Protactinium

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 12. joulukuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 7 muokkausta .
Protactinium
←  Torium | Uranus  →
91 PR
↑
Pa
↓
(Uqp)		 Jaksollinen elementtijärjestelmä91Pa _
Yksinkertaisen aineen ulkonäkö
Kemiallisen kuljetuksen avulla kasvatettuja metallisen protaktiniumin kiteitä
Atomin ominaisuudet
Nimi, symboli, numero Protactinium / Protactinium (Pa), 91
Ryhmä , jakso , lohko 3 (vanhentunut 3), 7,
f-elementti
Atomimassa
( moolimassa )		 231.03588(2) [1]  a. e. m  ( g / mol )
Elektroninen konfigurointi [Rn] 5f 2 6d 1 7s 2
Atomin säde klo 161
Kemiallisia ominaisuuksia
Ionin säde (+5e) 89 (+3e) 113  pm
Elektronegatiivisuus 1,5 (Pauling-asteikko)
Elektrodin potentiaali Th← T 4+ -1,83 V
Th← T 2+ 0,7 V
Hapetustilat +2, +3, +4, +5
Ionisaatioenergia
(ensimmäinen elektroni)		 568 (5,89)  kJ / mol  ( eV )
Yksinkertaisen aineen termodynaamiset ominaisuudet
Tiheys ( n.a. ) 15,37 g/cm³
Sulamislämpötila 2113K (1840  ° C )
Kiehumislämpötila 4300K ​​(4027  ° C )
Oud. sulamisen lämpöä 16,7 kJ/mol
Oud. haihtumislämpö 481,2 kJ/mol
Molaarinen lämpökapasiteetti 27,7 [2]  J/(K mol)
Molaarinen tilavuus 15,0 (22 kg 602 g)  cm³ / mol
Yksinkertaisen aineen kidehila
Hilarakenne tetragonaalinen
Hilan parametrit a=3,925 c=3,238 [3]
c / a suhde 0,82
CAS-numero 7440-13-3
91 Protactinium
Pa231.0359
5f 2 6d 1 7s 2

Protactinium ( kemiallinen symboli  - Pa , latinasta Protactinium , vanhentunut nimi - protoactinium  ) - jaksollisen järjestelmän seitsemännen ajanjakson 3. ryhmän kemiallinen alkuaine ( vanhentuneen luokituksen mukaan  - kolmannen ryhmän sivualaryhmä, IIIB) D. I. Mendelejevin kemiallisista alkuaineista , atominumerolla 91.

Kuuluu aktinidien perheeseen .

Yksinkertainen aine protactinium  on tiheä radioaktiivinen metalli , jonka väri on vaaleanharmaa .

Historia

Vuonna 1913 Casimir Fajans ja Oswald Helmut Goering löysivät uraanin hajoamistuotteista isotoopin UX 2 ( 234 Pa), jonka puoliintumisaika oli noin 1 minuutti. ja nimesi elementin " breve " ( latinan kielestä  brevis  - "lyhyt" tai "lyhyt") tietyn tutkitun isotoopin lyhyen puoliintumisajan vuoksi, toisin sanoen protaktinium-234 ( 234 Pa). Otto Hahn ja Lise Meitner löysivät vuosina 1917/1918 vakaamman protaktinium-isotoopin ( 231 Pa) . He valitsivat nimeksi " proto-actinium " (proto-actinium), mutta vuonna 1949 IUPAC antoi lopulta nimeksi "protactinium" ja vahvisti, että Hahn ja Meitner olivat löytäjät. Uusi nimi tarkoitti "aktiniumin (ydin) esiaste [4] " ja kuvasi, että aktinium on protaktiinin radioaktiivisen hajoamisen tuote. John Arnold Cranston, joka työskenteli Frederick Soddyn ja Ada Hitchinsin kanssa, on myös tunnustettu vakaimman isotoopin löytämisestä vuonna 1915, mutta hän viivytteli tämän ilmoittamista ensimmäisen maailmansodan kutsun vuoksi [5] .

Black, Hahn ja Meitner havaitsivat sitten, että UX 2 oli ominaisuuksiltaan samanlainen kuin tantaali . Vuonna 1918 Hahn ja Meitner uraanipikestä ja itsenäisesti Soddy ja Cranston löysivät protaktiinin pitkäikäisen isotoopin, joka on nimetty, koska se oli aktiniumin esiaste .

Luonnossa oleminen

Talletukset

Protactinium on osa uraanimalmeja, jotka sijaitsevat Yhdysvalloissa , Ruotsissa , Kongossa , Espanjassa , Tšekin tasavallassa , Etelä-Afrikassa , Venäjällä , Kanadassa ja Marokossa .

Nimen alkuperä

Koska protaktinium toimii aktiniumin esi-isänä ( 227 Ac muodostuu 231 Pa :n α-hajoamisen aikana ), sille annettiin nykyaikainen nimi.

Fysikaaliset ominaisuudet

Protaktiiniumatomin täydellinen elektroninen konfiguraatio on : 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 5d 2f1 .

Protactinium on kiinteä radioaktiivinen vaaleanharmaa metalli, jonka kovuus lähestyy uraania. 2 K:n lämpötilassa sillä on suprajohtavuus .

Metallinen protaktinium kiteytyy tetragonaalisessa järjestelmässä . 1170 °C:ssa tapahtuu kehokeskeinen kuutiomuunnos.

Kemialliset ominaisuudet

Protactinium on tiheä, hopeanharmaa aktinoidimetalli , joka reagoi helposti hapen , vesihöyryn ja epäorgaanisten happojen kanssa . Se muodostaa erilaisia ​​kemiallisia yhdisteitä , joissa protaktiinumi on yleensä +5 hapetustilassa , mutta se voi olla myös +4 ja jopa +3 ja +2 hapetustilassa. Protaktiinumipitoisuudet maankuoressa ovat tyypillisesti muutamia biljoonaosia , mutta joissakin uraniittimalmiesiintymissä pitoisuudet voivat olla jopa useita miljoonasosia.

Ilmassa oleva protactinium on yleensä peitetty ohuella monooksidikalvolla. Reagoi helposti vedyn kanssa 250-300 °C:ssa muodostaen hydridin PaH 3 . Jodin kanssa se muodostaa haihtuvia jodideja , joiden koostumus on monimutkainen.

Isotoopit

Pisin elinikäinen ja runsain (lähes 100 %) luonnossa esiintyvä protaktiinin isotooppi, protaktinium-231, sen puoliintumisaika on 32 760 vuotta ja se on uraani-235 :n hajoamistuote . Uraani-238 :n hajoamisketjussa esiintyy paljon pienempiä määriä lyhytikäistä protaktinium-234:ää ja sen ydinisomeeriä protaktinium-234m:a . Protaktinium-233 on seurausta torium -233:n hajoamisesta ; tätä hajoamista käytetään uraani-233 :n tuottamiseen torium-232:n neutronisäteilytyksellä. Se on ei-toivottu välituote toriumpohjaisissa ydinreaktoreissa, ja siksi se poistetaan reaktorin sydämestä jalostusprosessin aikana. Uraanin, toriumin ja protaktiinin eri isotooppien suhteellisten pitoisuuksien analysointia vedessä ja mineraaleissa käytetään jopa 175 000 vuotta vanhojen sedimenttien radioisotooppien ajoittamisessa ja erilaisten geologisten prosessien mallintamisessa.

Joidenkin protaktiniumin isotooppien radioaktiiviset ominaisuudet:

Massanumero Puolikas elämä Hajoamisen tyyppi
224 0,6 sek. α
225 2,0 sekuntia α
226 1,8 sekuntia α
227 38,3 min. α (15 %), elektroninen sieppaus (85 %)
228 kello 22 α (2 %), elektroninen sieppaus (98 %)
229 1,4 päivää α (0,25 %), elektroninen sieppaus (99 %)
230 17 päivää β − (10 %), elektronien sieppaus (90 %), α (0,003 %), β + (0,03 %)
231 32480±260 vuotta α
232 1,31 päivää β −
233 27,4 päivää β −
234 M (UX 2 ) 1,18 min. β −
234 (UZ) 6,7 tuntia. β −
235 23,7 min. β −
236 12,5 min. β −
237 10,5 min (?) / 39 min. β −

Haetaan

Luonnollisista lähteistä - uraanipihan käsittelyn jäännöksistä - saat vain 231 Pa. Lisäksi 231 Pa voidaan saada säteilyttämällä 230 Th hitailla neutroneilla:

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

tai nopeilla neutroneilla säteilytettynä 232 Th:lla reaktion mukaan

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

Isotooppi 233 Pa saadaan myös toriumista:

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

Metallista protaktiiniumia saadaan pelkistämällä PaF 4 barium- tai kalsiumhöyryllä 1400–1500°C:ssa.

Sovellus

Protaktiniumin niukkuuden, korkean radioaktiivisuuden ja radiotoksisuuden vuoksi sille ei tällä hetkellä löydy käyttöä tieteellisen tutkimuksen ulkopuolella, ja tätä tarkoitusta varten sitä saadaan pääasiassa käytetystä ydinpolttoaineesta. Käytetään uraanin polttoaineen lisäaineena.

Pohjasedimenttien iän määrittämisessä käytetään tytärradionuklidien 230 Th ja 231 Pa yliaktiivisuuden radioaktiivista hajoamista sedimenttikolonnin uraani-isotooppien yli [6] .

Biologinen rooli ja kokeellisen työn piirteet

MPC 231 Pa:lle työtilojen ilmassa on 5,6⋅10 −4 Bq/m³ [7] . Saksassa 3⋅10 -4  Bq/m 3 . [kahdeksan]

Kaikki työt 231 Pa:lla sallitaan vain suljetussa hansikaslokerossa. Ihmiskehossa sillä on taipumus kerääntyä munuaisiin, maksaan ja luihin.

Myrkyllisyys

Protaktiniumilla on isotooppikoostumuksesta riippuen keskimääräinen, korkea ja erittäin korkea radiotoksisuus [9] . Välittömän myrkyllisyytensä lisäksi protaktinium on radioaktiivinen, ja hajoaessaan se lähettää alfahiukkasia, joiden energia on 5 MeV. Ohut kerros mitä tahansa ainetta, mukaan lukien iho, pidättelee ne tehokkaasti, joten ne eivät aiheuta merkittävää terveysriskiä. Kuitenkin nieltynä ²³¹Pa aiheuttaa merkittävää haittaa elimistöön pääasiassa fissiotuotteiden vuoksi.

Tosiasia on, että itse 231 Pa:lla on pitkä puoliintumisaika (33 tonnia), mikä tarkoittaa alhaista radioaktiivisuutta: vain 0,048 Ci / g. Sen hajoamistuotteet ovat myös epästabiileja isotooppeja, enimmäkseen lyhytikäisiä, mikä tarkoittaa, että ne ovat erittäin radioaktiivisia. Alfahiukkasen emittoinut protaktinium-231-atomi muuttuu 227 Ac:ksi, ( t 1⁄2 = 22 vuotta, aktiivisuus 73 Ci / g.) Se puolestaan ​​227 Th:ksi ( t 1⁄2 = 19 päivää, aktiivisuus 31 000 Ci / g.) Fissioketjun päätuotteet on koottu taulukkoon:

Isotooppi 231 Pa _ 227ac _ 227th _ 223 Ra 219 Rn 215 Po 211 Pb _ 211 Bi 207Tl _
Aktiivisuus ( 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
Hajoamisen tyyppi α α, β α α α α β α, β β
Puolikas elämä 33 tuhatta litraa 22 19 päivää 11 päivää 4 s. 1,8 ms. 36 min. 2,1 min. 4,8 min.

On helppo nähdä, että tämän ketjun kaikkien osallistujien kokonaisradioaktiivisuus on yksinkertaisesti valtava.

Protactiniumia löytyy pieniä määriä useimmissa luonnontuotteissa. Se pääsee kehoon ruoan, veden, hengitettynä ilman kanssa. Vain 0,05 % imeytyy ruoansulatuskanavasta vereen. 40 % systeemiseen verenkiertoon pääsevästä aineesta kertyy luihin, 15 % maksaan ja 2 % munuaisiin. Loput erittyvät ulosteisiin ja virtsaan.

Puoliintumisaika on hyvin erilainen eri kudoksilla: luiden se on 50 vuotta. Muissa elimissä kinetiikka on monimutkainen, on ehdollisesti mahdollista erottaa nopeat ja hitaat komponentit. Joten 70 %:lla maksaan päätyneestä protaktiinista on T 1/2 = 10 päivää, loput 30 % - 60 päivää. Munuaisissa 20 % ( T 1/2 = 10 päivää) ja 80 % (60 päivää).

Näissä elimissä protactinium edistää radioaktiivisuuden vuoksi onkologisten sairauksien esiintymistä. [10] [8]

Suurin turvallinen määrä protaktiinumia joutuessaan ihmiskehoon on 0,03 μCi (1,1 kBq), mikä vastaa 0,5 μg [11] .


Kaikkialla esiintyvä väite "Protaktinium on 250 miljoonaa kertaa myrkyllisempää kuin syaanihappo" on ilmeisesti harha [12]

Muistiinpanot

  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. Alkuaineiden atomipainot 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , no. 5 . - s. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  2. ↑ Pääkirjoitus: Zefirov N. S. (päätoimittaja). Chemical Encyclopedia: 5 osassa - Moscow: Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - P. 111. - 639 s. - 20 000 kappaletta.  - ISBN 5-85270-039-8.
  3. ↑ WebElements Elementtien jaksollinen järjestelmä | Protactinium | kristallirakenteet . Käyttöpäivä: 10. elokuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 22. heinäkuuta 2010.
  4. ↑ Protactinium arkistoitu 29. heinäkuuta 2020 Wayback Machinessa // hpschapters.org
  5. ↑ John Arnold Cranston arkistoitu 11. maaliskuuta 2020 Wayback Machinessa // University of Glasgow
  6. ↑ Kuznetsov V.Yu., Arslanov Kh.A. , Kozlov V.B., Maksimov F.E., Saveljeva L.A., Chernov S.B., Baranova N.G. päivätty 26. tammikuuta 2021 // Bulletin of the Wayback of Peter. Yliopisto, nro 2 / 2003
  7. ↑ Chemical Encyclopedia / Toimituslautakunta: Knunyants I.L. ja muut - M . : Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - 639 s. — ISBN 5-82270-092-4 .
  8. ↑ 1 2 R. Grossmann, H.J. Maier, J. Szerypo, H.U. Friebel. 231Pa:n kohteiden valmistelu  // Ydininstrumentit  ja -menetelmät fysiikan tutkimuksessa Osa A: Kiihdytittimet, spektrometrit, ilmaisimet ja niihin liittyvät laitteet. - 2008-06. — Voi. 590 , iss. 1-3 . — s. 122–125 . - doi : 10.1016/j.nima.2008.02.084 . Arkistoitu alkuperäisestä 15.6.2020.
  9. ↑ Haitalliset kemikaalit. Radioaktiiviset aineet: Ref. toim. / V.A. Bazhenov, L. A. Buldakov, I. Ya. Vasilenko ja muut; Alla. toim. V. A. Filova ym. - L .  : Chemistry, 1990. - S. 35, 181. - ISBN 5-7245-0216-X .
  10. ↑ Argonnen kansallinen laboratorio. Human Health Fact Sheet, elokuu 2005  (eng.) (7. maaliskuuta 2008).
  11. ↑ Palshin E.S., Myasoedov B.F., Davydov A.V. Protaktiniumin analyyttinen kemia. - M . : Kustantaja "Nauka", 1968. - S. 15. - 240 s. — (Alkuaineiden analyyttinen kemia). - 2200 kappaletta.
  12. ↑ Keskustelu: Protactinium#Virhe ACP:n lähteessä

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa
 Protaktiniumyhdisteet _
  D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä
  yksi 2                             3 neljä 5 6 7 kahdeksan 9 kymmenen yksitoista 12 13 neljätoista viisitoista 16 17 kahdeksantoista
yksi H   Hän
2 Li Olla   B C N O F Ne
3 Na mg   Al Si P S Cl Ar
neljä K Ca   sc Ti V Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga Ge Kuten Se Br kr
5 Rb Sr   Y Zr Huom Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD Sisään sn Sb Te minä Xe
6 Cs Ba La Ce PR Nd pm sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu hf Ta W Re Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po klo Rn
7 Fr Ra AC Th Pa U Np Pu Olen cm bk vrt Es fm md ei lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og
 
alkalimetallit maa-alkalimetallit Lantanidit aktinidit siirtymämetallit
kevyet metallit Puolimetallit ei-metallit Halogeenit jalokaasut
 Metallien sähkökemiallisen toiminnan sarja

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 , H2 ,
W , Sb , Bi , Ge , Re , Cu , Tc , Te , Rh , Po , Hg , Ag , Pd , Os , Ir , Pt , Au _