Protaktinium

Protaktinium
  [Rn] 5f2 6d1 7s2
213 Pa
91
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
↓ Periodická tabulka ↓
atom protaktinia

atom protaktinia

Obecné
Název, značka, číslo Protaktinium, Pa, 91
Cizojazyčné názvy lat. Protactinium
Skupina, perioda, blok 7. perioda, blok f
Chemická skupina Aktinoidy
Koncentrace v zemské kůře 1×10−6 ppm
Vzhled stříbrný kov
Identifikace
Registrační číslo CAS 7440-13-3
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost (231,035 9)
Kovalentní poloměr 161 pm
Iontový poloměr (Pa3+) 106 pm
(Pa4+) 91 pm
(Pa5+) 88 pm
Elektronová konfigurace [Rn] 5f2 6d1 7s2
Oxidační čísla II, III, IV, V
Elektronegativita (Paulingova stupnice) 1,5
Ionizační energie
První 5,60 eV
Druhá 11,3 eV
Třetí 20,5 eV
Čtvrtá 36,4 eV
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava α-modifikace
čtverečná tělesně centrovaná
a= 388,9 pm
c= 341,7 pm
β-modifikace
krychlová
a = 381 pm
Molární objem 15,18×10−6 m3/mol
Teplota změny modifikace 1 170 °C (α → β) °C (1 443,15 K)
Mechanické vlastnosti
Hustota 15,374 g/cm3 (mod. α, 20 °C)
13,87 g/cm3 (mod. β)
Skupenství pevné
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost 47 W⋅m−1⋅K−1
Součinitel délkové roztažnosti 99×10−7 (mod. α)
Molární atomizační entalpie 607,2 kJ/mol
Standardní molární entropie S° 51,9 J K−1 mol−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání přibližně 1 600 °C (přibližně 1 600 K)
Teplota varu přibližně 3 300 °C (přibližně 3 300 K)
Specifické teplo tání 14,65 kJ/mol
Specifické teplo varu 460,5 kJ/mol
Měrná tepelná kapacita 0,121 J/g (25 °C)
0,099 J/g (plyn)
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost 5,56×106 S/m
Měrný elektrický odpor 177×10−9 Ωm
Teplota přechodu do supravodivého stavu 1,5 K
Magnetické chování paramagnetický
Bezpečnost
Radioaktivní
Radioaktivní
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P

{{{izotopy}}}

Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Pr
⋏
Thorium ≺ Pa ≻ Uran

Protaktinium (chemická značka Pa, latinsky Protactinium) je třetím členem z řady aktinoidů, radioaktivní kovový prvek.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Protaktinium je radioaktivní kovový prvek stříbřitě bílé barvy, která se působením vzdušného kyslíku mění na šedavou. Hlavní izotop protaktinia 231Pa je α-zářič.

Ve sloučeninách se vyskytuje v mocenství od Pa+3 po Pa+5, přičemž nejstálejší jsou sloučeniny s oxidačním číslem Pa+5, které se svým chemickým chováním podobají sloučeninám tantalu nebo niobu.

Čistý kov lze připravit redukcí fluoridu protaktiničného kovovým baryem při teplotě kolem 1400 °C.

Historie

Jako první identifikovali protaktinium (izotop 234Pa s poločasem rozpadu 1,17 minuty) Kasimir Fajans a O. H. Göhring jako produkt rozpadu uranu 238U. Pojmenovali jej brevium podle krátké doby života (latinsky brevis – krátký).

Za objevitele protaktinia jsou však obvykle označováni Otto Hahn a Lise Meitner z Německa a Frederick Soddy a John Cranston z Velké Británie, kteří roku 1918 nezávisle na sobě oznámili objev izotopu 231Pa s mnohem delším poločasem rozpadu. Jméno prvku bylo změněno na protaktinium v roce 1949.

Výskyt, izotopy a využití

V zemské kůře se můžeme setkat pouze s velmi nízkými obsahy izotopu 231Pa, který je produktem radioaktivního rozpadu uranu. Poločas rozpadu tohoto izotopu je 32 760 let a proto i v nejbohatších uranových rudách nacházíme protaktinium v množství maximálně 1–3 ppm (mg/kg).

Z dalších izotopů stojí za zmínku např. 230Pa s poločasem rozpadu 17,4 dne nebo 233Pa s poločasem 26,975 dnů. Celkově je známo 30 izotopů protaktinia:

Izotop Poločas přeměny Druh rozpadu Produkt rozpadu
211Pa >300 ns α 207Ac
212Pa 5,1 ms α 208Ac
213Pa 5,3 ms α 209Ac
214Pa 17 ms α 210Ac
215Pa 14 ms α 211Ac
216Pa 150 ms α (98 %)/ ε (2 %) 212Ac/ 216Th
217Pa 3,6 ms α 213Ac
218Pa 113 μs α 214Ac
219Pa 53 ns α 215Ac
220Pa 0,78 μs α (100,00 %)/ ε (3,0×10−7 %) 216Ac/ 220Th
221Pa 5,9 μs α 217Ac
222Pa 2,9 ms α 218Ac
223Pa 5,1 ms α 219Ac
224Pa 846 ms α 220Ac
225Pa 1,7 s α 221Ac
226Pa 1,8 min α (74 %)/ ε (26 %) 222Ac/ 226Th
227Pa 38,3 min α (85 %)/ ε (15 %) 223Ac/ 227Th
228Pa 22,4 h ε (98,15 %)/ α (1,85 %) 228Th / 224Ac
229Pa 1,5 d ε (99,52 %)/ α (0,48 %) 229Th/ 225Ac
230Pa 17,4 d ε (92,20 %)/ β− (7,80 %)/ α (3,2×10−3 %) 230Th/ 230U/ 226Ac
231Pa 32 760 r α (100 %) / SF (<3×10−10) 227Ac / různé
232Pa 1,32 d β− / ε 232U / 232Th
233Pa 26,975 d β− 233U
234Pa 6,70 h β− 234U
235Pa 24,4 min β− 235U
236Pa 9,1 min β− 236U
237Pa 8,7 min β− 237U
238Pa 2,28 min β− 238U
239Pa 1,8 h β− 239U
240Pa ? β− 240U

První izolace oxidu protaktinia Pa2O5 byla uskutečněna roku 1927, kdy Aristid V. Grosse připravil přibližně 2 mg látky. Elementární kov byl získán roku 1934 termickým rozkladem jodidu protaktinia na elektricky zahřívaném kovovém vlákně ve vakuu:

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

Největší množství čistého prvku bylo připraveno v roce 1961 pod patronací Úřadu pro atomovou energii Velké Británie. Bylo přitom zpracováváno asi 60 tun kalů zbylých po extrakci uranu z konžských rud. Separační proces sestával z dvanácti kroků (loužení kyselinami, kapalinová extrakce, separace na ionexech atd.) a výsledkem bylo 125 g kovového protaktinia o čistotě 99,9 %.

Uvádí se, že náklady na tento proces se pohybovaly kolem půl milionu amerických dolarů a získané množství protaktinia dodnes uspokojuje celosvětovou poptávku po tomto prvku. To jasně ukazuje i na to, že praktický význam protaktinia je zanedbatelný a jeho využití se omezuje pouze na speciální vědecké experimenty.

Budoucí význam protaktinia a především izotopů 233Pa a 234Pa záleží na rozšíření solných reaktorů. Z 233Pa vznikajícího záchytem neutronu jádrem thoria 232Th se jeho rozpadem získává izotop uranu 233U, který je perspektivní náhradou 235U.

Odkazy

Literatura

  • Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
  • Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
  • Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
  • N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků II. 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9
  • VOHLÍDAL, Jiří; ŠTULÍK, Karel; JULÁK, Alois. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5. 

Externí odkazy

Zdroj