O protactinio, de símbolo Pa, es el elemento número 91 del Tabla periodica. Raro y difícil de conseguir, existen pocas aplicaciones de este elemento. Se sabe, sin embargo, que su estado de oxidación más estable es +5, con un comportamiento químico que se asemeja al tantalio y al niobio. Es el primer elemento de la serie de actínidos que tiene electrones en el subnivel f.
Este elemento tiene superconductividad a temperaturas inferiores a 1,4 K, además de 29 isótopos conocidos. De estos, solo dos son naturales: el de masa 231 y el de masa 234. La mayor parte del protactinio se obtiene a partir de desechos nucleares de uranio. Pa fue descubierto a través de un trabajo que tuvo lugar en la década de 1910.
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Resumen sobre protactinio
El protactinio es un metal perteneciente al bloque f de la Tabla Periódica.
En forma metálica, es dúctil y maleable.
En solución, su principal NOx es +5, como el tantalio y el niobio.
Tiene 29 isótopos conocidos, de los cuales solo dos se encuentran en la naturaleza: masa 231 y 234.
Es difícil de obtener y extraer. Su principal fuente natural son los desechos nucleares de uranio.
Casi no se conocen aplicaciones para el protactinio, aunque se sabe que es extremadamente peligroso.
Propiedades del protactinio
Símbolo: Pala.
Número atómico: 91.
Masa atomica: 231.03588 c.u.s.
Electronegatividad: 1,5.
Punto de fusión: 1572°C.
Punto de ebullición: 4000°C.
Densidad: 15,37 g.cm-3 (calculado).
Configuración electrónica: [Rn] 7s2 5f2 6d1.
Serie química: actínidos, bloque f, elementos de transición interna.
Características del protactinio
el protactinio, número atómico 91 y de símbolo Pa, es uno de los elementos denominados actínidos. aunque un elemento raro y dificil de conseguir, se sabe que Pa, en su forma metálica, es dúctil y maleable. No se oxida en contacto con el aire a temperatura ambiente, que cambia al aumentar la temperatura.
Su principal estado de oxidación es +5, que se asemeja a los elementos tantalio y niobio, en cierto modo, con respecto al comportamiento químico en solución acuosa. El protactinio es también el primero de la serie de actínidos en tener un electrón en el subnivel f (más concretamente 5f), con propiedades intermedias entre las de torio es de uranio.
es atacado por ácido clorhídrico (8 moles. L-1), ácido ácido fluorhídrico (12 mol. L-1) y ácido sulfúrico (2,5 mol. L-1). Aún en sus aspectos reaccionales, el protactinio puede reaccionar con O2, h2O o CO2 a una temperatura entre 300 y 500 °C, produciendo el óxido Pa2O5.
Con amoníaco (NH3), el protactinio reacciona para formar PaN2, y con la gasolina hidrógeno (H2), se produce la formación de PaH3. Entre los halógenos, el protactinio reacciona con yodo (YO2) a una temperatura de unos 400 °C para formar PaI5.
el protactinio sise convierte en un superconductor a una temperatura de 1,4 K. Además, se percibió que tales propiedades eran consecuencia del subnivel 5f en su estructura, lo que hacía evidente que Pa sería en realidad un actínido.
Se conocen 29 isótopos de protactinio, destacando sólo los isótopos 231papá y 234Pa, que son naturales, y los 233Pa, producido en reactores nucleares. Entre estos, el que tiene la mayor media vida y el 231Pa, con 3,28 x 104 años.
¿Dónde se puede encontrar protactinio?
En términos geológicos, la vida media del protactinio (231Pa) es demasiado pequeño. Por lo tanto, todo el protactinio que se encuentra en la naturaleza proviene de la desintegración radiactiva de 235tu.
La cuestión es que, aunque el uranio está bien distribuido por todo el la corteza terrestre (con un contenido medio de 2,7 ppm), sólo el 0,711% de esta masa corresponde al isótopo de masa 235 de uranio. De esta forma, se estima que el contenido medio de protactinio es de 8,7 x 10-7 ppm.
Obtención de protactinio
La extracción del elemento 91 es una de las más difíciles a través de fuentes naturales.. Hasta entonces, el protactinio no se ha producido a gran escala, ya que no tiene interés comercial. Las cantidades mensurables de este elemento se obtienen generalmente de residuos de uranio.
Además, técnicas clásicas de purificación, como las resinas de intercambio iónico, la precipitación y la cristalización, además de la extracción con disolventes y la cromatografía, pueden utilizarse para obtener un producto más rico en protactinio.
En 1959 y 1961, se anunció que la Autoridad de Energía Atómica de Gran Bretaña extrajo, en un proceso de 12 años, pasos, 125 g de protactinio puro al 99,9% de 60 toneladas de residuos, a un costo aproximado de US$ 500.000.
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Precauciones con protactinio
El protactinio es muy peligroso y toxico. Esto hace necesario adoptar Precauciones de manipulación similares al plutonio.. Se estima que el protactinio disperso en el aire en forma de aerosol puede ser hasta 250 millones de veces más tóxico que el ácido cianhídrico a las mismas concentraciones.
Aplicaciones del protactinio
Toda la toxicidad del protactinio, sumada a que es un elemento difícil de extraer, limita sus aplicaciones. Entre las pocas aplicaciones conocidas, el protactinio ya se ha utilizado en centelleadores para la detección de rayos x. También se ha utilizado para datacion de objetos antiguos, a través de la relación 231Pala/235tu
historia del protactinio
Mendeleev predijo el elemento 91 en el espacio vacante entre el torio y el uranio de su Tabla Periódica. Lo llamó "eka-tantalio", dándole una masa atómica aproximada de 235 y prediciendo que sus propiedades químicas serían cercanas a las del niobio y el tantalio.
Sin embargo, No fue hasta 1913 que Kasimir Fajans y su alumno Oswald Göhring identificaron el elemento 91, basado en experimentos y trabajos previos de ernesto rutherford y Federico Soddy.
El nuevo elemento, que en realidad era el 234mPa (un isómero metaestable de protactinio-234), recibió el nombre de "brevius" (símbolo Bv), debido a su breve existencia: solo un minuto de vida media.
Al mismo tiempo, había otro problema en ese momento: el origen de la actinio (Ac), elemento 89. Ya se sabía que el Ac no podía ser el elemento radiactivo primario, ya que su vida media era de unos 30 años, pero no se sabía qué serie de desintegración lo producía.
A partir de ahí, Frederick Soddy sugirió que el elemento que daría origen al actinio sería un emisor de partículas alfa, posicionado en el grupo 5 de la Tabla Periódica, después del tantalio. Entonces se usó el nombre “eka-tantalus” para designar este elemento.
Hasta que en marzo de 1918, superando a Soddy, Lise Meitner y Otto Hahn descubrieron el isótopo 231Pala, que recibió el nombre en clave “abracadabra” en su correspondencia. De hecho, este nuevo elemento generó actinio por emisión de partículas alfa y recibió el nombre de protactinio de ambos, que significa “pariente del actinio”. Esta nomenclatura para el elemento 91 terminó superponiéndose al “brevius” de Fajans y Göhring, ya que la vida media de 231Pa tiene unos 32 mil años.
Ejercicios resueltos sobre protactinio
Pregunta 1
Aunque es un actínido, el protactinio, de símbolo Pa, tiene el mismo estado de oxidación que el niobio y el tantalio (+5). Quizá por eso, en el momento de su descubrimiento, se le denominó “eka-tantalio”. ¿En cuál de los siguientes compuestos el protactinio exhibe el estado de oxidación antes mencionado?
A) PaBr2
B) HAP3
C) PaCl4
D) papá2O5
Y padre
Resolución:
Alternativa D
Halógenos, en ausencia de átomo en oxígeno en la fórmula, tienen una carga igual a -1. El hidrógeno tiene una carga igual a +1. El oxígeno tiene una carga de -2. Entonces, el cálculo de NOx de protactinio en cada sustancia se da como sigue:
PaBr2: x + 2(–1) = 0 → x = +2; respuesta tan incorrecta.
PaH3: x + 3(+1) = 0 → x + 3 = 0 → x = -3; respuesta tan incorrecta.
PaCl4: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; respuesta tan incorrecta.
Pala2O5: 2x + 5(–2) = 0 → 2x – 10 = 0 → x = +5; respuesta tan correcta.
PaI: x + (–1) = 0 → x – 1 = 0 → x = +1; respuesta tan incorrecta.
Pregunta 2
Inicialmente, el protactinio, elemento 91, se denominó “brevius”, símbolo Bv, ya que su primer isótopo, 234, tenía una vida media de aproximadamente un minuto. ¿Cuál es el porcentaje de masa resultante del isótopo “brevial” después de cinco minutos de su preparación?
a) 50%
b) 25%
C) 12,5%
D) 6,25%
mi) 3,125%
Resolución:
Alternativa E
La vida media se caracteriza por el tiempo requerido para que la masa de la muestra radiactiva se reduzca a la mitad. Si la vida media es de un minuto, significa que cada minuto la masa se reduce a la mitad.
Así, en cinco minutos, la masa cayó de 25, lo mismo que 1/32 de la masa inicial. Así, la masa restante es 3,125%.
Por Stefano Araújo Novais
Profesor de química
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/protactinio-pa.htm
