O protactinium, symbole Pa, est l'élément numéro 91 du Tableau périodique. Rare et difficile à obtenir, il existe peu d'applications de cet élément. On sait cependant que son état d'oxydation le plus stable est +5, avec un comportement chimique qui ressemble au tantale et au niobium. C'est le premier élément de la série des actinides à avoir des électrons dans le sous-niveau f.
Cet élément a une supraconductivité à des températures inférieures à 1,4 K, en plus de 29 isotopes connus. Parmi ceux-ci, seuls deux sont naturels: celui de masse 231 et celui de masse 234. La plupart du protactinium est obtenu à partir de déchets nucléaires d'uranium. Pa a été découvert grâce à des travaux qui ont eu lieu dans les années 1910.
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Sujets dans cet article
- 1 - Résumé sur le protactinium
- 2 - Propriétés du protactinium
- 3 - Caractéristiques du protactinium
- 4 - Où trouver le protactinium ?
- 5 - Obtention du protactinium
- 6 - Précautions avec le protactinium
- 7 - Applications du protactinium
- 8 - Histoire du protactinium
- 9 - Exercices résolus sur le protactinium
Résumé sur le protactinium
Le protactinium est un métal appartenant au bloc f du tableau périodique.
Sous forme métallique, il est ductile et malléable.
En solution, son principal NOx est de +5, comme le tantale et le niobium.
Il possède 29 isotopes connus, dont seulement deux se trouvent dans la nature: les masses 231 et 234.
Il est difficile à obtenir et à extraire. Sa principale source naturelle est constituée par les déchets nucléaires d'uranium.
Il n'y a presque pas d'applications connues pour le protactinium, bien qu'il soit connu pour être extrêmement dangereux.
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Propriétés du protactinium
Symbole: Pelle.
Numéro atomique: 91.
Masse atomique: 231.03588 cu.u.s.
Électronégativité : 1,5.
Point de fusion : 1572°C.
Point d'ébullition: 4000°C.
Densité: 15,37 g.cm-3 (calculé).
Configuration électronique: [Rn] 7s2 5f2 6d1.
Série chimique : actinides, bloc f, éléments de transition internes.
Caractéristiques du protactinium
le protactinium, numéro atomique 91 et de symbole Pa, est l'un des éléments appelés actinides. bien qu'un élément rare et difficile à obtenir, on sait que Pa, sous sa forme métallique, est ductile et malléable. Il ne s'oxyde pas au contact de l'air à température ambiante, qui change avec l'augmentation de la température.
Son état d'oxydation principal est +5, ce qui ressemble aux éléments tantale et niobium, en quelque sorte, vis-à-vis du comportement chimique en solution aqueuse. Le protactinium est également le premier de la série des actinides à avoir un électron dans le sous-niveau f (plus spécifiquement 5f), avec des propriétés intermédiaires entre celles de thorium C'est de uranium.
est attaqué par acide hydrochlorique (8 moles. L-1), acide acide fluorhydrique (12 mol. L-1) et acide sulfurique (2,5 mol. L-1). Toujours sur ses aspects réactionnels, le protactinium peut réagir avec O2, H2O ou CO2 à une température comprise entre 300 et 500 °C, produisant l'oxyde Pa2O5.
Avec de l'ammoniac (NH3), le protactinium réagit pour former PaN2, et avec le gaz hydrogène (H2), il y a formation de PaH3. Entre le halogènes, le protactinium réagit avec iode (JE2) à une température d'environ 400 °C pour former PaI5.
le protactinium sidevient supraconducteur à une température de 1,4 K. De plus, il a été remarqué que de telles propriétés étaient une conséquence du sous-niveau 5f dans sa structure, ce qui rendait évident que Pa serait en fait un actinide.
29 isotopes sont connus de protactinium, ne mettant en évidence que les isotopes 231pa et 234Pa, qui sont naturels, et les 233Pa, produit en réacteurs nucléaires. Parmi ceux-ci, celui qui a le plus long demi vie et le 231Pa, avec 3,28 x 104 ans.
Où trouver le protactinium ?
En termes géologiques, la demi-vie du protactinium (231Pa) est trop petit. Par conséquent, tout protactinium présent dans la nature provient de la désintégration radioactive de 235tu.
Le fait est que, même si l'uranium est bien réparti dans l'ensemble du la croûte terrestre (avec une teneur moyenne de 2,7 ppm), seulement 0,711 % de cette masse correspond à la masse isotope 235 de l'uranium. De cette façon, on estime que la teneur moyenne en protactinium est de 8,7 x 10-7 ppm.
Obtention du protactinium
L'extraction de l'élément 91 est l'une des plus difficiles via des sources naturelles.. Jusque-là, le protactinium n'avait pas été produit à grande échelle, car il n'y avait aucun intérêt commercial. Des quantités mesurables de cet élément sont généralement obtenues à partir de déchets d'uranium.
Par ailleurs, techniques de purification classiques, telles que les résines échangeuses d'ions, la précipitation et la cristallisation, en plus de l'extraction par solvant et de la chromatographie, peuvent être utilisées pour obtenir un produit plus riche en protactinium.
En 1959 et 1961, il a été annoncé que l'Autorité de l'énergie atomique de Grande-Bretagne avait extrait, dans un processus de 12 étapes, 125 g de protactinium pur à 99,9 % provenant de 60 tonnes de déchets, pour un coût d'environ US$ 500.000.
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Précautions avec Protactinium
Le protactinium est très dangereux et toxique. Cela oblige à adopter précautions de manipulation similaires au plutonium. On estime que le protactinium dispersé dans l'air sous forme d'aérosol peut être jusqu'à 250 millions de fois plus toxique que l'acide cyanhydrique aux mêmes concentrations.
Applications du protactinium
Toute la toxicité du protactinium, ajoutée au fait qu'il s'agit d'un élément difficile à extraire, limite ses applications. Parmi les rares applications connues, le protactinium a déjà été utilisé dans scintillateurs pour la détection par rayons X. Il a également été utilisé pour datation d'objets anciens, à travers la relation 231Pelle/235U.
histoire du protactinium
Mendeleev a prédit l'élément 91 dans l'espace vacant entre le thorium et l'uranium de votre tableau périodique. Il l'appela "eka-tantale", lui donnant une masse atomique approximative de 235 et prédisant que ses propriétés chimiques seraient proches de celles du niobium et du tantale.
Cependant, Ce n'est qu'en 1913 que Kasimir Fajans et son élève Oswald Göhring ont identifié l'élément 91, sur la base d'expériences et de travaux antérieurs de Ernest Rutherford et Frederick Soddy.
Le nouvel élément, qui était en fait le 234mPa (un isomère métastable du protactinium-234), a reçu le nom de « brevius » (symbole Bv), en raison de sa brève existence: seulement une minute de demi-vie.
En même temps, il y avait un autre problème à l'époque: l'origine de la actinium (Ac), élément 89. On savait déjà que Ac ne pouvait pas être l'élément radioactif principal, puisque sa demi-vie était d'environ 30 ans, mais on ne savait pas quelle série de désintégration l'avait produit.
À partir de là, Frederick Soddy a suggéré que l'élément qui donnerait naissance à l'actinium serait un émetteur de particules alpha, positionné dans le groupe 5 du tableau périodique, après le tantale. Le nom « eka-tantalus » a ensuite été utilisé pour désigner cet élément.
Jusqu'en mars 1918, surmontant Soddy, Lise Meitner et Otto Hahn ont découvert l'isotope 231Pelle, qui a reçu le nom de code « abracadabra » dans sa correspondance. En fait, ce nouvel élément a généré de l'actinium par émission de particules alpha et a reçu le nom de protactinium des deux, signifiant « parent de l'actinium ». Cette nomenclature de l'élément 91 a fini par se superposer au "bref" de Fajans et Göhring, puisque la demi-vie de 231Pa a environ 32 mille ans.
Exercices résolus sur le protactinium
question 1
Bien qu'étant un actinide, le protactinium, symbole Pa, a le même état d'oxydation que le niobium et le tantale (+5). C'est peut-être pour cela qu'au moment de sa découverte, on l'appelait « eka-tantale ». Dans lequel des composés suivants le protactinium présente-t-il l'état d'oxydation susmentionné ?
A) Pa Br2
B) HAP3
C) PaCl4
D) Pa2O5
Et père
Résolution:
Variante D
Les halogènes, en l'absence de atome dans oxygène dans la formule, ont une charge égale à -1. L'hydrogène a une charge égale à +1. L'oxygène a une charge de -2. Ainsi, le calcul de NOx de protactinium dans chaque substance est donnée comme suit :
paBr2: x + 2(–1) = 0 → x = +2; donc mauvaise réponse.
PaH3: X + 3(+1) = 0 → X + 3 = 0 → X = -3; donc mauvaise réponse.
PaCl4: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; donc mauvaise réponse.
Pelle2O5: 2x + 5(–2) = 0 → 2x – 10 = 0 → x = +5; donc bonne réponse.
PaI: x + (–1) = 0 → x – 1 = 0 → x = +1; donc mauvaise réponse.
question 2
Initialement, le protactinium, élément 91, était appelé "brevius", symbole Bv, car son premier isotope, le 234, avait environ une minute de demi-vie. Quel est le pourcentage massique résultant de l'isotope "brevial" après cinq minutes de sa préparation ?
A) 50 %
B) 25 %
C) 12,5 %
D) 6,25 %
E) 3,125 %
Résolution:
Variante E
La demi-vie est caractérisée par le temps nécessaire pour que la masse de l'échantillon radioactif diminue de moitié. Si la demi-vie est d'une minute, cela signifie que chaque minute, la masse diminue de moitié.
Ainsi, en cinq minutes, la masse a chuté de 25, le même que 1/32 de la masse initiale. Ainsi, la masse restante est de 3,125 %.
Par Stefano Araújo Novais
Professeur de chimie
