O protactinium, symbol Pa, er element nummer 91 i Periodiske system. Sjælden og svær at opnå, der er få anvendelser af dette element. Det er dog kendt, at dens mest stabile oxidationstilstand er +5, med en kemisk adfærd, der ligner tantal og niobium. Det er det første grundstof i aktinidrækken, der har elektroner i f-underniveauet.
Dette grundstof har superledningsevne ved temperaturer under 1,4 K, foruden 29 kendte isotoper. Af disse er kun to naturlige: den ene med masse 231 og en med masse 234. Det meste protactinium opnås fra urankerneaffald. Pa blev opdaget gennem arbejde, der fandt sted i 1910'erne.
Læs også: Nobelium - et andet grundstof, der tilhører aktinidgruppen
Resumé om protactinium
Protactinium er en metal tilhørende blok f i det periodiske system.
I metallisk form er den duktil og formbar.
I opløsning er dens vigtigste NOx +5, ligesom tantal og niobium.
Den har 29 kendte isotoper, hvoraf kun to findes i naturen: masse 231 og 234.
Det er svært at skaffe og udvinde. Dens vigtigste naturlige kilde er nukleart uranaffald.
Der er næsten ingen kendte anvendelser for protactinium, selvom det er kendt for at være ekstremt farligt.
Protactinium egenskaber
Symbol: Skovl.
Atom nummer: 91.
Atommasse: 231.03588 c.u.s.
Elektronegativitet: 1,5.
Fusionspunkt: 1572°C.
Kogepunkt: 4000°C.
Massefylde: 15,37 g.cm-3 (udregnet).
Elektronisk konfiguration: [Rn] 7s2 5f2 6d1.
Kemisk serie: actinider, blok f, indre overgangselementer.
Karakteristika for protactinium
protactinium, Atom nummer 91 og symbol Pa, er et af de elementer, der kaldes actinider. selvom et element sjælden og svær at få, er det kendt, at Pa i sin metalliske form er duktil og formbar. Det oxiderer ikke i kontakt med luft ved stuetemperatur, som ændres med stigende temperatur.
Dens vigtigste oxidationstilstand er +5, hvilket ligner grundstofferne tantal og niobiumpå en måde med hensyn til den kemiske adfærd i vandig opløsning. Protactinium er også den første i actinid-serien, der har en elektron i f-underniveauet (mere specifikt 5f), med mellemliggende egenskaber mellem de af thorium Den er fra uran.
bliver angrebet af saltsyre (8 mol. L-1), syre flussyre (12 mol. L-1) og svovlsyre (2,5 mol. L-1). Stadig på dets reaktionelle aspekter kan protactinium reagere med O2, H2O eller CO2 ved en temperatur mellem 300 og 500 °C, hvilket producerer oxidet Pa2O5.
Med ammoniak (NH3), reagerer protactinium og danner PaN2og med gassen brint (H2), er der dannelse af PaH3. Imellem halogener, protactinium reagerer med jod (JEG2400°C for at danne PaI5.
protactinium hvisbliver en superleder ved en temperatur på 1,4 K. Derudover blev det indset, at sådanne egenskaber var en konsekvens af 5f-underniveauet i dets struktur, hvilket gjorde det klart, at Pa faktisk ville være et aktinid.
Der kendes 29 isotoper af protactinium, der kun fremhæver isotoperne 231pa og 234Pa, som er naturlige, og de 233Pa, produceret i atomreaktorer. Blandt disse den med længst halvt liv og 231Pa, med 3,28 x 104 år gammel.
Hvor kan protactinium findes?
I geologiske termer er halveringstiden for protactinium (231Pa) er for lille. Derfor er ethvert protactinium, der findes i naturen kommer fra det radioaktive henfald af 235u.
Pointen er, at selvom uran er godt fordelt i hele Jordens skorpe (med et gennemsnitligt indhold på 2,7 ppm), svarer kun 0,711% af denne masse til massen 235 isotopen af uran. På denne måde vurderes det, at det gennemsnitlige indhold af protactinium er 8,7 x 10-7 ppm.
Indhentning af protactinium
Udvinding af element 91 er en af de sværeste via naturlige kilder.. Indtil da er protactinium ikke blevet produceret i stor skala, da der ikke er kommerciel interesse. Målbare mængder af dette grundstof opnås generelt fra uran affald.
Desuden, klassiske renseteknikkerionbytterharpikser, udfældning og krystallisation, foruden opløsningsmiddelekstraktion og kromatografi, kan anvendes til at opnå et produkt rigere på protactinium.
I 1959 og 1961 blev det annonceret, at Atomic Energy Authority of Great Britain udtog, i en 12-årig proces, trin, 125 g 99,9 % rent protactinium fra 60 tons affald til en pris på omkring US$ 500.000.
Få mere at vide: Antimon — element, der anses for sjældent, brugt siden oldtiden
Forholdsregler med Protactinium
Protactinium er meget farlig og giftig. Dette gør det nødvendigt at adoptere plutonium-lignende håndteringsforanstaltninger. Det anslås, at protactinium spredt i luften i form af en aerosol kan være op til 250 millioner gange mere giftigt end blåsyre i samme koncentrationer.
Anvendelser af protactinium
Al toksiciteten af protactinium, tilføjet til det faktum, at det er et grundstof, der er svært at udvinde, begrænser dets anvendelser. Blandt de få kendte applikationer er protactinium allerede blevet brugt i scintillatorer til røntgendetektion. Den har også været brugt til datering af gamle genstande, gennem forholdet 231Skovl/235U.
historie af protactinium
Mendeleev forudsagde grundstof 91 i det ledige rum mellem thorium og uran af dit periodiske system. Han kaldte det "eka-tantal", hvilket gav det en omtrentlig atommasse på 235 og forudsagde, at dets kemiske egenskaber ville være tæt på niobium og tantal.
Imidlertid, Det var først i 1913, at Kasimir Fajans og hans elev Oswald Göhring identificerede element 91, baseret på eksperimenter og tidligere arbejde af Ernest Rutherford og Frederick Soddy.
Det nye element, som faktisk var 234mPa (en metastabil isomer af protactinium-234) fik navnet "brevius" (symbol Bv), på grund af dens korte eksistens: kun et minuts halveringstid.
Samtidig var der et andet problem på det tidspunkt: oprindelsen af aktinium (Ac), element 89. Det var allerede kendt, at Ac ikke kunne være det primære radioaktive grundstof, da dets halveringstid var omkring 30 år, men det var ikke kendt, hvilken henfaldsserie der producerede det.
Derfra foreslog Frederick Soddy, at grundstoffet, der ville give anledning til aktinium, ville være en alfapartikeludsender, placeret i gruppe 5 i det periodiske system, efter tantal. Navnet "eka-tantalus" blev derefter brugt til at betegne dette element.
Indtil i marts 1918, overvinde Soddy, Lise Meitner og Otto Hahn opdagede isotopen 231Skovl, som fik kodenavnet "abracadabra" i sin korrespondance. Faktisk genererede dette nye element aktinium ved alfapartikelemission og modtog navnet protactinium fra begge, hvilket betyder "i forhold til aktinium". Denne nomenklatur for element 91 endte med at overlappe med Fajans og Göhrings "brevius", da halveringstiden for 231Pa er omkring 32 tusind år gammel.
Løste øvelser på protactinium
Spørgsmål 1
Selvom et actinid, protactinium, symbol Pa, har samme oxidationstilstand som niobium og tantal (+5). Måske er det derfor, på tidspunktet for dets opdagelse, blev det kaldt "eka-tantalum". I hvilken af følgende forbindelser udviser protactinium den førnævnte oxidationstilstand?
A) PaBr2
B) PaH3
C) PaCl4
D) Pa2O5
Og far
Løsning:
Alternativ D
Halogener, i mangel af atom i ilt i formlen have en ladning lig med -1. Brint har en ladning lig med +1. Ilt har en ladning på -2. Altså beregningen af NOx protactinium i hvert stof gives som følger:
paBr2: x + 2(–1) = 0 → x = +2; så forkert svar.
PaH3: x + 3(+1) = 0 → x + 3 = 0 → x = -3; så forkert svar.
PaCl4: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; så forkert svar.
Skovl2O5: 2x + 5(–2) = 0 → 2x – 10 = 0 → x = +5; så rigtigt svar.
PaI: x + (–1) = 0 → x – 1 = 0 → x = +1; så forkert svar.
spørgsmål 2
Oprindeligt blev protactinium, grundstof 91, kaldt "brevius", symbol Bv, da dets første isotop, 234, havde omkring et minuts halveringstid. Hvad er den resulterende masseprocent af den "korte" isotop efter fem minutters forberedelse?
A) 50 %
B) 25 %
C) 12,5 %
D) 6,25 %
E) 3,125 %
Løsning:
Alternativ E
Halveringstiden er karakteriseret ved den tid, det tager for massen af den radioaktive prøve at halvere. Hvis halveringstiden er et minut, betyder det, at massen for hvert minut falder til det halve.
På fem minutter faldt massen således fra 25, det samme som 1/32 af den oprindelige masse. Således er den resterende masse 3,125%.
Af Stefano Araújo Novais
Kemi lærer
Kilde: Brasilien skole - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/protactinio-pa.htm