O protactiniu, simbolul Pa, este elementul numărul 91 al Tabelul periodic. Rare și greu de obținut, există puține aplicații ale acestui element. Se știe, totuși, că starea sa de oxidare cea mai stabilă este +5, cu un comportament chimic care seamănă cu tantalul și niobiul. Este primul element din seria actinidelor care are electroni la subnivelul f.
Acest element are supraconductivitate la temperaturi sub 1,4 K, în plus față de 29 de izotopi cunoscuți. Dintre acestea, doar două sunt naturale: cel cu masa 231 și cel cu masa 234. Majoritatea protactiniului este obținută din deșeurile nucleare de uraniu. Pa a fost descoperit prin munca care a avut loc în anii 1910.
Citeste si: Nobeliu - un alt element aparținând grupului actinidelor
Rezumat despre protactiniu
Protactiniul este a metal aparținând blocului f din Tabelul Periodic.
În formă metalică, este ductil și maleabil.
În soluție, NOx-ul său principal este +5, precum tantalul și niobiul.
Are 29 de izotopi cunoscuți, dintre care doar doi se găsesc în natură: masa 231 și 234.
Este greu de obținut și extras. Principala sa sursă naturală sunt deșeurile nucleare de uraniu.
Aproape că nu există aplicații cunoscute pentru protactiniu, deși se știe că este extrem de periculos.
Proprietățile protactiniului
Simbol: Lopată.
Numar atomic: 91.
Masă atomică: 231,03588 c.u.s.
Electronegativitate: 1,5.
Punct de fuziune: 1572°C.
Punct de fierbere: 4000°C.
Densitate: 15,37 g.cm-3 (calculat).
Configuratie electronica: [Rn] 7s2 5f2 6d1.
Seria chimică: actinide, bloc f, elemente de tranziție internă.
Caracteristicile protactiniului
protactiniul, numar atomic 91 și simbolul Pa, este unul dintre elementele numite actinide. deși un element rare si greu de obtinut, se știe că Pa, în forma sa metalică, este ductil și maleabil. Nu se oxidează în contact cu aerul la temperatura camerei, care se modifică odată cu creșterea temperaturii.
Starea sa principală de oxidare este +5, care seamănă cu elementele tantal și niobiu, într-un fel, în ceea ce privește comportamentul chimic în soluție apoasă. Protactiniul este, de asemenea, primul din seria actinidelor care are a electron în subnivelul f (mai precis 5f), cu proprietăți intermediare între cele ale toriu Este din uraniu.
este atacat de acid clorhidric (8 mol. L-1), acid acid fluorhidric (12 mol. L-1) și acid sulfuric (2,5 mol. L-1). În continuare, sub aspectul său reacțional, protactiniul poate reacționa cu O2, H2O sau CO2 la o temperatură între 300 și 500 °C, producând oxidul Pa2O5.
Cu amoniac (NH3), protactiniul reacționează pentru a forma PaN2, și cu gazul hidrogen (H2), are loc formarea PaH3. Între halogeni, protactiniul reacționează cu iod (I2) la o temperatură de aproximativ 400 °C pentru a forma PaI5.
protactiniul dacădevine supraconductor la o temperatură de 1,4 K. În plus, s-a realizat că astfel de proprietăți erau o consecință a subnivelului 5f din structura sa, ceea ce a făcut evident că Pa ar fi de fapt o actinidă.
Sunt cunoscuți 29 de izotopi de protactiniu, evidenţiind doar izotopii 231pa si 234Pa, care sunt naturale, și 233Pa, produs în reactoare nucleare. Dintre acestea, cea cu cea mai lungă jumătate de viață si 231Pa, cu 3,28 x 104 varsta.
Unde poate fi găsit protactiniu?
În termeni geologici, timpul de înjumătățire al protactiniului (231Pa) este prea mic. Prin urmare, orice protactiniu găsit în natură provine din dezintegrarea radioactivă a 235u.
Ideea este că, deși uraniul este bine distribuit în întreaga Scoarta terestra (cu un conținut mediu de 2,7 ppm), doar 0,711% din această masă corespunde izotopului de masă 235 al uraniului. În acest fel, se apreciază că conținutul mediu de protactiniu este de 8,7 x 10-7 ppm.
Obținerea protactiniului
Extragerea elementului 91 este una dintre cele mai dificile prin surse naturale.. Până atunci, protactiniul nu a fost produs la scară largă, neexistând interes comercial. Cantități măsurabile ale acestui element sunt, în general, obținute din deșeuri de uraniu.
În plus, tehnici clasice de purificare, cum ar fi rășinile schimbătoare de ioni, precipitarea și cristalizarea, pe lângă extracția cu solvent și cromatografia, pot fi utilizate pentru a obține un produs mai bogat în protactiniu.
În 1959 și 1961, s-a anunțat că Autoritatea pentru Energia Atomică a Marii Britanii a extras, într-un proces de 12 ani, pași, 125 g de protactiniu pur 99,9% din 60 de tone de deșeuri, la un cost de aproximativ USD 500.000.
Aflați mai multe: Antimoniu – element considerat rar folosit din cele mai vechi timpuri
Precauții cu Protactinium
Protactiniul este foarte periculos și toxic. Acest lucru face necesară adoptarea precauții de manipulare asemănătoare plutoniului. Se estimează că protactiniul dispersat în aer sub formă de aerosol poate fi de până la 250 de milioane de ori mai toxic decât acidul cianhidric la aceleași concentrații.
Aplicații ale protactiniului
Toată toxicitatea protactiniului, adăugată la faptul că este un element greu de extras, îi limitează aplicațiile. Printre puținele aplicații cunoscute, protactiniul a fost deja utilizat în scintilatoare pentru detectarea cu raze X. A fost folosit si pentru datarea obiectelor vechi, prin relație 231Lopată/235U.
istoric de protactiniu
Mendeleev a prezis elementul 91 în spațiul liber dintre toriu și uraniu din tabelul dvs. periodic. El l-a numit „eka-tantal”, dându-i o masă atomică aproximativă de 235 și prezicând că proprietățile sale chimice vor fi apropiate de cele ale niobiului și tantalului.
In orice caz, Abia în 1913, Kasimir Fajans și studentul său Oswald Göhring au identificat elementul 91, pe baza experimentelor și a lucrărilor anterioare ale Ernest Rutherford și Frederick Soddy.
Noul element, care a fost de fapt 234mPa (un izomer metastabil al protactiniului-234), a primit numele de „brevius” (simbol Bv), datorită existenței sale scurte: doar un minut de timp de înjumătățire.
În același timp, mai era o problemă la acea vreme: originea actiniu (Ac), elementul 89. Se știa deja că Ac nu putea fi elementul radioactiv primar, deoarece timpul său de înjumătățire era de aproximativ 30 de ani, dar nu se știa ce serie de descompunere l-a produs.
De acolo, Frederick Soddy a sugerat că elementul care ar da naștere actiniului ar fi un emițător de particule alfa, poziționat în grupa 5 din Tabelul Periodic, după tantal. Numele „eka-tantalus” a fost apoi folosit pentru a desemna acest element.
Până în martie 1918, învingându-l pe Soddy, Lise Meitner și Otto Hahn au descoperit izotopul 231Lopată, care a primit numele de cod „abracadabra” în corespondența sa. De fapt, acest nou element a generat actiniu prin emisia de particule alfa și a primit denumirea de protactiniu de la ambele, adică „rudă cu actiniu”. Această nomenclatură pentru elementul 91 a ajuns să se suprapună cu „breviusul” lui Fajans și Göhring, deoarece timpul de înjumătățire al 231Pa are vreo 32 de mii de ani.
Exerciții rezolvate pe protactiniu
intrebarea 1
Deși o actinidă, protactiniul, simbolul Pa, are aceeași stare de oxidare ca niobiul și tantalul (+5). Poate de aceea, la momentul descoperirii sale, era numit „eka-tantalum”. În care dintre următorii compuși protactiniul prezintă starea de oxidare menționată mai sus?
A) PaBr2
B) PaH3
C) PaCl4
D) Pa2O5
Și tată
Rezoluţie:
Alternativa D
Halogeni, în lipsa atom în oxigen în formulă, au o sarcină egală cu -1. Hidrogenul are o sarcină egală cu +1. Oxigenul are o sarcină de -2. Deci, calculul de NOx de protactiniu în fiecare substanță este dat după cum urmează:
paBr2: x + 2(–1) = 0 → x = +2; deci raspuns gresit.
PaH3: x + 3(+1) = 0 → x + 3 = 0 → x = -3; deci raspuns gresit.
PaCl4: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; deci raspuns gresit.
Lopată2O5: 2x + 5(–2) = 0 → 2x – 10 = 0 → x = +5; deci raspuns corect.
PaI: x + (–1) = 0 → x – 1 = 0 → x = +1; deci raspuns gresit.
intrebarea 2
Inițial, protactiniul, elementul 91, a fost numit „brevius”, simbolul Bv, deoarece primul său izotop, 234, avea un timp de înjumătățire de aproximativ un minut. Care este procentul de masă rezultat al izotopului „brevial” după cinci minute de la preparare?
A) 50%
B) 25%
C) 12,5%
D) 6,25%
E) 3,125%
Rezoluţie:
Alternativa E
Timpul de înjumătățire este caracterizat de timpul necesar pentru ca masa probei radioactive să se înjumătățească. Dacă timpul de înjumătățire este de un minut, înseamnă că în fiecare minut masa scade la jumătate.
Astfel, în cinci minute, masa a scăzut de la 25, la fel ca 1/32 din masa inițială. Astfel, masa rămasă este de 3,125%.
De Stefano Araújo Novais
Profesor de chimie
Sursă: Brazilia școală - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/protactinio-pa.htm