Протактиний

91 Торий ← Протактиний → Уран 91Pa
Внешний вид простого вещества
Серебристо-белый, сильно радиоактивный металл
Свойства атома
Имя, символ, номер	Протакти́ний / Protactinium (Pa), 91
Атомная масса (молярная масса)	231,03588 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Rn] 5f2 6d1 7s2
Радиус атома	161 пм
Химические свойства
Радиус иона	(+5e) 89 (+3e) 113 пм
Электроотрицательность	1,5 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Th←Th4+ −1,83В Th←Th2+ 0,7В
Степени окисления	5, 4
Энергия ионизации (первый электрон)	0,0(0,00) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	15,37 г/см³
Температура плавления	2113 K
Температура кипения	4300 K
Теплота плавления	16,7 кДж/моль
Теплота испарения	481,2 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	27,7[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём	15,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	тетрагональная
Параметры решётки	a=3,925 c=3,238[2] Å
Отношение c/a	0,82

91	Протактиний
Pa 231,036
5f26d17s2

Протакти́ний — элемент III группы таблицы Менделеева, принадлежащий к актиноидам; радиоактивный металл.

История

В 1913 г. Фаянс и Гёринг открыли в продуктах распада урана изотоп UX₂ (²³⁴Pa) с периодом полураспада около 1 мин., названный из-за короткого времени жизни «бревием» (от лат. brevis — «короткий» или «краткий»). Затем Блек, Ган и Мейтнер обнаружили сходство свойств UX₂ с танталом.

В 1918 г. Ган и Мейтнер в урановой смолке и, независимо от них Содде и Кренстон, открыли долгоживущий изотоп протактиния, названного так потому, что он являлся предшественником актиния.

Нахождение в природе

Месторождения

Протактиний входит в состав урановых руд, которые находятся на территории США, Швеции, Заира, Испании, Чехии, ЮАР, России, Канады, Марокко.

Происхождение названия

Так как протактиний служит родоначальником актиния (при α-распаде ²³¹Pa образуется ²²⁷Ac), ему было присвоено современное название.

Свойства

Протактиний — светло-серый металл, по твёрдости приближающийся к урану. При температуре 2^oК обладает сверхпроводимостью.

Металлический протактиний кристаллизуется в тетрагональной сингонии. При 1170^оС существует объёмно-центрированная кубическая модификация.

Протактиний на воздухе обычно покрывается тонкой плёнкой монооксида. Легко реагирует с водородом при 250—300^оС, образуя гидрид PaH₃. С иодом образует летучие иодиды сложного состава.

Изотопы

Радиоактивные свойства некоторых изотопов протактиния:

Массовое число	Период полураспада	Тип распада
224	0,6 с	α
225	2,0 с	α
226	1,8 с	α
227	38,3 мин.	α (15%), электронный захват (85%)
228	22 час.	α (2%), электронный захват (98%)
229	1,4 дня	α (0,25%), электронный захват (99%)
230	17 дней	β− (10%), электронный захват (90%), α (0,003%), β+ (0,03%)
231	32480±260 лет	α
232	1,31 дня	β−
233	27,4 дня	β−
234М (UX2)	1,18 мин.	β−
234 (UZ)	6,7 час.	β−
235	23,7 мин.	β−
236	12,5 мин.	β−
237	10,5 мин (?)/39 мин.	β−

Получение

Из природных источников — остатков от переработки урановой смолки — можно получить только ²³¹Pa. Кроме того, ²³¹Pa можно получить облучением ²³⁰Th медленными нейтронами:

²³⁰Th(n, γ)²³¹Th (β⁻-распад, T_1/2 = 25.6 ч) → ²³¹Pa

или при облучении ²³²Th быстрыми нейтронами по реакции

²³²Th(n, 2n)²³¹Th (β⁻-распад, T_1/2 = 25.6 ч) → ²³²Pa

Изотоп ²³³Pa также получают из тория:

²³²Th(n, γ)²³³Th (β⁻-распад, T_1/2 = 23.5 мин.) → ²³³Pa

Металлический протактиний получают при восстановлении PaF₄ парами бария или кальция при 1400—1500^оС.

Применение

Ввиду малого содержания в земной коре (содержание от массы Земли составляет 0,1 миллиардную долю процента) и крайней токсичности элемент имеет крайне узкое применение — добавка к ядерному горючему. На тонну урана содержание протактиния составляет 0,34 г.

Биологическая роль и особенности экспериментальной работы

Протактиний и его соединения чрезвычайно радиоактивны и радиотоксичны. При одинаковой концентрации содержащийся в воздухе протактиний-231 (в виде аэрозолей) в 250 миллионов раз^[3] токсичнее синильной кислоты.

ПДК для ²³¹Pa в воздухе рабочих помещений 5,6·10⁻⁴ Бк/м³ ^[4]. ²³¹Pa в организме человека склонен накапливаться в почках и костях. Максимальное безопасное количество протактиния при попадании в организм человека составляет 0,03 мккюри, что соответствует 0,5 мкг^[3].

Примечания

1. ↑ Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 111. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8
2. ↑ WebElements Periodic Table of the Elements | Protactinium | crystal structures
3. ↑ ^{1 2} Пальшин Е.С., Мясоедов Б.Ф., Давыдов А.В. Аналитическая химия протактиния. — М.: Издательство «Наука», 1968. — С. 15. — 240 с. — (Аналитическая химия элементов). — 2200 экз.
4. ↑ Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4

Ссылки

	Протактиний на Викискладе?

• Протактиний на Webelements
• Протактиний в Популярной библиотеке химических элементов
• Протактиний и его соединения на chemister.ru