaisuudet

Protactinium esiintyy pääasiassa kahdessa hapetustilassa , +4 ja +5, sekä kiinteissä aineissa että liuoksessa.

käyttää

Harvinaisuutensa, korkean radioaktiivisuuden ja toksisuuden vuoksi Protactiniumilla ei ole muuta käytäntöä kuin tutkimus.

Protaktiinissa ²³¹ Pa, joka muodostuu uraanin ²³⁵ U hajoamisen yhteydessä ja muodostuu myös ydinreaktoreissa reaktion ²³² Th + n →  ²³¹ Th + 2n ja sitä seuraavan beeta- hajoamisen kautta , voi tapahtua ydinketjureaktio , joka periaatteessa johtaa myös ydinaseiden rakentamiseen voidaan käyttää. Kriittinen massa on määritelty Walter Seifritz 750 ± 180 kg. Muut kirjoittajat ovat tulleet siihen tulokseen, että ketjureaktio ei ole mahdollista edes suurella massalla Protactinium ²³¹ Pa: ssa.

Protactinium ²³³ Pa on välituote lisääntymisprosessissa torium ²³² Th: stä uraaniin ²³³ U toriumin korkean lämpötilan reaktoreissa .

${\ displaystyle \ mathrm {^ {232} _ {\ 90} Th \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 90} ^ {233} Th \ {\ xrightarrow [{22, 3 \ min}] {\ beta ^ {-}}} \ _ {\ 91} ^ {233} Pa \ {\ xrightarrow [{26,967 \ d}] {\ beta ^ {-}}} \ _ {\ 92 } ^ {233} U}}$

Annetut ajat ovat puoliintumisaikoja .

Nykyaikaisen, erittäin herkän massaspektrometrin saatavuuden jälkeen on tullut mahdollista käyttää ²³¹ Pa: ta merkkiaineena esimerkiksi paleokeanografiassa .

linkkejä

→ Luokka: Protactinium-yhdiste

Protaktinium (IV) oksidia (PaO ₂ ) on musta, kiteinen jauhe. Protactinium (V) -oksidi (Pa ₂ O ₅ ) on valkoinen kiteinen jauhe. Molemmilla on kuutiomainen kristallijärjestelmä.

Protaktinium (V) kloridi (PaCl ₅ ) muodostaa keltaisia ​​monokliinisiä kiteitä, ja sillä on ketjurakenne, joka koostuu 7-kertaisista koordinoiduista viisikulmaisista bipyramideista.

turvallisuusohjeet

GHS-asetuksen mukaisia luokituksia ei ole saatavilla, koska ne sisältävät vain kemiallisia vaaroja, joilla on täysin toissijainen asema verrattuna radioaktiivisuuteen liittyviin vaaroihin. Jälkimmäistä sovelletaan vain, jos kyseessä olevan aineen määrä on merkityksellinen.

kirjallisuus

• Harold W.Kirby: Protactiniumin radiokemia. Kansalliset akatemiat, 1959 (PDF)
• Boris F.Myasoedov, Harold W.Kirby, Ivan G.Tananaev: Protactinium. Julkaisussa: Lester R.Morss, Norman M.Edelstein, Jean Fuger (toim.): Actinide and Transactinide Elements. Springer, Dordrecht 2006, ISBN 1-4020-3555-1 , s. 161-252 ( doi: 10.1007 / 1-4020-3598-5_4 ).
• Eric Scerri : Tarina seitsemästä elementistä , Oxford University Press, Oxford, 2013

nettilinkit

Wikisanakirja: Protactinium  - selitykset merkityksille, sanan alkuperälle, synonyymeille, käännöksille

• Pääsy Protactiniumiin. Julkaisussa: Römpp Online . Georg Thieme Verlag, käyty 3. tammikuuta 2015.
• Linda Raber: Protactinium , Chemical & Engineering News, 2003

Yksittäiset todisteet

1. ↑ Harry H.Binder: Kemiallisten alkuaineiden sanasto. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
2. ↑ Ominaisuuksien arvot (tietoruutu) otetaan osoitteesta www.webelements.com (Protactinium) , ellei toisin mainita .
3. ↑ IUPAC-valiokunta isotooppisuudesta ja atomipainoista: 14 kemiallisen elementin vakiomalliset atomipainot tarkistettu. Julkaisussa: Chemistry International. 40, 2018, s.23 , doi : 10.1515 / ci-2018-0409 .
4. ↑ ^{b c d e} Merkintä Protaktinium vuonna Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. ja NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1) . Toim.: NIST , Gaithersburg, MD. doi : 10.18434 / T4W30F ( https://physics.nist.gov/asd ).  Haettu 13. kesäkuuta 2020.
5. ↑ ^{b c d e} Merkintä Protaktinium klo WebElements, https://www.webelements.com , pääsee 13. kesäkuuta 2020 mennessä.
6. ↑ Radioaktiivisuudesta aiheutuvat vaarat eivät kuulu ominaisuuksiin, jotka luokitellaan GHS-merkintöjen mukaan. Muiden vaarojen osalta tätä elementtiä ei ole vielä luokiteltu tai luotettavaa ja mainittavaa lähdettä ei ole vielä löydetty.
7. ^ Siegfried Niese : Kasimir Fajansin ja Oswald Göhringin löydetty elementti 91 vuonna 1913 ja Otto Hahnin ja Lise Meitnerin nimeäminen vuonna 1918 (digitoitu versio) .
8. ^ ^{A b} John Emsley: Luonnon rakennuspalikat: AZ-opas elementteihin. Oxford University Press, Oxford, Englanti, Iso-Britannia 2001, ISBN 0-19-850340-7 , s. 347-349, luku: Protactinium ( rajoitettu esikatselu Google- teoshaulla ).
9. ↑ Michael Laing: Tarkistettu jaksoittaulukko: Lantanideja siirtäen. Julkaisussa: Chemistry Foundations . 2005, 7 (3), s. 203 ( doi: 10.1007 / s10698-004-5959-9 ).
10. ^ William Crookes: Uraanin radioaktiivisuus. Julkaisussa: Proceedings of the Royal Society of London . 1899, 66, s. 409-423 ( doi: 10.1098 / rspl 1899.0120 ).
11. ↑ Sanasto termiteknologiasta. S.180 ( rajoitettu esikatselu Google-teoshaulla).
12. ^ Sven Johansson: UX _{1: n} , UX ₂ : n ja UZ : n rappeutuminen . Julkaisussa: Physical Review . 1954, 96 (4), s. 1075 ( doi: 10.1103 / PhysRev.96.1075 ; raamatunkoodi : 1954PhRv ... 96.1075J ).
13. ↑ K.Fajans: Radioelementtien sijainti jaksollisessa järjestelmässä. Julkaisussa: Physikalische Zeitschrift . 1913, 14 (4), s. 136-142.
14. ↑ Kasimir Fajans: Radioaktiiviset muunnokset ja elementtien jaksollinen järjestelmä. Julkaisussa: Reports of the German Chemical Society . 1913, 46, s. 422-439.
15. ↑ K. Fajans, O. Göhring: UrX : n monimutkaisesta luonteesta. Julkaisussa: Luonnontieteet . 1913, 1 (14), s. 339. (digi-lehdet) ; doi: 10.1007 / BF01495360 ; raamatunkoodi : 1913NW ...... 1..339F .
16. F K. Fajans, O. Göhring: Tietoja uraanista X ₂ - uraanisarjan uusi osa. Julkaisussa: Physikalische Zeitschrift . 1913, 14, s. 877-884.
17. ↑ Otto Hahn, Lise Meitner: Aktiiniumin, äidin, uuden pitkäaikaisen radioaktiivisen elementin, aine. Julkaisussa: Physikalische Zeitschrift . 1918, 19, s. 208-218 ( doi : 10.1002 / bbpc.19180241107 (ei tällä hetkellä saatavilla) ).
18. ↑ Lise Meitner, Otto Hahn: Protactiniumista ja kysymyksestä sen mahdollisuudesta tuottaa kemiallisena alkuaineena. Julkaisussa: Luonnontieteet . 1919, 7 (33), s. 611-612 ( doi: 10.1007 / BF01498184 ).
19. ^ Protactinium, Jefferson Lab
20. ^ John Albert Cranston, Glasgow'n yliopisto
21. ↑ Cranston, Soddy, Actiniumin vanhempi, Nature, osa 100, 1918, s.498-499
22. ↑ Otto Hahn: Tietoja uudesta radioaktiivisesta aineesta uraanissa. Julkaisussa: German Chemical Society . 1921, 54 (6), s. 1131-1142 ( doi: 10.1002 / cber.19210540602 ).
23. ↑ Aristid von Grosse: Das Element 91; sen ominaisuudet ja uuttaminen. Julkaisussa: German Chemical Society . 1928, 61 (1), s. 233-245 ( doi: 10.1002 / cber.19280610137 ).
24. ↑ AV Grosse, MS Agruss: 0,1 gramman elementin 91 (protactinium) oksidien eristäminen. Julkaisussa: Journal of the American Chemical Society . 1934, 56 (10), s. 2200 ( doi: 10.1021 / ja01325a507 ).
25. ↑ G. Graue, H. Käding: tekninen louhinta Protaktinium. Julkaisussa: Angewandte Chemie . 1934, 47 (37), s. 650-653 ( doi: 10.1002 / anie.19340473706 ).
26. ^ AV Grosse: Metallic Element 91. julkaisussa: Journal of the American Chemical Society . 1934, 56 (10), s. 2200-2201 ( doi: 10.1021 / ja01325a508 ).
27. ^ Aristid von Grosse: Elementti 91. julkaisussa: Science . 1934, 80 (2084), sivut 512-516 ( doi: 10.1126 / tiede.80.2084.512 , PMID 17734249 ).
28. ↑ Aristid V. Grosse: Tuotantoa varten Protaktinium. Julkaisussa: German Chemical Society . 1935, 68 (2), s. 307-309 ( doi: 10.1002 / cber.19350680218 ).
29. ↑ David R. Lide (Toim.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . 90. painos. (Internet-versio: 2010), CRC Press / Taylor ja Francis, Boca Raton, FL, The Elements "Protactinium", s.4-28-4-29.
30. ^ RD Fowler, BT Matthias, LB Asprey, HH Hill, JDG Lindsay, CE Olsen, RW White: Protactiniumin suprajohtavuus. Julkaisussa: Phys. Tohtori Lett. 1965, 15 (22), s. 860-862 ( doi: 10.1103 / PhysRevLett.15.860 ; raamatunkoodi : 1965PhRvL..15..860F ).
31. ↑ Walter Seifritz: Ydinräjähteet - uhka tai energiansaanti ihmiskunnalle. Thiemig-Verlag, 1984, ISBN 3-521-06143-4 .
32. ↑ S.Ganesan, Umasankari Kannan, PD Krishnani, V.Jagannathan, RP Jain, R.Karthikeyan: ²³¹ Pa: n kriittisyysominaisuuden uudelleenlaskenta käyttämällä uutta ydintietoa. Julkaisussa: Current Science . 1999, 77 (5), s. 667-671. (PDF) .
33. ↑ JF McManus, R. Francois, J.-M. Gherardi, LD Keigwin, S. Brown-Leger: Atlantin meridiaalisen verenkierron romahdus ja nopea jatkuminen, joka liittyy deglaciaalisiin ilmastonmuutoksiin. Julkaisussa: Nature . 2004, 428, sivut 834-837 ( doi: 10.1038 / nature02494 ; PDF ).
34. ^ RP Dodge, GS Smith, Q. Johnson, RE Elson: Protactinium-pentakloridin kristallirakenne. Julkaisussa: Acta Cryst. 1967, 22, s. 85-89 ( doi: 10.1107 / S0365110X67000155 ).