o protoattinio, simbolo Pa, è l'elemento numero 91 del Tavola periodica. Raro e difficile da ottenere, le applicazioni di questo elemento sono poche. È noto, tuttavia, che il suo stato di ossidazione più stabile è +5, con un comportamento chimico che ricorda il tantalio e il niobio. È il primo elemento della serie degli attinidi ad avere elettroni nel sottolivello f.
Questo elemento ha superconduttività a temperature inferiori a 1,4 K, oltre a 29 isotopi noti. Di questi, solo due sono naturali: quello di massa 231 e quello di massa 234. La maggior parte del protoattinio è ottenuto dalle scorie nucleari di uranio. Pa è stato scoperto grazie a un lavoro svolto negli anni '10.
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Argomenti in questo articolo
- 1 - Riepilogo sul protoattinio
- 2 - Proprietà del protoattinio
- 3 - Caratteristiche del protoattinio
- 4 - Dove si trova il protoattinio?
- 5 - Ottenere il protoattinio
- 6 - Precauzioni con protoattinio
- 7 - Applicazioni del protoattinio
- 8 - Storia del protoattinio
- 9 - Esercizi risolti sul protoattinio
Riepilogo sul protoattinio
Il protoattinio è un metallo appartenente al blocco f della Tavola Periodica.
In forma metallica, è duttile e malleabile.
In soluzione, il suo NOx principale è +5, come il tantalio e il niobio.
Ha 29 isotopi conosciuti, solo due dei quali si trovano in natura: massa 231 e 234.
È difficile da ottenere ed estrarre. La sua principale fonte naturale sono le scorie nucleari di uranio.
Non ci sono quasi applicazioni note per il protoattinio, sebbene sia noto per essere estremamente pericoloso.
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Proprietà del protoattinio
Simbolo: Pala.
Numero atomico: 91.
Massa atomica: 231.03588 c.u.s.
Elettronegatività: 1,5.
Punto di fusione: 1572°C.
Punto di ebollizione: 4000°C.
Densità: 15,37 g.cm-3 (calcolato).
Configurazione elettronica: [Rn] 7s2 5f2 6d1.
Serie chimica: attinidi, blocco f, elementi di transizione interni.
Caratteristiche del protoattinio
il protoattinio, numero atomico 91 e simbolo Pa, è uno degli elementi chiamati attinidi. pur essendo un elemento raro e difficile da ottenere, è noto che Pa, nella sua forma metallica, è duttile e malleabile. Non si ossida a contatto con l'aria a temperatura ambiente, che cambia con l'aumentare della temperatura.
Il suo stato di ossidazione principale è +5, che ricorda gli elementi tantalio e niobio, in un certo senso, per quanto riguarda il comportamento chimico in soluzione acquosa. Il protoattinio è anche il primo della serie degli attinidi ad avere a elettrone nel sottolivello f (più precisamente 5f), con proprietà intermedie tra quelle di torio Viene da uranio.
viene attaccato da acido cloridrico (8 mol. l-1), acido acido fluoridrico (12 mol. l-1) e acido solforico (2,5 mol. l-1). Sempre sui suoi aspetti reattivi, il protoattinio può reagire con O2, H2O o CO2 ad una temperatura compresa tra 300 e 500 °C, producendo l'ossido Pa2o5.
Con ammoniaca (NH3), il protoattinio reagisce per formare PaN2, e con il gas idrogeno (H2), c'è la formazione di PaH3. Tra i alogeni, il protoattinio reagisce con iodio (IO2) ad una temperatura di circa 400 °C per formare PaI5.
il protoattinio Sediventa un superconduttore ad una temperatura di 1,4 K. Inoltre, si è notato che tali proprietà erano una conseguenza del sottolivello 5f nella sua struttura, il che rendeva evidente che Pa sarebbe in effetti un attinide.
Sono noti 29 isotopi di protoattinio, evidenziando solo gli isotopi 231pa e 234Pa, che sono naturali, e il 233Pa, prodotto nel reattori nucleari. Tra questi, quello con il più lungo metà vita e il 231Pa, con 3,28 x 104 Anni.
Dove si trova il protoattinio?
In termini geologici, l'emivita del protoattinio (231Pa) è troppo piccolo. Pertanto, tutto il protoattinio presente in natura deriva dal decadimento radioattivo di 235tu.
Il punto è che, sebbene l'uranio sia ben distribuito in tutto il la crosta terrestre (con un contenuto medio di 2,7 ppm), solo lo 0,711% di questa massa corrisponde all'isotopo di massa 235 dell'uranio. In questo modo, si stima che il contenuto medio di protoattinio è 8,7 x 10-7 ppm.
Ottenere il protoattinio
L'estrazione dell'elemento 91 è una delle più difficili tramite fonti naturali.. Fino ad allora, il protoattinio non è stato prodotto su larga scala, poiché non vi è alcun interesse commerciale. Generalmente si ottengono quantità misurabili di questo elemento scorie di uranio.
Inoltre, tecniche di depurazione classiche, come le resine a scambio ionico, la precipitazione e la cristallizzazione, oltre all'estrazione con solvente e alla cromatografia, possono essere utilizzate per ottenere un prodotto più ricco di protoattinio.
Nel 1959 e nel 1961 fu annunciato che l'Autorità per l'energia atomica della Gran Bretagna ha estratto, in un processo di 12 gradini, 125 g di protoattinio puro al 99,9% da 60 tonnellate di rifiuti, al costo di circa US$ 500.000.
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Precauzioni con Protoattinio
Il protoattinio è molto pericoloso e tossico. Ciò rende necessario adottare precauzioni di manipolazione simili al plutonio. Si stima che il protoattinio disperso nell'aria sotto forma di aerosol possa essere fino a 250 milioni di volte più tossico dell'acido cianidrico alle stesse concentrazioni.
Applicazioni del protoattinio
Tutta la tossicità del protoattinio, sommata al fatto che è un elemento di difficile estrazione, ne limita le applicazioni. Tra le poche applicazioni conosciute, il protoattinio è già stato utilizzato in scintillatori per la rivelazione di raggi X. È stato utilizzato anche per datazione di oggetti antichi, attraverso la relazione 231Pala/235u.
storia del protoattinio
Mendeleev predisse l'elemento 91 nello spazio vuoto tra torio e uranio della tua Tavola Periodica. Lo chiamò "eka-tantalio", dandole una massa atomica approssimativa di 235 e prevedendo che le sue proprietà chimiche sarebbero state vicine a quelle del niobio e del tantalio.
Tuttavia, Fu solo nel 1913 che Kasimir Fajans e il suo studente Oswald Göhring identificarono l'elemento 91, sulla base di esperimenti e lavori precedenti di Ernest Rutherford e Federico Soddy.
Il nuovo elemento, che in realtà era il 234 mPa (isomero metastabile del protoattinio-234), è stato chiamato “brevius” (simbolo Bv), a causa della sua breve esistenza: solo un minuto di emivita.
Allo stesso tempo, c'era un altro problema in quel momento: l'origine del attinio (Ac), elemento 89. Si sapeva già che Ac non poteva essere l'elemento radioattivo primario, poiché la sua emivita era di circa 30 anni, ma non si sapeva quale serie di decadimento lo producesse.
Da lì, Frederick Soddy suggerì che l'elemento che avrebbe dato origine all'attinio sarebbe un emettitore di particelle alfa, posizionato nel gruppo 5 della tavola periodica, dopo il tantalio. Il nome “eka-tantalus” è stato quindi utilizzato per designare questo elemento.
Finché nel marzo 1918, superando Soddy, Lise Meitner e Otto Hahn scoprirono l'isotopo 231Pala, che ha ricevuto il nome in codice "abracadabra" nella sua corrispondenza. In effetti, questo nuovo elemento generava attinio per emissione di particelle alfa e da entrambi ricevette il nome di protoattinio, che significa "parente di attinio". Questa nomenclatura per l'elemento 91 finì per sovrapporsi al "breve" di Fajans e Göhring, poiché l'emivita di 231Pa ha circa 32 mila anni.
Esercizi risolti sul protoattinio
domanda 1
Sebbene un attinide, il protoattinio, simbolo Pa, abbia lo stesso stato di ossidazione del niobio e del tantalio (+5). Forse è per questo che, al momento della sua scoperta, era chiamato “eka-tantalum”. In quale dei seguenti composti il protoattinio mostra il suddetto stato di ossidazione?
A) PaBr2
B) PaH3
C) PaCl4
D) Pa2o5
E padre
Risoluzione:
Alternativa D
Alogeni, in assenza di atomo in ossigeno nella formula, hanno una carica pari a -1. L'idrogeno ha una carica pari a +1. L'ossigeno ha una carica di -2. Quindi, il calcolo di NOx di protoattinio in ciascuna sostanza è dato come segue:
paBr2: x + 2(–1) = 0 → x = +2; risposta così sbagliata.
PaH3: x + 3(+1) = 0 → x + 3 = 0 → x = -3; risposta così sbagliata.
PaCl4: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; risposta così sbagliata.
Pala2o5: 2x + 5(–2) = 0 → 2x – 10 = 0 → x = +5; risposta così corretta.
PaI: x + (–1) = 0 → x – 1 = 0 → x = +1; risposta così sbagliata.
Domanda 2
Inizialmente il protoattinio, elemento 91, era chiamato “brevius”, simbolo Bv, poiché il suo primo isotopo, 234, aveva circa un minuto di emivita. Qual è la percentuale di massa risultante dell'isotopo "breviale" dopo cinque minuti dalla sua preparazione?
A) 50%
B) 25%
C) 12,5%
D) 6,25%
E) 3,125%
Risoluzione:
Alternativa E
L'emivita è caratterizzata dal tempo necessario affinché la massa del campione radioattivo si dimezzi. Se l'emivita è di un minuto, significa che ogni minuto la massa diminuisce della metà.
Così, in cinque minuti, la massa è scesa da 25, uguale a 1/32 della massa iniziale. Pertanto, la massa rimanente è del 3,125%.
Di Stefano Araújo Novais
Insegnante di chimica
