протактиний

ПРОТАКТИ́НИЙ -я; м. Радиоактивный химический элемент (Ра), блестящий светло-серый металл.

* * *

протакти́ний

(лат. Protactinium), химический элемент III группы периодической системы, относится к актиноидам. Радиоактивен; наиболее устойчивый изотоп ²³¹Ра (период полураспада 32 500 лет). Название от греческого prōtos — первый и актиний (изотоп ²²⁷Ас образуется при α-распаде ²³¹Pa). Светло-серый металл, плотность 15,37 г/см³, t_пл около 1570°C. Добывают из урановой руды.

* * *

ПРОТАКТИНИЙ

ПРОТАКТИ́НИЙ (лат. Protactinium, от греч. «протос» — первый и актиний (см. АКТИНИЙ)), Pа (читается «протактиний»), радиоактивный химический элемент, атомный номер 91. Стабильных нуклидов не имеет. Относится к актиноидам. (см. АКТИНОИДЫ) Расположен в группе IIIB в седьмом периоде периодической системы. Электронная конфигурация трех внешних слоев атома 5s²p⁶d¹⁰f²6s²p⁶d ¹ 7 s ². 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 (см. НИОБИЙ) и тантал. (см. ТАНТАЛ (химический элемент)) 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 (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,14.
История открытия
В 1913 году немецкие радиохимики К. Фаянс и О. Геринг обнаружили новый элемент, который назвали «бревием», символ UX_2.. Им оказался короткоживущий радионуклид 91-го элемента, ^234mPa. При радиоактивном распаде ^234mPa испускает b-частицу, с периодом полураспада Т_1/2 = 1,17 мин.
В 1917 немецкий радиохимик О. Ган (см. ГАН Отто) и австрийский химик Л. Мейтнер (см. МАЙТНЕР Лизе) и независимо от них англичане Ф. Содди (см. СОДДИ Фредерик) и Дж. Кранстон из отходов переработки урановой руды выделили долгоживущий a-радиоактивный нуклид 91 го элемента протактиний-231(Т_1/2 = 3,28·10⁴лет), постоянно образующийся в урановой руде. Так как протактиний служит родоначальником актиния (см. АКТИНИЙ) (при a-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.
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, Т_1/2 = 6,7 часа и менее устойчивый ^234mPa). В 1 т урана в урановых около 0,3 г протактиния-231.
Получение
К 1988 в мире из урановых руд было выделено около 150 г протактиния. Затрудняет использование хроматографии (см. ХРОМАТОГРАФИЯ) и экстракции (см. ЭКСТРАКЦИЯ ЖИДКОСТНАЯ) для выделения протактиния то, что его соединения склонны к гидролизу и образованию коллоидных (см. КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ) частиц и мало растворимы в воде. В настоящее время искусственно получают b-радиоактивный ²³³Ра (Т_1/2 = 27,4 суток). Для этого используют облучение нейтронами тория-232. При этом сначала образуется торий-233, который очень быстро за счет b-распада превращается в ²³³Ра.
Физические и химические свойства
Протактиний — светло-серый металл. Металлический протактиний существует в двух модификациях. При температурах от комнатной и до 1170°C устойчив a-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 b-протактиний с кубической гранецентрированной решеткой. Приготовить высший оксид протактиния Ра₂О₅можно нагреванием до 500°C гидроксида (см. ГИДРОКСИДЫ) Ра(ОН)₅, добавляя раствор аммиака (см. АММИАК) 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 (см. НИОБИЙ) и тантала (см. ТАНТАЛ (химический элемент)). Восстановлением Ра₂О₅ получают диоксид протактиния РаО₂. В области РаО₂ — РаО_2,5 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⁺.
Применение
Протактиний-231 служит источником получения ²³²U, который используется в «атомных батарейках». Может использоваться как ядерное горючее.
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.