Protactinium (Pa): รับ, สมัคร, ประวัติ

อู๋ โพรแทกทิเนียม, สัญลักษณ์ Pa เป็นองค์ประกอบหมายเลข 91 ของ ตารางธาตุ. หายากและหายาก มีการใช้งานองค์ประกอบนี้เพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันว่าสถานะออกซิเดชันที่เสถียรที่สุดคือ +5 โดยมีพฤติกรรมทางเคมีคล้ายกับแทนทาลัมและไนโอเบียม เป็นองค์ประกอบแรกของชุดแอกทิไนด์ที่มีอิเล็กตรอนในระดับย่อย f

องค์ประกอบนี้มีความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1.4 K นอกเหนือจากไอโซโทปที่รู้จัก 29 ตัว ในจำนวนนี้ มีเพียงสองตัวเท่านั้นที่เป็นธรรมชาติ: อันที่มีมวล 231 และอันที่มีมวล 234 โพรแทคทิเนียมส่วนใหญ่ได้มาจากกากนิวเคลียร์ของยูเรเนียม Pa ถูกค้นพบผ่านงานที่เกิดขึ้นในปี 1910

อ่านด้วย: โนบีเลียม — องค์ประกอบอื่นที่อยู่ในกลุ่มแอกทิไนด์

หัวข้อในบทความนี้

• 1 - สรุปเกี่ยวกับโพรแทคทิเนียม
• 2 - คุณสมบัติของโพรแทคทิเนียม
• 3 - ลักษณะของโพรแทกทิเนียม
• 4 - โพรแทกทิเนียมสามารถพบได้ที่ไหน?
• 5 - การได้รับโพรแทกทิเนียม
• 6 - ข้อควรระวังเกี่ยวกับโพรแทกทิเนียม
• 7 - การประยุกต์ใช้โปรแทคทิเนียม
• 8 - ประวัติของโพรแทคทิเนียม
• 9 - แก้ไขแบบฝึกหัดเกี่ยวกับ protactinium

สรุปเกี่ยวกับโพรแทคทิเนียม

• Protactinium คือ โลหะ เป็นของบล็อก f ของตารางธาตุ

• ในรูปแบบโลหะจะมีความเหนียวและยืดหยุ่นได้

• ในสารละลาย NOx หลักของมันคือ +5 เช่นแทนทาลัมและไนโอเบียม

• มีไอโซโทปที่รู้จักกัน 29 ไอโซโทป โดยมีเพียงสองไอโซโทปที่พบในธรรมชาติ: มวล 231 และ 234

• ยากต่อการได้มาและสกัด แหล่งธรรมชาติหลักคือกากนิวเคลียร์ยูเรเนียม

• แทบไม่มีการใช้งานที่เป็นที่รู้จักสำหรับ protactinium แม้ว่าจะเป็นที่ทราบกันว่าเป็นอันตรายอย่างยิ่ง

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

คุณสมบัติของโพรแทคทิเนียม

• เครื่องหมาย: พลั่ว

• เลขอะตอม: 91.

• มวลอะตอม: 231.03588 ค.ศ.

• อิเล็กโตรเนกาติวีตี้: 1,5.

• จุดหลอมเหลว: 1572°ซ.

• จุดเดือด: 4000 องศาเซลเซียส

• ความหนาแน่น: 15.37 ก.ซม.^-3 (คำนวณ)

• การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์: [Rn] 7s² 5f² 6 วัน¹.

• ชุดเคมี: แอคติไนด์, บล็อก f, องค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงภายใน.

ลักษณะของโพรแทกทิเนียม

โพรแทคทิเนียม, เลขอะตอม 91 และสัญลักษณ์ Pa เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่เรียกว่า แอคติไนด์. ถึงแม้ว่าธาตุ หายากและหายากเป็นที่ทราบกันว่าป่าอยู่ในรูปของโลหะคือ เหนียวและยืดหยุ่นได้. ไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์เมื่อสัมผัสกับอากาศที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

สถานะออกซิเดชันหลักคือ +5 ซึ่งคล้ายกับองค์ประกอบ แทนทาลัม และ ไนโอเบียมในทางที่เกี่ยวกับพฤติกรรมทางเคมีในสารละลายที่เป็นน้ำ Protactinium ยังเป็นชุดแรกในซีรีย์แอคติไนด์ที่มี a อิเล็กตรอนในระดับย่อย f (เจาะจงมากขึ้น 5f) โดยมีคุณสมบัติกลางระหว่าง those ทอเรียม มาจาก ยูเรเนียม.

ถูกโจมตีโดย กรดไฮโดรคลอริก (8 โมล หลี่^-1), กรด กรดไฮโดรฟลูออริก (12 โมล. หลี่^-1) และ กรดซัลฟูริก (2.5 โมล หลี่^-1). ยังคงอยู่ในด้านปฏิกิริยา protactinium สามารถทำปฏิกิริยากับ O₂, ชม₂O หรือ CO₂ ที่อุณหภูมิระหว่าง 300 ถึง 500 °C ทำให้เกิด Pa. ออกไซด์₂อู๋₅.

ด้วยแอมโมเนีย (NH₃) protactinium ทำปฏิกิริยากับ PaN₂และด้วยแก๊ส ไฮโดรเจน (ชม₂) มีการก่อตัวของ PaH₃. ระหว่าง ฮาโลเจน, โพรแทคทิเนียมทำปฏิกิริยากับ ไอโอดีน (ฉัน₂) ที่อุณหภูมิประมาณ 400 °C เพื่อสร้าง PaI₅.

โพรแทคทิเนียม ถ้ากลายเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิ 1.4 K. นอกจากนี้ พบว่าคุณสมบัติดังกล่าวเป็นผลมาจากโครงสร้างระดับย่อย 5f ซึ่งทำให้เห็นได้ชัดว่า Pa จะเป็นแอคติไนด์

รู้จัก 29 ไอโซโทป ของโพรแทกทิเนียม เน้นเฉพาะไอโซโทป ²³¹พ่อและ ²³⁴ปะซึ่งเป็นธรรมชาติและ ²³³Pa ผลิตใน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์. ในจำนวนนี้ อันที่ยาวที่สุด ครึ่งชีวิต และ ²³¹Pa ด้วย 3.28 x 10⁴ ปี.

โพรแทกทิเนียมสามารถพบได้ที่ไหน?

ในแง่ธรณีวิทยา ค่าครึ่งชีวิตของโปรแทกทิเนียม (²³¹Pa) มีขนาดเล็กเกินไป ดังนั้น โพรแทคทิเนียมทั้งหมดที่พบในธรรมชาติ มาจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีของ ²³⁵ยู.

ประเด็นก็คือแม้ว่ายูเรเนียมจะกระจายตัวได้ดีทั่ว เปลือกโลก (โดยมีเนื้อหาเฉลี่ย 2.7 ppm) เพียง 0.711% ของมวลนี้สอดคล้องกับมวล 235 ไอโซโทปของยูเรเนียม ด้วยวิธีนี้ ประมาณว่า ปริมาณโพรแทกทิเนียมโดยเฉลี่ยคือ 8.7 x 10^-7 ppm.

การได้รับโพรแทกทิเนียม

การสกัดธาตุ 91 เป็นหนึ่งในสิ่งที่ยากที่สุดผ่านแหล่งธรรมชาติ. ก่อนหน้านั้นยังไม่มีการผลิตโพรแทกทิเนียมในปริมาณมาก เนื่องจากไม่มีส่วนได้เสียในเชิงพาณิชย์ ปริมาณที่วัดได้ขององค์ประกอบนี้โดยทั่วไปได้มาจาก ของเสียยูเรเนียม.

นอกจากนี้, เทคนิคการทำให้บริสุทธิ์แบบคลาสสิกเช่น เรซินแลกเปลี่ยนไอออน การตกตะกอนและการตกผลึก นอกเหนือจากการสกัดด้วยตัวทำละลายและโครมาโตกราฟี สามารถนำมาใช้เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีโพรแทกทิเนียมเข้มข้นยิ่งขึ้น

ในปี พ.ศ. 2502 และ พ.ศ. 2504 มีการประกาศว่าหน่วยงานพลังงานปรมาณูแห่งบริเตนใหญ่ได้สกัดด้วยกระบวนการ12 ขั้นตอน 125 กรัม โพรแทกทิเนียมบริสุทธิ์ 99.9% จากขยะ 60 ตัน ในราคาประมาณ US$ 500.000.

เรียนรู้เพิ่มเติม: พลวง — ธาตุที่ถือว่าหายากมาตั้งแต่สมัยโบราณ

ข้อควรระวังด้วยโพรแทคทิเนียม

โพรแทกทิเนียมคือ อันตรายและเป็นพิษมาก. ทำให้จำเป็นต้องรับไปเลี้ยง ข้อควรระวังในการจัดการคล้ายพลูโทเนียม. คาดว่าโพรแทกทิเนียมที่กระจายอยู่ในอากาศในรูปของละอองลอยสามารถเป็นพิษได้มากกว่ากรดไฮโดรไซยานิกถึง 250 ล้านเท่าที่มีความเข้มข้นเท่ากัน

การประยุกต์ใช้โปรแทคทิเนียม

ความเป็นพิษทั้งหมดของโพรแทกทิเนียม เสริมด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเป็นองค์ประกอบที่สกัดได้ยาก ทำให้จำกัดการใช้งาน ในบรรดาแอปพลิเคชั่นที่รู้จักกันไม่กี่แห่ง protactinium ถูกใช้ไปแล้วใน scintillators สำหรับการตรวจเอ็กซ์เรย์. นอกจากนี้ยังใช้สำหรับ การนัดหมายของวัตถุเก่า, ผ่านความสัมพันธ์ ²³¹พลั่ว/²³⁵ยู.

ประวัติของโพรแทคทิเนียม

Mendeleev ทำนายองค์ประกอบ 91 ในพื้นที่ว่างระหว่างทอเรียมและยูเรเนียม ของตารางธาตุของคุณ เขาเรียกมันว่า "เอคาแทนทาลัม" โดยให้มวลอะตอมประมาณ 235 และทำนายว่าคุณสมบัติทางเคมีของมันจะใกล้เคียงกับไนโอเบียมและแทนทาลัม

อย่างไรก็ตาม, จนกระทั่งปี 1913 Kasimir Fajans และนักเรียนของเขา Oswald Göhring ระบุองค์ประกอบ 91, จากการทดลองและผลงานที่ผ่านมาโดย เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด และเฟรเดอริค ซอดดี้

องค์ประกอบใหม่ ซึ่งจริงๆ แล้วคือ ^234mPa (ไอโซเมอร์ที่แพร่กระจายของ protactinium-234) ได้รับการตั้งชื่อว่า "brevius" (สัญลักษณ์ Bv) เนื่องจากการดำรงอยู่โดยสังเขป: ครึ่งชีวิตเพียงหนึ่งนาที

ในขณะเดียวกันก็มีปัญหาอีกอย่างคือที่มาของ แอกทิเนียม (Ac) องค์ประกอบ 89 เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า Ac ไม่สามารถเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสีหลักได้ เนื่องจากครึ่งชีวิตของมันอยู่ที่ประมาณ 30 ปี แต่ยังไม่ทราบว่าการสลายตัวแบบใดทำให้เกิดการสลายตัว

จากที่นั่น เฟรเดอริก ซอดดี้ เสนอว่าธาตุที่จะก่อให้เกิดแอกทิเนียมจะเป็นตัวปล่อยอนุภาคแอลฟา ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มที่ 5 ของตารางธาตุ รองจากแทนทาลัม จากนั้นจึงใช้ชื่อ "เอคา-แทนทาลัส" เพื่อกำหนดองค์ประกอบนี้

แสตมป์ที่ระลึกของนักวิทยาศาสตร์ Lise Meitner

จนกระทั่งในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2461 เอาชนะซอดดี้ Lise Meitner และ Otto Hahn ค้นพบไอโซโทป ²³¹พลั่วซึ่งได้รับสมญานามว่า “abracadabra” ในจดหมายโต้ตอบของเขา อันที่จริง องค์ประกอบใหม่นี้สร้างแอกทิเนียมโดยการปล่อยอนุภาคแอลฟา และได้รับชื่อโพรแทกทิเนียมจากทั้งคู่ ซึ่งหมายถึง “ญาติของแอกทิเนียม” ระบบการตั้งชื่อสำหรับองค์ประกอบ 91 นี้จบลงด้วยการทับซ้อนกับ "คำย่อ" ของ Fajans และ Göhring เนื่องจากครึ่งชีวิตของ ²³¹ป้ามีอายุประมาณ 32,000 ปี

แก้ไขแบบฝึกหัดเกี่ยวกับ protactinium

คำถามที่ 1

แม้ว่าแอคติไนด์, โพรแทกทิเนียม, สัญลักษณ์ Pa มีสถานะออกซิเดชันเช่นเดียวกับไนโอเบียมและแทนทาลัม (+5) อาจเป็นเพราะเหตุนี้ ในเวลาที่ค้นพบมันถูกเรียกว่า "เอคาแทนทาลัม" โพรแทกทิเนียมมีสถานะออกซิเดชันดังกล่าวในสารประกอบใดต่อไปนี้

A) PaBr₂

B) PaH₃

C) PaCl₄

ง) ปะ₂อู๋₅

และพ่อ

ปณิธาน:

ทางเลือก D

ฮาโลเจนในกรณีที่ไม่มี อะตอม ใน ออกซิเจน ในสูตรมีประจุเท่ากับ -1 ไฮโดรเจนมีประจุเท่ากับ +1 ออกซิเจนมีประจุ -2 ดังนั้น การคำนวณของ NOx ของโพรแทกทิเนียมในแต่ละสารมีดังต่อไปนี้

• paBr₂: x + 2(–1) = 0 → x = +2; คำตอบที่ผิดดังนั้น

• PaH₃: x + 3(+1) = 0 → x + 3 = 0 → x = -3; คำตอบที่ผิดดังนั้น

• PaCl₄: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; คำตอบที่ผิดดังนั้น

• พลั่ว₂อู๋₅: 2x + 5(–2) = 0 → 2x – 10 = 0 → x = +5; คำตอบที่ถูกต้องดังนั้น

• ปาย: x + (–1) = 0 → x – 1 = 0 → x = +1; คำตอบที่ผิดดังนั้น

คำถาม2

ในขั้นต้น โพรแทกทิเนียมองค์ประกอบ 91 ถูกเรียกว่า "เบรวิอุส" สัญลักษณ์ Bv เนื่องจากไอโซโทปตัวแรกของมันคือ 234 มีครึ่งชีวิตประมาณหนึ่งนาที เปอร์เซ็นต์มวลที่เป็นผลลัพธ์ของไอโซโทป "brevial" หลังจากห้านาทีของการเตรียมไอโซโทปคืออะไร?

ก) 50%

ข) 25%

ค) 12.5%

ง) 6.25%

จ) 3.125%

ปณิธาน:

ทางเลือก E

ค่าครึ่งชีวิตจะแสดงตามเวลาที่มวลของตัวอย่างกัมมันตภาพรังสีต้องลดลงครึ่งหนึ่ง หากครึ่งชีวิตเท่ากับหนึ่งนาที หมายความว่าทุก ๆ นาทีมวลจะลดลงครึ่งหนึ่ง

ดังนั้น ในห้านาที มวลลดลงจาก 2⁵เท่ากับ 1/32 ของมวลเริ่มต้น ดังนั้นมวลที่เหลือคือ 3.125%

โดย Stefano Araújo Novais
ครูสอนเคมี