O פרוטקטיניום, סמל Pa, הוא אלמנט מספר 91 של טבלה מחזורית. נדיר וקשה להשגה, יש מעט יישומים של אלמנט זה. עם זאת ידוע שמצב החמצון היציב ביותר שלו הוא +5, עם התנהגות כימית הדומה לטנטלום וניוביום. זהו היסוד הראשון בסדרת האקטינידים שיש לו אלקטרונים בתת-רמת f.
ליסוד זה יש מוליכות-על בטמפרטורות מתחת ל-1.4 K, בנוסף ל-29 איזוטופים ידועים. מתוכם, רק שניים טבעיים: זה עם מסה 231 והאחד עם מסה 234. רוב הפרוטקטיניום מתקבל מפסולת גרעינית אורניום. אבא התגלה באמצעות עבודה שהתרחשה בשנות ה-10.
קראו גם: נובליום - יסוד נוסף השייך לקבוצת האקטינידים
סיכום על פרוטקטיניום
פרוטקטיניום הוא א מַתֶכֶת השייך לבלוק f של הטבלה המחזורית.
בצורה מתכתית, הוא רקיע וניתן לגימור.
בתמיסה, ה-NOx העיקרי שלו הוא +5, כמו טנטלום וניוביום.
יש לו 29 איזוטופים ידועים, רק שניים מהם נמצאים בטבע: מסה 231 ו-234.
קשה להשיג ולחלץ. המקור הטבעי העיקרי שלו הוא פסולת גרעינית אורניום.
אין כמעט יישומים ידועים לפרוטקטיניום, אם כי ידוע שהוא מסוכן ביותר.
תכונות פרוטקטיניום
סֵמֶל: את חפירה.
מספר אטומי: 91.
מסה אטומית: 231.03588 c.u.s.
אלקטרוני שליליות: 1,5.
נקודת היתוך: 1572 מעלות צלזיוס.
נקודת רתיחה: 4000 מעלות צלזיוס.
צְפִיפוּת: 15.37 גרם ס"מ-3 (מְחוֹשָׁב).
תצורה אלקטרונית: [Rn] 7 שניות2 5f2 6ד1.
סדרה כימית: אקטינידים, בלוק f, מרכיבי מעבר פנימיים.
מאפיינים של פרוטקטיניום
הפרוטקטיניום, מספר אטומי 91 וסמל Pa, הוא אחד האלמנטים הנקראים אקטינידים. למרות אלמנט נדיר וקשה להשגה, ידוע כי Pa, בצורתו המתכתית, הוא רקיע וניתן לגימור. הוא אינו מתחמצן במגע עם אוויר בטמפרטורת החדר, המשתנה עם עליית הטמפרטורה.
מצב החמצון העיקרי שלו הוא +5, הדומה ליסודות טנטלום ו ניוביום, באופן מסוים, ביחס להתנהגות הכימית בתמיסה מימית. Protactinium הוא גם הראשון בסדרת האקטינידים שיש לו א אלקטרון בתת-רמת f (ליתר דיוק 5f), עם תכונות ביניים בין אלו של תוריום זה מ אוּרָנִיוּם.
מותקף על ידי חומצה הידרוכלורית (8 מול. ל-1), חוּמצָה חומצה הידרופלואורית (12 מול. ל-1) ו חומצה גופרתית (2.5 מול. ל-1). עדיין על ההיבטים הריאקציוניים שלו, פרוטקטיניום יכול להגיב עם O2, ח2O או CO2 בטמפרטורה שבין 300 ל-500 מעלות צלזיוס, מייצרת את התחמוצת Pa2O5.
עם אמוניה (NH3), פרוטקטיניום מגיב ליצירת PaN2, ועם הגז מֵימָן (ח2), יש היווצרות של PaH3. בין ה הלוגנים, פרוטקטיניום מגיב עם יוֹד (אני2) בטמפרטורה של כ-400 מעלות צלזיוס ליצירת PaI5.
הפרוטקטיניום אםהופך למוליך-על בטמפרטורה של 1.4 K. בנוסף, התברר שמאפיינים כאלה הם תוצאה של תת-רמת ה-5f במבנה שלו, מה שהבהיר ש-Pa יהיה למעשה אקטיניד.
ידועים 29 איזוטופים של פרוטקטיניום, המדגיש רק את האיזוטופים 231פא ו 234Pa, שהם טבעיים, ואת 233Pa, מיוצר ב כורים גרעיניים. בין אלה, זה עם הכי הרבה זמן חצי חיים וה 231Pa, עם 3.28 x 104 שנים.
היכן ניתן למצוא פרוטקטיניום?
במונחים גיאולוגיים, זמן מחצית החיים של פרוטקטיניום (231Pa) קטן מדי. לכן, כל פרוטקטיניום שנמצא בטבע מגיע מהדעיכה הרדיואקטיבית של 235u.
הנקודה היא שלמרות שאורניום מופץ היטב ברחבי קרום כדור הארץ (עם תכולה ממוצעת של 2.7 ppm), רק 0.711% מהמסה הזו מתאימים לאיזוטופ המסה 235 של אורניום. באופן זה, מעריכים כי תכולת הפרוטקטיניום הממוצעת היא 8.7 על 10-7 ppm.
השגת פרוטקטיניום
מיצוי של יסוד 91 הוא אחד הקשים ביותר דרך מקורות טבעיים.. עד אז לא הופק פרוטקטיניום בקנה מידה גדול, שכן אין עניין מסחרי. כמויות מדידות של אלמנט זה מתקבלות בדרך כלל פסולת אורניום.
יתר על כן, טכניקות טיהור קלאסיות, כגון שרפים לחילופי יונים, משקעים והתגבשות, בנוסף למיצוי ממס וכרומטוגרפיה, ניתן להשתמש כדי להשיג מוצר עשיר יותר בפרוטקטיניום.
בשנים 1959 ו-1961, הוכרז כי הרשות לאנרגיה אטומית של בריטניה הגדולה חילצה, בתהליך של 12 שנים, שלבים, 125 גרם של 99.9% פרוטקטיניום טהור מ-60 טון של פסולת, בעלות של כ-$USD 500.000.
יודע יותר: אנטימון - יסוד הנחשב נדיר בשימוש מאז ימי קדם
אמצעי זהירות עם Protactinium
הפרוטקטיניום הוא מאוד מסוכן ורעיל. זה מחייב לאמץ אמצעי זהירות בטיפול דמוי פלוטוניום. ההערכה היא שפרוטקטיניום המפוזר באוויר בצורת אירוסול יכול להיות רעיל עד פי 250 מיליון מחומצה הידרוציאנית באותם ריכוזים.
יישומים של פרוטקטיניום
כל הרעילות של פרוטקטיניום, שנוספה לעובדה שזהו יסוד שקשה לחלץ, מגבילה את יישומיו. בין היישומים המוכרים הבודדים, כבר נעשה שימוש בפרוטקטיניום נצנצים לגילוי קרני רנטגן. זה שימש גם עבור תיארוך של חפצים ישנים, דרך הקשר 231את חפירה/235U.
היסטוריה של פרוטקטיניום
מנדלייב חזה את יסוד 91 בחלל הפנוי בין תוריום לאורניום של הטבלה המחזורית שלך. הוא כינה אותו "אקה-טנטלום", נותן לו מסה אטומית משוערת של 235 וחזה שהתכונות הכימיות שלו יהיו קרובות לאלו של ניוביום וטנטלום.
למרות זאת, רק בשנת 1913 זיהו קזימיר פיאנס ותלמידו אוסוולד גוהרינג את אלמנט 91, מבוסס על ניסויים ועבודות קודמות של ארנסט רתרפורד ופרדריק סודי.
האלמנט החדש, שהיה למעשה ה 234 מ'Pa (איזומר מט-יציב של פרוטקטניום-234), קיבל את השם "ברוויוס" (סמל Bv), בגלל קיומו הקצר: רק דקה אחת של זמן מחצית חיים.
יחד עם זאת, הייתה בעיה נוספת באותה תקופה: מקור ה אקטניום (Ac), רכיב 89. כבר היה ידוע ש-Ac לא יכול להיות היסוד הרדיואקטיבי העיקרי, שכן זמן מחצית החיים שלו היה כ-30 שנה, אך לא היה ידוע איזו סדרת ריקבון יצרה אותו.
משם, פרדריק סודי הציע שהיסוד שיוליד אקטיניום יהיה פולט חלקיקי אלפא, הממוקם בקבוצה 5 של הטבלה המחזורית, אחרי טנטלום. השם "eka-tantalus" שימש אז לציון יסוד זה.
עד במרץ 1918, התגברות על סודי, ליז מייטנר ואוטו האן גילו את האיזוטופ 231את חפירה, שקיבל את שם הקוד "אברקאדברה" בהתכתבות שלו. למעשה, היסוד החדש הזה יצר אקטיניום על ידי פליטת חלקיקי אלפא וקיבל את השם protactinium משניהם, כלומר "קרוב משפחה של אקטיניום". המינוח הזה עבור יסוד 91 בסופו של דבר חופף ל"ברוויוס" של Fajans ו-Gohring, מאז זמן מחצית החיים של 231אבא בן כ-32 אלף שנה.
פתרו תרגילים על פרוטקטיניום
שאלה 1
למרות שלאקטיניד, לפרוטקטיניום, סמל Pa, יש את אותו מצב חמצון כמו ניוביום וטנטלום (+5). אולי בגלל זה, בזמן גילויו, הוא נקרא "eka-tantalum". באיזו מהתרכובות הבאות פרוטקטניום מציג את מצב החמצון הנ"ל?
א) PaBr2
ב) פאח3
ג) PaCl4
ד) פא2O5
ואבא
פתרון הבעיה:
חלופה D
הלוגנים, בהעדר אָטוֹם ב חַמצָן בנוסחה, יש מטען שווה ל-1. למימן יש מטען השווה ל-+1. לחמצן יש מטען של -2. אז, החישוב של NOx של פרוטקטיניום בכל חומר ניתן באופן הבא:
paBr2: x + 2(–1) = 0 → x = +2; תשובה כל כך שגויה
PaH3: x + 3(+1) = 0 → x + 3 = 0 → x = -3; תשובה כל כך שגויה
PaCl4: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; תשובה כל כך שגויה
את חפירה2O5: 2x + 5(–2) = 0 → 2x – 10 = 0 → x = +5; כל כך תשובה נכונה
PaI: x + (–1) = 0 → x – 1 = 0 → x = +1; תשובה כל כך שגויה
שאלה 2
בתחילה, פרוטקטיניום, יסוד 91, נקרא "ברוויוס", סמל Bv, מכיוון שלאיזוטופ הראשון שלו, 234, היה זמן מחצית חיים של כדקה אחת. מהו אחוז המסה המתקבל של האיזוטופ ה"קצרטיבי" לאחר חמש דקות מהכנתו?
א) 50%
ב) 25%
ג) 12.5%
ד) 6.25%
ה) 3.125%
פתרון הבעיה:
חלופה E
זמן מחצית החיים מאופיין בזמן הדרוש למסת הדגימה הרדיואקטיבית להצטמצם בחצי. אם זמן מחצית החיים הוא דקה אחת, זה אומר שבכל דקה המסה יורדת בחצי.
כך, תוך חמש דקות, המסה ירדה מ-25, זהה ל-1/32 מהמסה הראשונית. לפיכך, המסה הנותרת היא 3.125%.
מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה
מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/protactinio-pa.htm