Протактиний

Протакти́ний (лат. Protactinium, от греч. «протос» — первый и актиний), Pа (читается «протактиний»), радиоактивный химический элемент, атомный номер 91. Стабильных нуклидов не имеет. Относится к актиноидам. Расположен в группе IIIB в седьмом периоде периодической системы. Электронная конфигурация трех внешних слоев атома 5s2p6d10f26s2p6d 1 7 s2. Первый элемент в семействе актиноидов, в невозбужденном атоме которого имеются 5 f-электроны. В соединениях проявляет степени окисления +3, +4, +5 (валентности III, IV или V). В степенях окисления +3 и +4 ведет себя как актиноид. В степени окисления +5, (наиболее характерной), ведет себя как ниобий и тантал. Радиус нейтрального атома протактиния 0, 163 нм, радиусы ионов Pа4+ 0, 0944 нм, Pа5+0, 090 нм. Энергия ионизации нейтрального атома 5, 9 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1, 14.
Редактировать

История открытия

В 1913 году немецкие радиохимики К. Фаянс и О. Геринг обнаружили новый элемент, который назвали «бревием», символ UX2.. Им оказался короткоживущий радионуклид 91-го элемента, 234mPa. При радиоактивном распаде 234mPa испускает β-частицу, с периодом полураспада Т1/2 = 1, 17 мин.
В 1917 немецкий радиохимик О. Ган и австрийский химик Л. Мейтнер и независимо от них англичане Ф. Содди и Дж. Кранстон из отходов переработки урановой руды выделили долгоживущий α-радиоактивный нуклид 91 го элемента протактиний-231(Т1/2 = 3, 28·104лет), постоянно образующийся в урановой руде. Так как протактиний служит родоначальником актиния (при α-распаде протактиния-231 образуется актиний-227), ему было присвоено современное название. В 1927 были выделены первые 2 мг чистого соединения протактиния — оксида Ра2О5. В 1960 английские радиохимики выделили из отходов переработки урана 130 г радионуклида 231Ра.
Редактировать

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 1·10-10 % по массе. Радионуклиды протактиния входят в состав естественных радиоактивных рядов урана-235 и урана-238 (ядерные изомеры 234Ра, Т1/2 = 6, 7 часа и менее устойчивый 234mPa). В 1 т урана в урановых около 0, 3 г протактиния-231.
Редактировать

Получение

К 1988 в мире из урановых руд было выделено около 150 г протактиния. Затрудняет использование хроматографии и экстракции для выделения протактиния то, что его соединения склонны к гидролизу и образованию коллоидных частиц и мало растворимы в воде. В настоящее время искусственно получают β-радиоактивный 233Ра (Т1/2 = 27, 4 суток). Для этого используют облучение нейтронами тория-232. При этом сначала образуется торий-233, который очень быстро за счет β−распада превращается в 233Ра.
Редактировать

Физические и химические свойства

Протактиний — светло-серый металл. Металлический протактиний существует в двух модификациях. При температурах от комнатной и до 1170°C устойчив α-протактиний с тетрагональной решеткой, параметры а = 0, 3925 нм и с = 0, 3238 нм. При температурах от 1170°C и до температуры плавления (1572°C) существует β-протактиний с кубической гранецентрированной решеткой. Приготовить высший оксид протактиния Ра2О5можно нагреванием до 500°C гидроксида Ра(ОН)5, добавляя раствор аммиака NH3 к раствору соли протактиния (+5). Существует две модификации Pa2O5 — кубическая и орторомбическая. Из Ра2О5 получают пентагалогениды протактиния РаСl5, РаBr5 и РаI5:
Ра2О5 + 5СОСl2 = 2РаСl5 + 5СО2
Их свойства схожи со свойствами соответствующих пентагалогенидов ниобия и тантала. Восстановлением Ра2О5 получают диоксид протактиния РаО2. В области РаО2 — РаО2, 5 существует непрерывный ряд твердых растворов. Получены такие соединения, как РаF5, PaOCl3, PaOBr3, PaOS, PaN2. В водных растворах стандартный электродный потенциал пары Ра(V)/Ра(IV) 0, 1В, пары Ра(IV)/Ра(III) -1, 8В, пары Ра(III)/Ра0 -1, 6 В, пары РаО2+/Ра(IV), пары РаО2+/Ра0 -1, 35 В. В растворах в присутствии сильных восстановителей присутствует ион Ра4+.
Редактировать

Применение

Протактиний-231 служит источником получения 232U, который используется в «атомных батарейках». Может использоваться как ядерное горючее.
Редактировать

Особенности экспериментальной работы

Протактиний-231 высоко токсичен. ПДК 231Ра в открытых водоемах 12, 2 Бк/л, в воздухе рабочих помещений 5, 6·10-4 Бк/м3.
Редактировать

Дополнительная литература

  • Пальшин Е. С., Мясоедов Б. Ф., Давыдов А. В. Аналитическая химия протактиния. М., 1968.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика