Протактиниум

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето
Протактиниум  (91Pa)
Protactinium.jpg
Општи својства
Име и симболпротактиниум (Pa)
Изгледсјајна металик сребрена
Протактиниумот во периодниот систем
Водород (двоатомски неметал)
Хелиум (благороден гас)
Литиум (алкален метал)
Берилиум (земноалкален метал)
Бор (металоид)
Јаглерод (повеќеатомски неметал)
Азот (двоатомски неметал)
Кислород (двоатомски неметал)
Флуор (двоатомски неметал)
Неон (благороден гас)
Натриум (алкален метал)
Магнезиум (земноалкален метал)
Алуминиум (слаб метал)
Силициум (металоид)
Фосфор (повеќеатомски неметал)
Сулфур (повеќеатомски неметал)
Хлор (двоатомски неметал)
Аргон (благороден гас)
Калиум (алкален метал)
Калциум (земноалкален метал)
Скандиум (преоден метал)
Титан (преоден метал)
Ванадиум (преоден метал)
Хром (преоден метал)
Манган (преоден метал)
Железо (преоден метал)
Кобалт (преоден метал)
Никел (преоден метал)
Бакар (преоден метал)
Цинк (преоден метал)
Галиум (слаб метал)
Германиум (металоид)
Арсен (металоид)
Селен (повеќеатомски неметал)
Бром (двоатомски неметал)
Криптон (благороден гас)
Рубидиум (алкален метал)
Стронциум (земноалкален метал)
Итриум (преоден метал)
Циркониум (преоден метал)
Ниобиум (преоден метал)
Молибден (преоден метал)
Технициум (преоден метал)
Рутениум (преоден метал)
Родиум (преоден метал)
Паладиум (преоден метал)
Сребро (преоден метал)
Кадмиум (преоден метал)
Индиум (слаб метал)
Калај (слаб метал)
Антимон (металоид)
Телур (металоид)
Јод (двоатомски неметал)
Ксенон (благороден гас)
Цезиум (алкален метал)
Бариум (земноалкален метал)
Лантан (лантаноид)
Цериум (лантаноид)
Празеодиум (лантаноид)
Неодиум (лантаноид)
Прометиум (лантаноид)
Самариум (лантаноид)
Европиум (лантаноид)
Гадолиниум (лантаноид)
Тербиум (лантаноид)
Диспрозиум (лантаноид)
Холмиум (лантаноид)
Ербиум (лантаноид)
Тулиум (лантаноид)
Итербиум (лантаноид)
Лутециум (лантаноид)
Хафниум (преоден метал)
Тантал (преоден метал)
Волфрам (преоден метал)
Рениум (преоден метал)
Осмиум (преоден метал)
Иридиум (преоден метал)
Платина (преоден метал)
Злато (преоден метал)
Жива (преоден метал)
Талиум (слаб метал)
Олово (слаб метал)
Бизмут (слаб метал)
Полониум (слаб метал)
Астат (металоид)
Радон (благороден гас)
Франциум (алкален метал)
Радиум (земноалкален метал)
Актиниум (актиноид)
Ториум (актиноид)
Протактиниум (актиноид)
Ураниум (актиноид)
Нептуниум (актиноид)
Плутониум (актиноид)
Америциум (актиноид)
Кириум (актиноид)
Берклиум (актиноид)
Калифорниум (актиноид)
Ајнштајниум (актиноид)
Фермиум (актиноид)
Менделевиум (актиноид)
Нобелиум (актиноид)
Лоренциум (актиноид)
Радерфордиум (преоден метал)
Дубниум (преоден метал)
Сиборгиум (преоден метал)
Бориум (преоден метал)
Хасиум (преоден метал)
Мајтнериум (непознати хемиски својства)
Дармштатиум (непознати хемиски својства)
Рентгениум (непознати хемиски својства)
Копернициум (преоден метал)
Нихониум (непознати хемиски својства)
Флеровиум (слаб метал)
Московиум (непознати хемиски својства)
Ливермориум (непознати хемиски својства)
Тенесин (непознати хемиски својства)
Оганесон (непознати хемиски својства)
Pr

Pa

(Uqt)
ториумпротактиниумураниум
Атомски број91
Стандардна атомска тежина (±) (Ar)231,03588(2)[1]
Категорија  актиноид
Група и блокгрупа б.б., f-блок
ПериодаVII периода
Електронска конфигурација[Rn] 5f2 6d1 7s2
по обвивка
2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
Физички својства
Фазацврста
Точка на топење1.841 K ​(1.568 °C)
Точка на вриење4.300 K ​(4.027 °C) (?)
Густина близу с.т.15,37 г/см3
Топлина на топење12,34 kJ/mol
Топлина на испарување481 kJ/mol
Атомски својства
Оксидациони степени2, 3, 4, 5 ​(слаб базичен окисид)
ЕлектронегативностПолингова скала: 1,5
Енергии на јонизацијаI: 568 kJ/mol
Атомски полупречникемпириски: 163 пм
Ковалентен полупречник200 пм
Color lines in a spectral range
Спектрални линии на протактиниум
Разни податоци
Кристална структурачетириаголна[2]
Кристалната структура на протактиниумот
Топлинско ширење~9,9 µм/(m·K)[3] (at с.т.)
Топлинска спроводливост47 W/(m·K)
Електрична отпорност177 nΩ·m (при 0 °C)
Магнетно подредувањепарамагнетно[4]
CAS-број7440-13-3
Историја
ПредвиделДмитри Менделеев (1869)
Откриен и првпат издвоенВилијам Крукс (1900)
Именуван одОто Хан и Лиза Мајтнер (1917–8)
Најстабилни изотопи
Главна статија: Изотопи на протактиниумот
изо ПЗ полураспад РР РЕ (MeV) РП
229Pa веш 1,5 d ε 0,311 229Th
230Pa веш 17,4 d ε 1,310 230Th
231Pa 100% 3,276×104 y α 5,150 227Ac
232Pa веш 1,31 d β 1,337 232U
233Pa траги 26,967 d β 0,5701 233U
234mPa траги 1,17 min β 2,29 234U
234Pa траги 6,75 h β 2,195 234U
| наводи | Википодатоци

Протактиниум (порано протоактиниум ) е хемиски елемент со симбол Па и атомски број 91. Тој е густ, сребрено-сив актинид 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 нуклеарно гориво .

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 "(нуклеарен) прекурзор [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 нуклеарен 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 ирадијација на ториум-232. Тоа е несакан полупроизвод во нуклеарните реактори базирани 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[уреди | уреди извор]

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 актинид 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-танталумот 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
90
Th
и 234
90
Th
и и 234
91
Pa
и 234
91
Pa
и . Неговиот метод сè уште беше употребен во 1950-тите за да се изолира 234
90
Th
и 234
90
Th
и и 234
91
Pa
и 234
91
Pa
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
92
U
и 238
92
U
и → 234
90
Th
и 234
90
Th
и → 234
91
Pa
и 234
91
Pa
и → 234
92
U
и 234
92
U
и . Тие го именуваа новиот елемент бревиум (од латинскиот збор, brevis , што значи краток или краток) поради краток полу-живот, 6,7 часа за 234
91
Pa
и 234
91
Pa
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 полу-живот 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[уреди | уреди извор]

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 нуклеарни изомери , 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 ураниум изотопи. [26]

Појави[уреди | уреди извор]

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 нуклеарни реактори[уреди | уреди извор]

Два главни протоктиниум изотопи, 231 Pa и 233 Pa, се произведуваат од ториум во нуклеарни 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 нуклеарно 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 полу-живот 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 актиниди, и неизмерливост со стопените халиди . [31]

Подготовка[уреди | уреди извор]

Протактиниум се јавува во уранинитните руди.

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

(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[уреди | уреди извор]

Протактиниумот е актинид кој е позициониран во периодниот систем лево од ураниумот и десно од ториум , а многу од неговите физички својства се средно помеѓу овие две актиниди. 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. Термичката експанзија, електричната и топлинската спроводливост на овие три елементи се споредливи и се типични за пост-транзициони метали . Проценетиот смолквен модул 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 тетрагонална 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 термичко проширување на тетрагоналната фаза помеѓу собна температура и 700   ° C е 9.9 ×106 / ° 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 21 7S 2, состојба на оксидација +5 одговара на ниско-енергетски (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[уреди | уреди извор]

Formula color symmetry space group No Pearson symbol a (pm) b (pm) c (pm) Z density (g/cm3)
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 конвертира 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 хексагонална затворена решетка. Во сите овие материјали, јоните на протокиниум се октаедарно координирани. [52] [53] Пентоксидот Pа 2O5 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 PaP2O7, кој што е аналогно на дифосфатите на други актиниди. 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 тригонални 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 водород флуорид 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]

Протактиниум бромиди се произведени со дејство на алуминиум бромид , водород бромид , јаглерод тетрабромид или мешавина на водород бромид 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 тетрагонална, 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 катионот и се разликува за Cs 2 PaF 7 и M 2 PaF 7 (M = K, Rb или NH 4 ). [42]

Други неоргански соединенија[уреди | уреди извор]

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 неизлечива цврста со кубична кристална решетка изоструктурна со онаа на други актинидни оксисулфиди. Се добива со реакција на пропактиниум (V) хлорид со мешавина на водород сулфид 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 вакум. 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[уреди | уреди извор]

Предложената структура на протактиниумскиот (Pa (C 8 H 8) 2) молекул

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[уреди | уреди извор]

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 нуклеарни реактори, и со реакцијата 232 Th   +   n   →   231 Th   +   2n и последователни бета распаѓање . Некогаш се мислеше дека може да поддржи и нуклеарна низа на реакции, која во принцип може да се искористи за изградба на нуклеарно 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 глечерите 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[уреди | уреди извор]

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 полу-живот од 22 години. 227 Ac, пак, се распаѓа во полесни изотопи со уште пократок полу-живот 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 полу-живот 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[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. Standard Atomic Weights 2013. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights
  2. Donohue, J.. On the crystal structure of protactinium metal. „Acta Crystallographica“ том  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.
  5. [1]
  6. Џон Арнолд Кранстон . Универзитетот во Глазгов
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 Emsley, John (2003). „Protactinium“. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. стр. 347–349. ISBN 978-0-19-850340-8. 
  8. Laing, Michael (2005 г). A Revised Periodic Table: With the Lanthanides Repositioned. „Foundations of Chemistry“ том  7 (3): 203. doi:10.1007/s10698-004-5959-9. 
  9. Fessl, Sophie (2019-01-02). „How Far Does the Periodic Table Go?“. JSTOR. конс. 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. https://books.google.com/books?id=-zgrAAAAYAAJ&pg=PA180. посет. 25 јули 2015 г. 
  11. Crookes, W. (1899 г). Radio-Activity of Uranium. „Proceedings of the Royal Society of London“ том  66 (424–433): 409–423. doi:10.1098/rspl.1899.0120. https://books.google.com/books?id=hmZDAAAAYAAJ&pg=PA409-IA6. 
  12. Johansson, Sven (1954 г). Decay of UX1, UX2, and UZ. „Physical Review“ том  96 (4): 1075–1080. doi:10.1103/PhysRev.96.1075. Bibcode1954PhRv...96.1075J. 
  13. Гринвуд , стр. 1250
  14. Гринвуд , стр. 1254
  15. Fajans, K.; Gohring, O. (1913 г). Über die komplexe Natur des Ur X. „Naturwissenschaften“ том  14 (14): 339. doi:10.1007/BF01495360. Bibcode1913NW......1..339F. http://www.digizeitschriften.de/no_cache/home/jkdigitools/loader/?tx_jkDigiTools_pi1%5BIDDOC%5D=201162&tx_jkDigiTools_pi1%5Bpp%5D=425. 
  16. Fajans, K.; Gohring, O. (1913 г). Über das Uran X2-das neue Element der Uranreihe. „Physikalische Zeitschrift“ том  14: 877–84. 
  17. 17,0 17,1 Eric Scerri, A tale of seven elements, (Oxford University Press 2013) , p.67–74
  18. 18,0 18,1 18,2 18,3 18,4 Hammond, C. R. (2004-06-29). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics (81st издание). 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, .
  21. von Grosse, Aristid (1928 г). Das Element 91; seine Eigenschaften und seine Gewinnung. „Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft“ том  61 (1): 233–245. doi:10.1002/cber.19280610137. 
  22. Graue, G.; Käding, H. (1934 г). Die technische Gewinnung des Protactiniums. „Angewandte Chemie“ том  47 (37): 650–653. doi:10.1002/ange.19340473706. 
  23. Grosse, A. V. (1934 г). Metallic Element 91. „Journal of the American Chemical Society“ том  56 (10): 2200–2201. doi:10.1021/ja01325a508. 
  24. 24,0 24,1 Myasoedov, B. F.; Kirby, H. W.; Tananaev, I. G. (2006). „Chapter 4: Protactinium“. Morss, L. R.. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3rd издание). Dordrecht, The Netherlands: Springer. doi:10.1007/978-94-007-0211-0. ISBN 978-1-4020-3555-5. Bibcode2011tcot.book.....M. 
  25. „Protactinium“. Архивирано од изворникот на 28 September 2011. конс. 2013-03-21.  from Los Alamos National Laboratory.
  26. 26,0 26,1 Audi, G.; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A. H. (2003 г). The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. „Nuclear Physics A“ том  729 (1): 3. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode2003NuPhA.729....3A. http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf. 
  27. 27,0 27,1 27,2 27,3 Protactinium Грешка во шаблонот „Семарх“: Проверете ја вредноста |url=. Празно., Argonne National Laboratory, Human Health Fact Sheet, August 2005
  28. 28,0 28,1 28,2 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 г). The Isolation of 0.1 Gram of the Oxide of Element 91 (Protactinium). „Journal of the American Chemical Society“ том  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, .
  31. 31,0 31,1 Groult, Henri (2005) Fluorinated materials for energy conversion, Elsevier, pp. 562–565, .
  32. Hébert, Alain (July 2009). Applied Reactor Physics. Presses inter Polytechnique. стр. 265–. ISBN 978-2-553-01436-9. https://books.google.com/books?id=sibA5ECQ8LoC&pg=PA265. 
  33. 33,0 33,1 33,2 Marples, J. A. C. (1965 г). On the thermal expansion of protactinium metal. „Acta Crystallographica“ том  18 (4): 815–817. doi:10.1107/S0365110X65001871. 
  34. 34,0 34,1 Fowler, R. D.; Matthias, B.; Asprey, L.; Hill, H.; Lindsay, J.; Olsen, C.; White, R. (1965 г). Superconductivity of Protactinium. „Physical Review Letters“ том  15 (22): 860. doi:10.1103/PhysRevLett.15.860. Bibcode1965PhRvL..15..860F. 
  35. 35,00 35,01 35,02 35,03 35,04 35,05 35,06 35,07 35,08 35,09 35,10 35,11 35,12 35,13 35,14 35,15 35,16 Sellers, Philip A.; Fried, Sherman; Elson, Robert E.; Zachariasen, W. H. (1954 г). The Preparation of Some Protactinium Compounds and the Metal. „Journal of the American Chemical Society“ том  76 (23): 5935. doi:10.1021/ja01652a011. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc172625/. 
  36. Seitz, Frederick and Turnbull, David (1964) Solid state physics: advances in research and applications, Academic Press, pp. 289–291, .
  37. Young, David A. (1991) Phase diagrams of the elements, University of California Press, p. 222, .
  38. Buschow, K. H. J. (2005) Concise encyclopedia of magnetic and superconducting materials, Elsevier, pp. 129–130, .
  39. Hendricks, M. E. (1971 г). Magnetic Properties of Protactinium Tetrachloride. „Journal of Chemical Physics“ том  55 (6): 2993–2997. doi:10.1063/1.1676528. Bibcode1971JChPh..55.2993H. 
  40. Гринвуд , стр. 1265
  41. 41,0 41,1 Гринвуд , стр. 1275
  42. 42,0 42,1 Asprey, L. B.; Kruse, F. H.; Rosenzweig, A.; Penneman, R. A. (1966 г). Synthesis and X-Ray Properties of Alkali Fluoride-Protactinium Pentafluoride Complexes. „Inorganic Chemistry“ том  5 (4): 659. doi:10.1021/ic50038a034. 
  43. Brown D.; Hall T.L.; Moseley P.T (1973 г). 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.; Simoni, E. (1990 г). Electronic structures of thorium and protactinium halide clusters of [ThX8]4− type. „Journal of the Less Common Metals“ том  158: 105–116. doi:10.1016/0022-5088(90)90436-N. 
  45. 45,0 45,1 45,2 45,3 45,4 Brown, D.; Petcher, T. J.; Smith, A. J. (1968 г). Crystal Structures of some Protactinium Bromides. „Nature“ том  217 (5130): 737. doi:10.1038/217737a0. Bibcode1968Natur.217..737B. 
  46. 46,0 46,1 Dodge, R. P.; Smith, G. S.; Johnson, Q.; Elson, R. E. (1967 г). The crystal structure of protactinium pentachloride. „Acta Crystallographica“ том  22: 85–89. doi:10.1107/S0365110X67000155. 
  47. 47,0 47,1 Brown, D.; Petcher, T. J.; Smith, A. J. (1969 г). The crystal structure of β-protactinium pentabromide. „Acta Crystallographica B“ том  25 (2): 178. doi:10.1107/S0567740869007357. 
  48. 48,0 48,1 48,2 Brandel, V.; Dacheux, N. (2004 г). Chemistry of tetravalent actinide phosphates—Part I. „Journal of Solid State Chemistry“ том  177 (12): 4743. doi:10.1016/j.jssc.2004.08.009. Bibcode2004JSSCh.177.4743B. 
  49. 49,0 49,1 Starks, David F.; Parsons, Thomas C.; Streitwieser, Andrew; Edelstein, Norman (1974 г). Bis(π-cyclooctatetraene) protactinium. „Inorganic Chemistry“ том  13 (6): 1307. doi:10.1021/ic50136a011. 
  50. Гринвуд , стр. 1268
  51. 51,0 51,1 Elson, R.; Fried, Sherman; Sellers, Philip; Zachariasen, W. H. (1950 г). The tetravalent and pentavalent states of protactinium. „Journal of the American Chemical Society“ том  72 (12): 5791. doi:10.1021/ja01168a547. 
  52. Гринвуд , стр. 1269
  53. Iyer, P. N.; Smith, A. J. (1971 г). Double oxides containing niobium, tantalum or protactinium. IV. Further systems involving alkali metals. „Acta Crystallographica B“ том  27 (4): 731. doi:10.1107/S056774087100284X. 
  54. Iyer, P. N.; Smith, A. J. (1967 г). Double oxides containing niobium, tantalum, or protactinium. III. Systems involving the rare earths. „Acta Crystallographica“ том  23 (5): 740. doi:10.1107/S0365110X67003639. 
  55. Grossmann, R.; Maier, H.; Szerypo, J.; Friebel, H. (2008 г). Preparation of 231Pa targets. „Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A“ том  590 (1–3): 122. doi:10.1016/j.nima.2008.02.084. Bibcode2008NIMPA.590..122G. 
  56. Гринвуд , стр. 1270
  57. 57,0 57,1 57,2 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, .
  61. Ganesan, S.. A Re-calculation of Criticality Property of 231Pa Using New Nuclear Data. „Current Science“ том  77 (5): 667–677. http://www.iisc.ernet.in/currsci/sept10/researcharticle.pdf. 
  62. McManus, J. F.; Francois, R.; Gherardi, J.-M.; Keigwin, L. D.; Brown-Leger, S. (2004 г). Collapse and rapid resumption of Atlantic meridional circulation linked to deglacial climate changes. „Nature“ том  428 (6985): 834–837. doi:10.1038/nature02494. PMID 15103371. Bibcode2004Natur.428..834M. http://www.seas.harvard.edu/climate/pdf/mcmanus-2004.pdf. 
  63. Cheng, H.; Edwards, R.Lawrence; Murrell, M. T.; Benjamin, T. M. (1998 г). Uranium-thorium-protactinium dating systematics. „Geochimica et Cosmochimica Acta“ том  62 (21–22): 3437. doi:10.1016/S0016-7037(98)00255-5. Bibcode1998GeCoA..62.3437C. 

Надворешни врски[уреди | уреди извор]