ا البروتكتينيوم، الرمز Pa ، هو العنصر رقم 91 من الجدول الدوري. نادرًا ويصعب الحصول عليه ، هناك تطبيقات قليلة لهذا العنصر. ومع ذلك ، فمن المعروف أن حالة الأكسدة الأكثر استقرارًا هي +5 ، مع سلوك كيميائي يشبه التنتالوم والنيوبيوم. إنه العنصر الأول في سلسلة الأكتينيدات الذي يحتوي على إلكترونات في المستوى الفرعي f.
يتمتع هذا العنصر بموصلية فائقة عند درجات حرارة أقل من 1.4 كلفن ، بالإضافة إلى 29 نظيرًا معروفًا. من بين هؤلاء ، اثنان فقط طبيعيان: الأول بكتلة 231 والآخر بكتلة 234. يتم الحصول على معظم البروتكتينيوم من نفايات اليورانيوم النووية. تم اكتشاف Pa من خلال العمل الذي حدث في عام 1910.
اقرأ أيضا: نوبليوم - عنصر آخر ينتمي إلى مجموعة الأكتينيد
ملخص عن البروتكتينيوم
البروتكتينيوم هو فلز تنتمي إلى كتلة و من الجدول الدوري.
في شكل معدني ، هو مطيل وقابل للطرق.
في المحلول ، يكون أكاسيد النيتروجين الرئيسي +5 ، مثل التنتالوم والنيوبيوم.
لديها 29 نظيرًا معروفًا ، اثنان منها فقط موجودان في الطبيعة: الكتلة 231 و 234.
من الصعب الحصول عليها واستخراجها. مصدرها الطبيعي الرئيسي هو نفايات اليورانيوم النووية.
لا توجد تطبيقات معروفة تقريبًا للبروتكتينيوم ، على الرغم من أنه من المعروف أنه خطير للغاية.
خصائص البروتكتينيوم
رمز: مجرفة.
العدد الذري: 91.
الكتلة الذرية: 231.03588 c.u.s.
كهرسلبية: 1,5.
نقطة الانصهار: 1572 درجة مئوية.
نقطة الغليان: 4000 درجة مئوية.
كثافة: 15.37 جرام سم-3 (محسوب).
التكوين الإلكترونية: [آكانيوز] 7s2 5f2 6 د1.
سلسلة كيميائية: الأكتينيدات ، بلوك و ، عناصر الانتقال الداخلية.
خصائص البروتكتينيوم
البروتكتينيوم العدد الذري 91 والرمز Pa ، هو أحد العناصر التي تسمى الأكتينيدات. على الرغم من وجود عنصر نادرة ويصعب الحصول عليها، من المعروف أن Pa ، في شكله المعدني ، هو مطيل ومرن. لا يتأكسد عند ملامسته للهواء عند درجة حرارة الغرفة التي تتغير مع زيادة درجة الحرارة.
حالة الأكسدة الرئيسية هي +5 ، والتي تشبه العناصر التنتالوم و النيوبيوم، بطريقة ما ، فيما يتعلق بالسلوك الكيميائي في المحلول المائي. البروتكتينيوم هو أيضًا الأول في سلسلة الأكتينيد الذي يحتوي على الإلكترون في المستوى الفرعي f (بشكل أكثر تحديدًا 5f) ، مع خصائص وسيطة بين تلك الخاصة بـ الثوريوم إنه من اليورانيوم.
يهاجمه حامض الهيدروكلوريك (8 مول. إل-1), حامض حمض الهيدروفلوريك (12 مول. إل-1) و حامض الكبريتيك (2.5 مول. إل-1). لا يزال البروتكتينيوم في جوانبه التفاعلية ، يمكن أن يتفاعل مع O2، ح2O أو CO2 عند درجة حرارة تتراوح بين 300 و 500 درجة مئوية ، ينتج أكسيد Pa2ا5.
مع الأمونيا (NH3) ، يتفاعل البروتكتينيوم لتشكيل PaN2ومع الغاز هيدروجين (ح2) ، هناك تشكيل PaH3. بين ال الهالوجينات، يتفاعل مع البروتكتينيوم اليود (أنا2) عند درجة حرارة حوالي 400 درجة مئوية لتشكيل PaI5.
البروتكتينيوم إذايصبح موصلًا فائقًا عند درجة حرارة 1.4 كلفن. بالإضافة إلى ذلك ، تم إدراك أن هذه الخصائص كانت نتيجة المستوى الفرعي 5f في هيكلها ، مما جعل من الواضح أن Pa سيكون في الواقع أكتينيد.
هناك 29 نظيرًا معروفًا من البروتكتينيوم ، مع إبراز النظائر فقط 231السلطة الفلسطينية و 234باسكال ، والتي هي طبيعية ، و 233باسكال ، أنتجت في المفاعلات النووية. من بين هؤلاء ، الشخص الأطول نصف الحياة و ال 231Pa ، 3.28 × 104 سنة.
أين يمكن العثور على البروتكتينيوم؟
من الناحية الجيولوجية ، فإن نصف عمر البروتكتينيوم (231Pa) صغير جدًا. لذلك ، أي وكل البروتكتينيوم موجود في الطبيعة يأتي من الاضمحلال الإشعاعي لـ 235ش.
النقطة المهمة هي أنه على الرغم من أن اليورانيوم موزع جيدًا في جميع أنحاء العالم قشرة الأرض (بمتوسط محتوى يبلغ 2.7 جزء في المليون) ، فإن 0.711٪ فقط من هذه الكتلة يتوافق مع نظير كتلة 235 لليورانيوم. بهذه الطريقة ، يقدر أن متوسط محتوى البروتكتينيوم هو 8.7 × 10-7 جزء في المليون.
الحصول على البروتكتينيوم
يعد استخراج العنصر 91 من أصعب العمليات عبر المصادر الطبيعية.. حتى ذلك الحين ، لم يتم إنتاج البروتكتينيوم على نطاق واسع ، حيث لا توجد مصلحة تجارية. يتم الحصول على كميات قابلة للقياس من هذا العنصر بشكل عام من نفايات اليورانيوم.
بالإضافة إلى، تقنيات التنقية الكلاسيكية، مثل راتنجات التبادل الأيوني والترسيب والتبلور ، بالإضافة إلى الاستخلاص بالمذيبات والكروماتوجرافيا ، يمكن استخدامها للحصول على منتج أكثر ثراءً بالبروتكتينيوم.
في عامي 1959 و 1961 ، أُعلن أن هيئة الطاقة الذرية لبريطانيا العظمى استخرجت ، في عملية استمرت 12 عامًا ، 125 جرام من 99.9٪ بروتكتينيوم نقي من 60 طن من النفايات بتكلفة حوالي دولار أمريكي 500.000.
تعرف أكثر: الأنتيمون - عنصر يعتبر نادر الاستخدام منذ العصور القديمة
الاحتياطات مع البروتكتينيوم
البروتكتينيوم هو خطير جدا وسام. هذا يجعل من الضروري التبني احتياطات التعامل مع البلوتونيوم. تشير التقديرات إلى أن البروتكتينيوم المنتشر في الهواء على شكل رذاذ يمكن أن يكون أكثر سمية بمقدار 250 مليون مرة من حمض الهيدروسيانيك بنفس التركيزات.
تطبيقات البروتكتينيوم
كل سمية البروتكتينيوم ، إضافة إلى حقيقة أنه عنصر يصعب استخراجه ، تحد من تطبيقاته. من بين التطبيقات القليلة المعروفة ، تم استخدام البروتكتينيوم بالفعل في وميض للكشف عن الأشعة السينية. كما تم استخدامه ل تأريخ الأشياء القديمةمن خلال العلاقة 231مجرفة/235يو.
تاريخ البروتكتينيوم
توقع مندليف العنصر 91 في الفراغ بين الثوريوم واليورانيوم من الجدول الدوري الخاص بك. أطلق عليها اسم "eka-tantalum" ، وأعطتها كتلة ذرية تقريبية قدرها 235 وتوقع أن خصائصها الكيميائية ستكون قريبة من خصائص النيوبيوم والتنتالوم.
لكن، لم يكن حتى عام 1913 أن حدد Kasimir Fajans وطالبه Oswald Göhring العنصر 91، بناءً على التجارب والأعمال السابقة التي قام بها إرنست رذرفورد وفريدريك سودي.
العنصر الجديد ، والذي كان في الواقع 234 مأُطلق على Pa (أيزومر غير مستقر من البروتكتينيوم -234) اسم "brevius" (الرمز Bv) ، بسبب وجوده القصير: دقيقة واحدة فقط من نصف العمر.
في الوقت نفسه ، كانت هناك مشكلة أخرى في ذلك الوقت: أصل ملف الأكتينيوم (Ac) ، العنصر 89. كان معروفًا بالفعل أن التيار المتردد لا يمكن أن يكون العنصر الإشعاعي الأساسي ، نظرًا لأن نصف عمره كان حوالي 30 عامًا ، ولكن لم يكن معروفًا أي سلسلة الانحلال التي أنتجته.
من هناك ، اقترح فريدريك سودي أن العنصر الذي من شأنه أن يؤدي إلى الأكتينيوم سيكون باعث جسيم ألفا ، موضوع في المجموعة 5 من الجدول الدوري ، بعد التنتالوم. ثم تم استخدام اسم "eka-tantalus" لتعيين هذا العنصر.
حتى مارس 1918 ، تغلبت على سودي ، اكتشف ليز مايتنر وأوتو هان النظير 231مجرفة، الذي تلقى الاسم الرمزي "abracadabra" في مراسلاته. في الواقع ، أنتج هذا العنصر الجديد الأكتينيوم عن طريق انبعاث جسيمات ألفا وتلقى اسم البروتكتينيوم من كليهما ، مما يعني "نسبي الأكتينيوم". انتهى هذا المصطلح للعنصر 91 بالتداخل مع "brevius" لـ Fajans و Göhring ، منذ نصف عمر 231يبلغ عمر باسكال 32 ألف سنة.
تمارين حلها على البروتكتينيوم
السؤال رقم 1
على الرغم من أن الأكتينيد ، البروتكتينيوم ، الرمز Pa ، له نفس حالة الأكسدة مثل النيوبيوم والتنتالوم (+5). ربما لهذا السبب ، في وقت اكتشافه ، كان يطلق عليه "eka-tantalum". في أي من المركبات التالية يظهر البروتكتينيوم حالة الأكسدة المذكورة أعلاه؟
أ) بابر2
ب) باسكال3
ج) PaCl4
د) باسكال2ا5
والد
القرار:
البديل د
الهالوجينات ، في حالة عدم وجود ذرة في الأكسجين في الصيغة ، شحنة تساوي -1. شحنة الهيدروجين تساوي +1. شحنة الأكسجين -2. لذا ، فإن حساب أكاسيد النيتروجين من البروتكتينيوم في كل مادة تعطى على النحو التالي:
paBr2: س + 2 (–1) = 0 → س = +2 ؛ إجابة خاطئة جدا.
PaH3: س + 3 (+1) = 0 → س + 3 = 0 → س = -3 ؛ إجابة خاطئة جدا.
PaCl4: x + 4 (–1) = 0 → x - 4 = 0 → x = +4 ؛ إجابة خاطئة جدا.
مجرفة2ا5: 2x + 5 (–2) = 0 → 2x - 10 = 0 → x = +5 ؛ الجواب الصحيح جدا.
PaI: x + (–1) = 0 → x - 1 = 0 → x = +1 ؛ إجابة خاطئة جدا.
السؤال 2
في البداية ، كان البروتكتينيوم ، العنصر 91 ، يسمى "brevius" ، الرمز Bv ، حيث أن أول نظير له ، 234 ، كان له نصف عمر يبلغ حوالي دقيقة واحدة. ما هي النسبة المئوية الكتلية الناتجة من النظير "المختصر" بعد خمس دقائق من تحضيره؟
أ) 50٪
ب) 25٪
ج) 12.5٪
د) 6.25٪
هـ) 3.125٪
القرار:
البديل ه
تتميز فترة نصف العمر بالوقت اللازم حتى تنخفض كتلة العينة المشعة إلى النصف. إذا كان عمر النصف دقيقة واحدة ، فهذا يعني أن الكتلة تنخفض بمقدار النصف في كل دقيقة.
وهكذا ، في غضون خمس دقائق ، انخفضت الكتلة من 25، نفس 1/32 من الكتلة الأولية. وبالتالي ، فإن الكتلة المتبقية هي 3.125٪.
بقلم ستيفانو أروجو نوفايس
مدرس كيمياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/protactinio-pa.htm