O protaktinij, simbol Pa, je element številka 91 od Periodni sistem. Ta element je redek in ga je težko dobiti, zato ga je malo. Znano pa je, da je njegovo najbolj stabilno oksidacijsko stanje +5, s kemičnim obnašanjem, ki spominja na tantal in niobij. Je prvi element v seriji aktinidov, ki ima elektrone na podravni f.
Ta element ima poleg 29 znanih izotopov superprevodnost pri temperaturah pod 1,4 K. Od teh sta le dva naravna: tisti z maso 231 in tisti z maso 234. Večina protaktinija se pridobi iz uranovih jedrskih odpadkov. Pa so odkrili z delom, ki je potekalo v 1910-ih.
Preberite tudi: Nobelij — še en element, ki spada v skupino aktinidov
Povzetek o protaktiniju
Protaktinij je a kovina ki pripada bloku f periodnega sistema.
V kovinski obliki je duktilen in kovljiv.
V raztopini je njegov glavni NOx +5, kot pri tantalu in niobiju.
Ima 29 znanih izotopov, od katerih sta v naravi najdena le dva: masa 231 in 234.
Težko ga je pridobiti in izločiti. Njegov glavni naravni vir so uranovi jedrski odpadki.
Uporaba protaktinija skoraj ni znana, čeprav je znano, da je izjemno nevaren.
Lastnosti protaktinija
Simbol: Lopata.
Atomsko število: 91.
Atomska masa: 231.03588 c.u.s.
Elektronegativnost: 1,5.
Fuzijska točka: 1572 °C.
Vrelišče: 4000°C.
Gostota: 15,37 g.cm-3 (izračunano).
Elektronska konfiguracija: [Rn] 7s2 5f2 6d1.
Kemična serija: aktinoidi, blok f, notranji prehodni elementi.
Značilnosti protaktinija
protaktinij, atomsko število 91 in simbol Pa, je eden od imenovanih elementov aktinoidi. čeprav element redke in težko dostopne, znano je, da je Pa v svoji kovinski obliki duktilna in voljna. V stiku z zrakom pri sobni temperaturi ne oksidira, kar se spreminja z naraščanjem temperature.
Njegovo glavno oksidacijsko stanje je +5, kar je podobno elementom tantal in niobij, na nek način glede na kemično obnašanje v vodni raztopini. Protaktinij je tudi prvi v seriji aktinidov, ki ima a elektron v podravni f (natančneje 5f), z vmesnimi lastnostmi med lastnostmi torij To je od uran.
je napaden s strani klorovodikova kislina (8 mol. L-1), kislina fluorovodikova kislina (12 mol. L-1) in žveplova kislina (2,5 mol. L-1). Kljub njegovim reakcijskim vidikom lahko protaktinij reagira z O2, H2O ali CO2 pri temperaturi med 300 in 500 °C, pri čemer nastane oksid Pa2O5.
Z amoniakom (NH3), protaktinij reagira in tvori PaN2, in s plinom vodik (H2), pride do tvorbe PaH3. Med halogeni, protaktinij reagira z jod (JAZ2) pri temperaturi približno 400 °C, da nastane PaI5.
protaktinij čepostane superprevodnik pri temperaturi 1,4 K. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da so bile takšne lastnosti posledica podravni 5f v njegovi strukturi, zaradi česar je postalo očitno, da bi bil Pa dejansko aktinid.
Znanih je 29 izotopov protaktinija, pri čemer so poudarjeni le izotopi 231pa in 234Pa, ki so naravne, in 233Pa, proizvedeno v jedrski reaktorji. Med temi tisti z najdaljšo polovično življenje in 231Pa, s 3,28 x 104 letnik.
Kje lahko najdemo protaktinij?
V geološkem smislu je razpolovna doba protaktinija (231Pa) je premajhen. Zato je vsak protaktinij v naravi izvira iz radioaktivnega razpada 235u.
Bistvo je, da čeprav je uran dobro porazdeljen po vsem Zemljina skorja (s povprečno vsebnostjo 2,7 ppm) le 0,711 % te mase ustreza masi 235 izotopa urana. Na ta način se ocenjuje, da povprečna vsebnost protaktinija je 8,7 x 10-7 ppm.
Pridobivanje protaktinija
Pridobivanje elementa 91 je eno najtežjih iz naravnih virov.. Do takrat protaktinija niso proizvajali v večjem obsegu, saj ni komercialnega interesa. Merljive količine tega elementa so običajno pridobljene iz uranovi odpadki.
Poleg tega klasične tehnike čiščenja, kot so ionske izmenjevalne smole, obarjanje in kristalizacija, poleg ekstrakcije s topilom in kromatografije, se lahko uporabijo za pridobitev produkta, bogatejšega s protaktinijem.
Leta 1959 in 1961 je bilo objavljeno, da je Uprava Velike Britanije za jedrsko energijo v 12-letnem procesu pridobila korakih, 125 g 99,9 % čistega protaktinija iz 60 ton odpadkov, po ceni približno US$ 500.000.
Izvedite več: Antimon — element, ki velja za redkega in se uporablja že od antičnih časov
Previdnostni ukrepi pri uporabi protaktinija
Protaktinij je zelo nevarno in strupeno. Zaradi tega je treba sprejeti previdnostni ukrepi za ravnanje s plutonijem. Ocenjuje se, da je lahko protaktinij, razpršen v zraku v obliki aerosola, do 250-milijonkrat bolj toksičen kot cianovodikova kislina pri enakih koncentracijah.
Uporaba protaktinija
Vsa toksičnost protaktinija, dodana dejstvu, da je element, ki ga je težko ekstrahirati, omejuje njegovo uporabo. Med redkimi znanimi aplikacijami je bil protaktinij že uporabljen v scintilatorji za detekcijo rentgenskih žarkov. Uporabljali so ga tudi za datiranje starih predmetov, skozi odnos 231Lopata/235U.
zgodovina protaktinija
Mendelejev je napovedal element 91 v praznem prostoru med torijem in uranom vašega periodnega sistema. Imenoval ga je "eka-tantal", pri čemer mu je dal približno atomsko maso 235 in napovedal, da bodo njegove kemijske lastnosti blizu lastnostim niobija in tantala.
vendar Šele leta 1913 sta Kasimir Fajans in njegov študent Oswald Göhring identificirala element 91, ki temelji na poskusih in prejšnjem delu avtorja Ernest Rutherford in Frederick Soddy.
Nov element, ki je bil pravzaprav 234mPa (metastabilni izomer protaktinija-234) je dobil ime "brevius" (simbol Bv), zaradi njegovega kratkega obstoja: le ena minuta razpolovne dobe.
Hkrati se je takrat pojavil še en problem: izvor aktinij (Ac), element 89. Že prej je bilo znano, da Ac ne more biti primarni radioaktivni element, saj je bil njegov razpolovni čas približno 30 let, vendar ni bilo znano, kateri niz razpadov ga je povzročil.
Od tam je Frederick Soddy predlagal, da bi bil element, ki bi povzročil aktinij, oddajnik delcev alfa, umeščen v skupino 5 periodnega sistema, za tantalom. Za označevanje tega elementa je bilo nato uporabljeno ime "eka-tantal".
Do marca 1918, ko je premagal Soddyja, Lise Meitner in Otto Hahn sta odkrila izotop 231Lopata, ki je v njegovi korespondenci dobil kodno ime "abrakadabra". Pravzaprav je ta novi element ustvaril aktinij z emisijo delcev alfa in je od obeh prejel ime protaktinij, kar pomeni "sorodnik aktinija". Ta nomenklatura za element 91 se je na koncu prekrivala s Fajansovim in Göhringovim "breviusom", saj je razpolovna doba 231Pa je star približno 32 tisoč let.
Rešene vaje na protaktiniju
Vprašanje 1
Čeprav je aktinid, ima protaktinij, simbol Pa, enako oksidacijsko stanje kot niobij in tantal (+5). Morda so ga zato v času odkritja imenovali "eka-tantal". V kateri od naslednjih spojin ima protaktinij prej omenjeno oksidacijsko stanje?
A) PaBr2
B) PaH3
C) PaCl4
D) Pa2O5
In oče
Resolucija:
Alternativa D
Halogeni, v odsotnosti atom v kisik v formuli imajo naboj enak -1. Vodik ima naboj enak +1. Kisik ima naboj -2. Torej, izračun NOx protaktinija v vsaki snovi je podana, kot sledi:
paBr2: x + 2(–1) = 0 → x = +2; torej napačen odgovor.
PaH3: x + 3(+1) = 0 → x + 3 = 0 → x = -3; torej napačen odgovor.
PaCl4: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; torej napačen odgovor.
Lopata2O5: 2x + 5(–2) = 0 → 2x – 10 = 0 → x = +5; torej pravilen odgovor.
PaI: x + (–1) = 0 → x – 1 = 0 → x = +1; torej napačen odgovor.
vprašanje 2
Sprva so protaktinij, element 91, imenovali "brevius", simbol Bv, saj je imel njegov prvi izotop, 234, približno enominutno razpolovno dobo. Kolikšen je nastali masni odstotek izotopa "brevial" po petih minutah njegove priprave?
A) 50 %
B) 25 %
C) 12,5 %
D) 6,25 %
E) 3,125 %
Resolucija:
Alternativa E
Za razpolovno dobo je značilen čas, ki je potreben, da se masa radioaktivnega vzorca prepolovi. Če je razpolovna doba ena minuta, to pomeni, da se masa vsako minuto zmanjša za polovico.
Tako v petih minutah masa padla z 25, enako kot 1/32 začetne mase. Tako je preostala masa 3,125%.
Avtor: Stefano Araújo Novais
Učiteljica kemije
Vir: Brazilska šola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/protactinio-pa.htm
