Protactinium

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 12. december 2021; checks kræver 7 redigeringer .
Protactinium
←  Thorium | Uranus  →
91 Pr
↑
Pa
↓
(Uqp)		 Periodisk system af grundstoffer91Pa _
Udseende af et simpelt stof
Krystaller af metallisk protactinium dyrket ved kemisk transport
Atom egenskaber
Navn, symbol, nummer Protactinium / Protactinium (Pa), 91
Gruppe , punktum , blok 3 (forældet 3), 7,
f-element
Atommasse
( molær masse )		 231.03588(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration [Rn] 5f 2 6d 1 7s 2
Atomradius 161 kl
Kemiske egenskaber
Ion radius (+5e) 89 (+3e) 113  kl
Elektronegativitet 1,5 (Pauling-skala)
Elektrodepotentiale Th←Th 4+ -1,83V
Th←Th 2+ 0,7V
Oxidationstilstande +2, +3, +4, +5
Ioniseringsenergi
(første elektron)		 568 (5,89)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof
Tæthed ( i.a. ) 15,37 g/cm³
Smeltetemperatur 2113K (1840  ° C )
Kogetemperatur 4300K ​​(4027  ° C )
Oud. fusionsvarme 16,7 kJ/mol
Oud. fordampningsvarme 481,2 kJ/mol
Molær varmekapacitet 27,7 [2]  J/(K mol)
Molært volumen 15,0 (22 kg 602 g)  cm³ / mol
Krystalgitteret af et simpelt stof
Gitterstruktur tetragonal
Gitterparametre a=3,925 c=3,238 [3]
c / a -forhold 0,82
CAS nummer 7440-13-3
91 Protactinium
Pa231,0359
5f 2 6d 1 7s 2

Protactinium ( kemisk symbol  - Pa , fra lat.  Protactinium , forældet navn - protoactinium ) - et kemisk grundstof af den 3. gruppe (ifølge den forældede klassifikation  - en sideundergruppe af den tredje gruppe, IIIB) i den syvende periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 91.

Tilhører aktinidfamilien .

Det simple stof protactinium  er et tæt radioaktivt metal af lysegrå farve .

Historie

I 1913 opdagede Casimir Fajans og Oswald Helmut Göring isotopen UX 2 ( 234 Pa) i nedbrydningsprodukterne af uran med en halveringstid på omkring 1 minut. og kaldte grundstoffet " breve " (fra latin  brevis  - "kort" eller "kort") på grund af den korte halveringstid af en bestemt isotop, der blev undersøgt, det vil sige protactinium-234 ( 234 Pa). En mere stabil protactinium-isotop ( 231 Pa) blev opdaget i 1917/18 af Otto Hahn og Lise Meitner . De valgte navnet " proto-actinium " (proto-actinium), men i 1949 kaldte IUPAC det endelig "protactinium" og bekræftede, at Hahn og Meitner var opdagerne. Det nye navn betød "aktiniums (nukleare) forløber [4] " og afspejlede, at actinium er et produkt af det radioaktive henfald af protactinium. John Arnold Cranston, der arbejdede med Frederick Soddy og Ada Hitchins, er også krediteret for at opdage den mest stabile isotop i 1915, men han forsinkede med at annoncere dette på grund af en indkaldelse fra Første Verdenskrig [5] .

Black, Hahn og Meitner fandt derefter, at UX 2 i egenskaber svarede til tantal . I 1918 opdagede Hahn og Meitner i uranbeg , og uafhængigt af hinanden Soddy og Cranston, en langlivet isotop af protactinium, så navngivet, fordi den var en forløber for actinium .

At være i naturen

Indskud

Protactinium er en del af uranmalme, som er placeret i USA , Sverige , Congo , Spanien , Tjekkiet , Sydafrika , Rusland , Canada , Marokko .

Navnets oprindelse

Da protactinium fungerer som stamfader til actinium ( 227 Ac dannes under α-henfaldet af 231 Pa ), fik det sit moderne navn.

Fysiske egenskaber

Den komplette elektroniske konfiguration af protactinium-atomet er: 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 2 6 s 2 s 5d .

Protactinium er et fast radioaktivt lysegråt metal, der nærmer sig uran i hårdhed. Ved en temperatur på 2 K har den superledning .

Metallisk protactinium krystalliserer i det tetragonale system . Ved 1170 °C er der en kropscentreret kubisk modifikation.

Kemiske egenskaber

Protactinium er et tæt, sølvgrå actinoidmetal , der reagerer let med ilt , vanddamp og uorganiske syrer . Det danner forskellige kemiske forbindelser , hvor protactinium normalt er til stede i +5 oxidationstilstanden , men det kan også være i +4 og endda +3 og +2 oxidationstilstande. Protactinium koncentrationer i jordskorpen er typisk nogle få dele pr. billion , men i nogle uraninit malmforekomster kan koncentrationerne være så høje som adskillige ppm.

Protactinium i luft er normalt dækket af en tynd film af monoxid. Reagerer let med hydrogen ved 250-300 °C og danner et hydrid PaH 3 . Med jod danner det flygtige iodider af kompleks sammensætning.

Isotoper

Den længstlevende og mest udbredte (næsten 100%) naturligt forekommende isotop af protactinium, protactinium-231, har en halveringstid på 32.760 år og er et henfaldsprodukt af uranium-235 . Meget mindre spormængder af det kortlivede protactinium-234 og dets nukleare isomer protactinium-234m forekommer i henfaldskæden af ​​uranium-238 . Protactinium-233 er resultatet af henfaldet af thorium - 233; dette henfald bruges til at producere uranium-233 ved neutronbestråling af thorium-232. Det er et uønsket mellemprodukt i thorium-baserede atomreaktorer og fjernes derfor fra reaktorkernen under forædlingsprocessen. Analyse af de relative koncentrationer af forskellige isotoper af uran , thorium og protactinium i vand og mineraler bruges til radioisotopdatering af sedimenter op til 175.000 år gamle og til modellering af forskellige geologiske processer.

Radioaktive egenskaber af nogle protactinium isotoper:

Massenummer Halvt liv Forfaldstype
224 0,6 sek. α
225 2,0 sek. α
226 1,8 sek. α
227 38,3 min. α (15 %), elektronisk optagelse (85 %)
228 klokken 22 α (2%), elektronisk optagelse (98%)
229 1,4 dage α (0,25 %), elektronisk optagelse (99 %)
230 17 dage β − (10 %), elektronindfangning (90 %), α (0,003 %), β + (0,03 %)
231 32480±260 år α
232 1,31 dage β -
233 27,4 dage β -
234 M (UX 2 ) 1,18 min. β -
234 (UZ) 6,7 timer. β -
235 23,7 min. β -
236 12,5 min. β -
237 10,5 min (?) / 39 min. β -

Henter

Fra naturlige kilder - rester fra forarbejdning af uranbeg - kan du kun få 231 Pa. Derudover kan 231 Pa opnås ved at bestråle 230 Th med langsomme neutroner:

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

eller når de bestråles med 232 Th af hurtige neutroner ifølge reaktionen

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

Isotopen 233 Pa fås også fra thorium:

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

Metallisk protactinium opnås ved at reducere PaF 4 med barium- eller calciumdamp ved 1400-1500°C.

Ansøgning

På grund af knapheden på protactinium, dets høje radioaktivitet og radiotoksicitet finder det i øjeblikket ikke anvendelse uden for videnskabelig forskning, og til dette formål opnås det hovedsageligt fra brugt nukleart brændsel. Anvendes som et tilsætningsstof til brændstof til uran.

Det radioaktive henfald af overskudsaktiviteten af ​​datterradionukliderne 230 Th og 231 Pa over moderuranisotoperne i den sedimentære søjle bruges til at bestemme alderen af ​​bundsedimenter [6] .

Biologisk rolle og træk ved eksperimentelt arbejde

MPC for 231 Pa i luften i arbejdslokaler er 5,6⋅10 −4 Bq/m³ [7] . I Tyskland 3⋅10 -4  Bq/m 3 . [otte]

Alt arbejde med 231 Pa er kun tilladt i et forseglet handskerum. I den menneskelige krop har det en tendens til at ophobes i nyrerne, leveren og knoglerne.

Toksicitet

Protactinium har, afhængig af isotopsammensætningen, middel, høj og meget høj radiotoksicitet [9] . Ud over dets umiddelbare toksicitet er protactinium radioaktivt, og når det henfalder, udsender det alfapartikler med en energi på 5 MeV. De tilbageholdes effektivt af et tyndt lag af ethvert stof, inklusive huden, og udgør derfor ikke en væsentlig sundhedsfare. Men ved indtagelse forårsager ²³¹Pa betydelig skade på kroppen, primært på grund af fissionsprodukter.

Faktum er, at 231 Pa i sig selv har en lang halveringstid (33 tons), hvilket betyder lav radioaktivitet: kun 0,048 Ci/g. Dens henfaldsprodukter er også ustabile isotoper, for det meste kortlivede, hvilket betyder, at de er meget radioaktive. Efter at have udsendt en alfapartikel bliver protactinium-231 atomet til 227 Ac, ( t 1⁄2 = 22 år, aktivitet 73 Ci / g.) Det igen til 227 Th ( t 1⁄2 = 19 dage, aktivitet 31.000 Ci / g.) Hovedprodukterne i fissionskæden er opsummeret i tabellen:

Isotop 231Pa _ 227ac _ 227. _ 223 Ra 219 Rn 215 Po 211Pb _ 211 Bi 207Tl _
Aktivitet ( 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
Forfaldstype α α, β α α α α β α, β β
Halvt liv 33 tusinde liter 22 19 dage 11 dage 4 sek. 1,8 ms. 36 min. 2,1 min. 4,8 min.

Det er let at se, at den samlede radioaktivitet for alle deltagere i denne kæde simpelthen er enorm.

Protactinium findes i spormængder i de fleste naturlige produkter. Det kommer ind i kroppen med mad, vand, indåndet med luft. Kun 0,05% absorberes fra mave-tarmkanalen til blodet. 40 % af stoffet, der kommer ind i det systemiske kredsløb, aflejres i knoglerne, 15 % i leveren, 2 % i nyrerne. Resten udskilles i afføring og urin.

Halveringstiden er meget forskellig for forskellige væv: for knogler er den 50 år. I andre organer er kinetikken kompleks; det er betinget muligt at skelne de hurtige og langsomme komponenter. Så 70% af protactinium, der er kommet ind i leveren, har T 1/2 = 10 dage, i de resterende 30% - 60 dage. I nyrerne 20% ( T 1/2 = 10 dage) og 80% (60 dage).

I disse organer bidrager protactinium på grund af radioaktivitet til forekomsten af ​​onkologiske sygdomme. [10] [8]

Den maksimale sikre mængde protactinium, når det kommer ind i menneskekroppen, er 0,03 μCi (1,1 kBq), hvilket svarer til 0,5 μg [11] .


Den allestedsnærværende udtalelse "Protactinium er 250 millioner gange mere giftig end blåsyre" er tilsyneladende en vrangforestilling [12]

Noter

  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. Grundstoffernes atomvægte 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Bd. 85 , nr. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  2. ↑ Redaktionel: Zefirov N. S. (chefredaktør). Chemical Encyclopedia: i 5 bind - Moskva: Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - S. 111. - 639 s. — 20.000 eksemplarer.  - ISBN 5-85270-039-8.
  3. ↑ WebElements grundstoffernes periodiske system | Protactinium | krystal strukturer . Dato for adgang: 10. august 2010. Arkiveret fra originalen den 22. juli 2010.
  4. ↑ Protactinium Arkiveret 29. juli 2020 på Wayback Machine // hpschapters.org
  5. ↑ John Arnold Cranston Arkiveret 11. marts 2020 på Wayback Machine // University of Glasgow
  6. ↑ Kuznetsov V.Yu., Arslanov Kh.A. , Kozlov V.B., Maksimov F.E., Savelyeva L.A., Chernov S.B., Baranova N.G. Arkivkopi dateret 26. januar 2021 på Wayback Machine // Petersburg Bulletin of St. Universitet, nr. 2 / 2003
  7. ↑ Chemical Encyclopedia / Editorial Board: Knunyants I.L. og andre - 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. Forberedelse af 231Pa-mål  //  Nukleare instrumenter og metoder i fysikforskning Sektion A: Acceleratorer, spektrometre, detektorer og tilhørende udstyr. - 2008-06. — Bd. 590 , udg. 1-3 . — S. 122–125 . - doi : 10.1016/j.nima.2008.02.084 . Arkiveret fra originalen den 15. juni 2020.
  9. ↑ Skadelige kemikalier. Radioaktive stoffer: Ref. udg. / V.A. Bazhenov, L. A. Buldakov, I. Ya. Vasilenko og andre; Under. udg. V. A. Filova m.fl. - L .  : Chemistry, 1990. - S. 35, 181. - ISBN 5-7245-0216-X .
  10. ↑ Argonne National Laboratory. Human Health Fact Sheet, august 2005  (eng.) (7. marts 2008).
  11. ↑ Palshin E.S., Myasoedov B.F., Davydov A.V. Analytisk kemi af protactinium. - M . : Forlaget "Nauka", 1968. - S. 15. - 240 s. — (Analytisk kemi af grundstoffer). - 2200 eksemplarer.
  12. ↑ Diskussion: Protactinium#Fejl i kilden til ACP

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Protactinium forbindelser
 Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev
  en 2                             3 fire 5 6 7 otte 9 ti elleve 12 13 fjorten femten 16 17 atten
en H   Han
2 Li Være   B C N O F Ne
3 Na mg   Al Si P S Cl Ar
fire K Ca   sc Ti V Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga Ge Som Se Br kr
5 Rb Sr   Y Zr NB Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD I sn Sb Te jeg Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Om eftermiddagen sm Eu Gd Tb D y Ho Eh Tm Yb Lu hf Ta W Vedr Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po På Rn
7 Fr Ra AC Th Pa U Np Pu Er cm bk jfr Es fm md ingen lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og
 
alkalimetaller jordalkalimetaller Lanthanider Aktinider overgangsmetaller
letmetaller _ Halvmetaller ikke-metaller Halogener ædelgasser
 Elektrokemisk aktivitet serie af metaller

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 _