stringtranslate.com

Протактиний

Протактиний — химический элемент ; он имеет символ Pa и атомный номер 91. Это плотный радиоактивный серебристо-серый актинид металла, который легко реагирует с кислородом , водяным паром и неорганическими кислотами . Он образует различные химические соединения , в которых протактиний обычно присутствует в степени окисления +5, но может принимать и +4 и даже +3 или +2 состояния. Концентрация протактиния в земной коре обычно составляет несколько частей на триллион, но может достигать нескольких частей на миллион в некоторых месторождениях уранинитовых руд. Из-за его нехватки, высокой радиоактивности и высокой токсичности в настоящее время протактиний не находит применения за пределами научных исследований, и для этой цели протактиний в основном извлекается из отработанного ядерного топлива .

Элемент был впервые идентифицирован в 1913 году Казимежем Фаянсом и Освальдом Гельмутом Герингом и назван «бревиумом» из-за короткого периода полураспада конкретного изученного изотопа , протактиния-234 м . Более стабильный изотоп протактиния, 231 Па, был открыт в 1917/18 году Лизой Мейтнер в сотрудничестве с Отто Ханом , и они назвали элемент протактинием. [7] В 1949 году ИЮПАК выбрал название «протактиний» и подтвердил Хана и Мейтнер в качестве его первооткрывателей. Новое название означало «(ядерный) предшественник актиния » , [8] предполагая, что актиний является продуктом радиоактивного распада протактиния. Джону Арнольду Крэнстону (работающему с Фредериком Содди и Адой Хитчинс ) также приписывают открытие наиболее стабильного изотопа в 1915 году, но он отложил свое объявление из-за того, что его призвали на службу во время Первой мировой войны . [9]

Самый долгоживущий и наиболее распространенный (почти 100%) природный изотоп протактиния, протактиний-231, имеет период полураспада 32 760 лет и является продуктом распада урана-235 . Гораздо меньшие следовые количества короткоживущего протактиния-234 и его ядерного изомера протактиния-234m встречаются в цепочке распада урана-238 . Протактиний-233 возникает в результате распада тория -233 как часть цепочки событий, необходимых для получения урана-233 путем нейтронного облучения тория-232. Это нежелательный промежуточный продукт в ядерных реакторах на основе тория , и поэтому он удаляется из активной зоны реактора в процессе воспроизводства. Наука об океане использует этот элемент для понимания географии древнего океана. Анализ относительных концентраций различных изотопов урана, тория и протактиния в воде и минералах используется при радиометрическом датировании осадков возрастом до 175 тыс. лет, при моделировании различных геологических процессов . [10]

История

Таблица Менделеева 1871 года с пробелом для протактиния в нижнем ряду таблицы, между торием и ураном.

В 1871 году Дмитрий Менделеев предсказал существование элемента между торием и ураном . [11] В то время актинидный ряд был неизвестен, поэтому Менделеев поместил уран ниже вольфрама в группе VI, а торий ниже циркония в группе IV, оставив пространство под танталом в группе V пустым. До всеобщего признания концепции актинидов в конце 1940-х годов периодические таблицы публиковались с такой структурой. [12] В течение долгого времени химики искали эка-тантал [примечание 1] как элемент с химическими свойствами, подобными танталу, что делало открытие протактиния практически невозможным. Позже было обнаружено, что более тяжелым аналогом тантала является трансурановый элемент дубний , хотя по химическому составу дубний более похож на протактиний, а не на тантал. [13]

В 1900 году Уильям Крукс выделил из урана протактиний как чрезвычайно радиоактивный материал; однако он не смог охарактеризовать его как новый химический элемент и поэтому назвал его ураном X (UX). [11] [14] [15] Крукс растворил нитрат урана в эфире , и остаточная водная фаза содержала большую часть234
90че
и234
91Па
. Его метод использовался в 1950-х годах для изоляции234
90че
и234
91Па
из соединений урана. [16] Протактиний был впервые идентифицирован в 1913 году, когда Казимир Фаянс и Освальд Гельмут Геринг столкнулись с изотопом 234m Па во время исследования цепочек распада урана-238 :238
92ты
→234
90че
→234м
91Па
→234
92ты
. Они назвали новый элемент « бревиум » (от латинского слова brevis , что означает краткий или короткий) из-за короткого периода полураспада, составляющего 1,16 минуты.234м
91Па
(уран Х2). [17] [18] [19] [20] [21] [22] В 1917–1918 годах две группы учёных, Лиза Мейтнер в сотрудничестве с Отто Ханом из Германии и Фредериком Содди и Джоном Крэнстоном из Великобритании , независимо открыли ещё один изотоп 231 Па с гораздо более длительным периодом полураспада - 32 760 лет. [7] [21] [23] Мейтнер изменила название «бревиум» на протактиний , поскольку новый элемент был частью цепочки распада урана-235 как родителя актиния (от греческого : πρῶτος protos , что означает «первый, прежде чем "). [24] ИЮПАК подтвердил это название в 1949 году. [ 25] [26] Открытие протактиния заполнило один из последних пробелов в ранних версиях таблицы Менделеева и принесло известность участвовавшим в нем ученым. [27]

Аристид фон Гроссе получил 2 миллиграмма Pa 2 O 5 в 1927 году [28] , а в 1934 году впервые выделил элементарный протактиний из 0,1 миллиграмма Pa 2 O 5 . [29] Он использовал две разные процедуры: в первой оксид протактиния облучался электронами с энергией 35 кэВ в вакууме. В другом, называемом процессом Ван Аркеля-де Бура , оксид химически преобразовывался в галогенид ( хлорид , бромид или йодид ), а затем восстанавливался в вакууме с помощью электрически нагретой металлической нити: [25] [30]

2 ПаI 5 → 2 Па + 5 I 2

В 1961 году Управление по атомной энергии Соединенного Королевства (UKAEA) произвело 127 граммов протактиния-231 с чистотой 99,9% путем переработки 60 тонн отходов в 12-этапном процессе, стоимость которого составила около 500 000 долларов США. [25] [31] В течение многих лет это был единственный в мире значительный запас протактиния, который поставлялся в различные лаборатории для научных исследований. [11] Национальная лаборатория Ок-Ридж в США предоставила протактиний по цене около 280 долларов США за грамм. [32]

изотопы

Открыто двадцать девять радиоизотопов протактиния. Наиболее стабильными являются 231 Па с периодом полураспада 32760 лет, [33] 233 Па с периодом полураспада 27 дней и 230 Па с периодом полураспада 17,4 дня. Период полураспада всех остальных изотопов короче 1,6 дня, а у большинства из них период полураспада менее 1,8 секунды. Протактиний также имеет два ядерных изомера : 217 м Па (период полураспада 1,2 миллисекунды) и 234 м Па (период полураспада 1,16 минуты). [34]

Основным режимом распада наиболее стабильного изотопа 231 Па и более легких ( от 211 Па до 231 Па) является альфа-распад с образованием изотопов актиния . Основным видом более тяжелых изотопов ( от 232 Па до 239 Па) является бета-распад с образованием изотопов урана . [34]

Ядерное деление

Самый долгоживущий и распространенный изотоп 231 Па может делиться быстрыми нейтронами с энергией более 1 МэВ. [35] 233 Па, другой изотоп протактиния, производимый в ядерных реакторах, также имеет порог деления 1 МэВ. [36]

Вхождение

Протактиний — один из самых редких и дорогих природных элементов. Он встречается в виде двух изотопов – 231 Па и 234 Па, причем изотоп 234 Па находится в двух разных энергетических состояниях. Почти весь природный протактиний представляет собой протактиний-231. Он является альфа-излучателем и образуется при распаде урана-235, тогда как бета-излучающий протактиний-234 образуется в результате распада урана-238 . Почти весь уран-238 (99,8%) сначала распадается на короткоживущий изомер 234m Па. [37]

Протактиний встречается в уранините (натурале) в концентрации около 0,3-3 частей 231 Па на миллион частей (ppm) руды. [11] В то время как обычное содержание ближе к 0,3 ppm [38] (например, в Яхимове , Чехия [39] ), некоторые руды из Демократической Республики Конго содержат около 3 ppm. [25] Протактиний однородно диспергирован в большинстве природных материалов и в воде, но в гораздо более низких концентрациях, порядка одной части на триллион, что соответствует радиоактивности 0,1 пикокюри (пКи)/г. В частицах песчаной почвы примерно в 500 раз больше протактиния, чем в воде, даже по сравнению с водой, присутствующей в том же образце почвы. Гораздо более высокие соотношения (2000 и выше) наблюдаются в суглинистых почвах и глинах, таких как бентонит . [37] [40]

В ядерных реакторах

Два основных изотопа протактиния, 231 Па и 233 Па, производятся из тория в ядерных реакторах ; оба они нежелательны и обычно удаляются, тем самым усложняя конструкцию и эксплуатацию реактора. В частности, 232 Th в результате реакций ( n , 2 n ) дает 231 Th, который быстро распадается до 231 Па (период полураспада 25,5 часов). Последний изотоп, хотя и не является трансурановыми отходами, имеет длительный период полураспада (32 760 лет) и вносит основной вклад в долговременную радиотоксичность отработавшего ядерного топлива. [41]

Протактиний-233 образуется при захвате нейтрона 232 Th. Он либо далее распадается до урана-233, либо захватывает другой нейтрон и превращается в неделящийся уран-234. [42] 233 Па имеет относительно длительный период полураспада (27 дней) и высокое сечение захвата нейтронов (так называемый « нейтронный яд »). Таким образом, вместо быстрого распада до полезного 233 U значительная часть 233 Па превращается в неделящиеся изотопы и поглощает нейтроны, снижая эффективность реактора . Для ограничения потерь нейтронов 233 Па извлекается из активной зоны ториевых расплавленно-солевых реакторов во время их работы так, чтобы он мог распадаться только на 233 U. Извлечение 233 Па достигается с помощью колонн расплавленного висмута с растворенным в нем литием. . Короче говоря, литий селективно восстанавливает соли протактиния до металлического протактиния, который затем извлекается из цикла расплава солей, в то время как расплавленный висмут является просто носителем, выбранным из-за его низкой температуры плавления 271 ° C, низкого давления пара, хорошей растворимости. для лития и актинидов, а также несмешиваемость с расплавленными галогенидами . [41]

Подготовка

Протактиний встречается в уранинитовых рудах.

До появления ядерных реакторов протактиний для научных экспериментов выделяли из урановых руд. Поскольку реакторы стали более распространенными, его в основном производят как промежуточный продукт ядерного деления в ториевых высокотемпературных реакторах в качестве промежуточного продукта при производстве делящегося урана-233:

Изотоп 231 Па можно получить путем облучения тория-230 медленными нейтронами , превращая его в бета-распадающийся торий-231; или путем облучения тория-232 быстрыми нейтронами с образованием тория-231 и 2 нейтронов.

Металлический протактиний можно получить восстановлением его фторида кальцием , [43] литием или барием при температуре 1300–1400 °С. [44] [45]

Характеристики

Протактиний — это актинид, расположенный в периодической таблице слева от урана и справа от тория , и многие его физические свойства являются промежуточными между соседними актинидами. Протактиний плотнее и жестче тория, но легче урана; его температура плавления ниже, чем у тория, но выше, чем у урана. Тепловое расширение, электрическая и теплопроводность этих трех элементов сопоставимы и типичны для постпереходных металлов . Расчетный модуль сдвига протактиния аналогичен модулю сдвига титана . [46] Протактиний — металл с серебристо-серым блеском, сохраняющийся некоторое время на воздухе. [25] [31] Протактиний легко реагирует с кислородом, водяным паром и кислотами, но не со щелочами. [11]

При комнатной температуре протактиний кристаллизуется в объемноцентрированную тетрагональную структуру, которую можно рассматривать как искаженную объемноцентрированную кубическую решетку; эта структура не меняется при сжатии до 53 ГПа. Структура меняется на гранецентрированную кубическую ( ГЦК ) при охлаждении от высокой температуры, около 1200 ° C. [43] [47] Коэффициент теплового расширения тетрагональной фазы в диапазоне от комнатной температуры до 700 °C составляет 9,9 × 10.−6 /°С. [43]

Протактиний парамагнитен , и для него не известны магнитные переходы ни при каких температурах. [48] ​​Он становится сверхпроводящим при температуре ниже 1,4 К. [11] [44] Тетрахлорид протактиния парамагнитен при комнатной температуре, но становится ферромагнитным при охлаждении до 182 К. [49]

Протактиний существует в двух основных степенях окисления : +4 и +5, как в твердых веществах, так и в растворах; и состояния +3 и +2, которые наблюдались в некоторых твердых телах. Поскольку электронная конфигурация нейтрального атома равна [Rn]5f 2 6d 1 7s 2 , степень окисления +5 соответствует низкоэнергетической (и, следовательно, предпочтительной) конфигурации 5f 0 . Состояния +4 и +5 легко образуют в воде гидроксиды , причем преобладающими ионами являются Pa(OH) 3+ , Pa(OH)2+2, Па(ОН)+3и Pa(OH) 4 , которые бесцветны. [50] Другие известные ионы протактиния включают PaCl.2+2, ПаСО2+4, ПаФ 3+ , ПаФ2+2, ПаФ−6, ПаФ2-7и ПаФ3-8. [51] [52]

Химические соединения

Здесь a , b и c — постоянные решетки в пикометрах, No — номер пространственной группы, а Z — количество формульных единиц на элементарную ячейку ; fcc означает гранецентрированную кубическую симметрию. Плотность не измерялась напрямую, а рассчитывалась по параметрам решетки.

Оксиды и кислородсодержащие соли

Оксиды протактиния известны со степенями окисления металлов +2, +4 и +5. Наиболее устойчивым является белый пентаоксид Pa 2 O 5 , который можно получить прокаливанием гидроксида протактиния(V) на воздухе при температуре 500 °С. [60] Его кристаллическая структура кубическая, а химический состав часто нестехиометрический, описываемый как PaO 2,25 . Сообщалось также о другой фазе этого оксида с ромбической симметрией. [45] [61] Черный диоксид PaO 2 получается из пятиокиси путем восстановления его при 1550 °C водородом. Он плохо растворяется ни в разбавленной, ни в концентрированной азотной , соляной или серной кислоте , но легко растворяется в плавиковой кислоте . [45] Диоксид можно превратить обратно в пентоксид путем нагревания в кислородсодержащей атмосфере до 1100 °C. [61] Моноксид PaO наблюдался только в виде тонкого покрытия на металлическом протактинии, но не в изолированной объемной форме. [45]

Протактиний образует смешанные бинарные оксиды с различными металлами. Кристаллы щелочных металлов А имеют химическую формулу APaO 3 и структуру перовскита ; A 3 PaO 4 и искаженная структура каменной соли; или A 7 PaO 6 , где атомы кислорода образуют гексагональную плотноупакованную решетку. Во всех этих материалах ионы протактиния координированы октаэдрически. [62] [63] Пятиокись Pa 2 O 5 соединяется с оксидами редкоземельных металлов R 2 O 3 с образованием различных нестехиометрических смешанных оксидов, также перовскитной структуры. [64]

Оксиды протактиния являются основными ; они легко превращаются в гидроксиды и могут образовывать различные соли, такие как сульфаты , фосфаты , нитраты и т. д. Нитраты обычно белые, но могут быть коричневыми из-за радиолитического разложения. Нагревание нитрата на воздухе при температуре 400 °C превращает его в белый пятиокись протактиния. [65] Политриоксофосфат Pa(PO 3 ) 4 можно получить путем взаимодействия дифторидсульфата PaF 2 SO 4 с фосфорной кислотой (H 3 PO 4 ) в инертной атмосфере. Нагревание продукта примерно до 900 °C устраняет побочные продукты реакции, в том числе плавиковую кислоту , триоксид серы и фосфорный ангидрид. При нагревании его до более высоких температур в инертной атмосфере Pa(PO 3 ) 4 разлагается на дифосфат PaP 2 O 7 , аналогичный дифосфатам других актинидов. В дифосфате группы PO 3 образуют пирамиды симметрии C 2v . При нагревании PaP 2 O 7 на воздухе до 1400 °С он разлагается на пятиокиси фосфора и протактиния. [58]

Галогениды

Фторид протактиния (V) образует белые кристаллы, в которых ионы протактиния расположены в пятиугольных бипирамидах и координируются семью другими ионами. Координация такая же, как у хлорида протактиния(V), но цвет желтый. Координация меняется на октаэдрическую в коричневом бромиде протактиния (V), но неизвестна для йодида протактиния (V). Координация протактиния во всех его тетрагалогенидах равна 8, но расположение квадратное антипризматическое во фториде протактиния (IV) и додекаэдрическое в хлориде и бромиде. Сообщалось о йодиде протактиния (III) коричневого цвета, в котором ионы протактиния имеют 8-координацию в двуглавой тригональной призматической структуре. [66]

Координация атомов протактиния (сплошные кружки) и атомов галогена (светлые кружки) во фториде или хлориде протактиния (V).

Фторид протактиния(V) и хлорид протактиния(V) имеют полимерную структуру моноклинной симметрии. Там в пределах одной полимерной цепи все атомы галогенидов лежат в одной графитоподобной плоскости и образуют плоские пятиугольники вокруг ионов протактиния. 7-координация протактиния происходит за счет пяти атомов галогенида и двух связей с атомами протактиния, принадлежащими близлежащим цепочкам. Эти соединения легко гидролизуются в воде. [67] Пентахлорид плавится при 300 °C и сублимируется при еще более низких температурах.

Фторид протактиния (V) можно получить путем взаимодействия оксида протактиния либо с пентафторидом брома , либо с трифторидом брома при температуре около 600 ° C, а фторид протактиния (IV) получают из оксида и смеси водорода и фторида водорода при 600 ° C; для устранения утечек атмосферного кислорода в реакцию требуется большой избыток водорода. [45]

Хлорид протактиния(V) получают взаимодействием оксида протактиния с четыреххлористым углеродом при температуре 200–300 °C. [45] Побочные продукты (такие как PaOCl 3 ) удаляются фракционной сублимацией. [56] Восстановление хлорида протактиния(V) водородом при температуре около 800 °C дает хлорид протактиния(IV) – желто-зеленое твердое вещество, которое сублимируется в вакууме при 400 °C. Его также можно получить непосредственно из диоксида протактиния, обработав его четыреххлористым углеродом при 400 ° C. [45]

Бромиды протактиния получают действием бромида алюминия , бромистого водорода , тетрабромида углерода или смеси бромистого водорода и тионилбромида на оксид протактиния. Альтернативно их можно получить путем реакции пентахлорида протактиния с бромистым водородом или тионилбромидом. [45] Бромид протактиния(V) имеет две схожие моноклинные формы: одну получают сублимацией при 400–410 °С, другую – сублимацией при несколько более низкой температуре 390–400 °С. [55] [57]

Йодиды протактиния можно получить путем взаимодействия металлического протактиния с элементарным йодом при 600 °C и путем взаимодействия Pa 2 O 5 с AlO 3 при 600 °C. [45] Йодид протактиния(III) можно получить нагреванием иодида протактиния(V) в вакууме. [67] Как и оксиды, протактиний образует смешанные галогениды с щелочными металлами. Наиболее примечательным среди них является Na 3 PaF 8 , где ион протактиния симметрично окружен ионами 8 F - , образуя почти идеальный куб. [51]

Известны также более сложные фториды протактиния, такие как Pa 2 F 9 [67] и тройные фториды типов MPaF 6 (M = Li, Na, K, Rb, Cs или NH 4 ), M 2 PaF 7 (M = K , Rb, Cs или NH 4 ) и M 3 PaF 8 (M = Li, Na, Rb, Cs), все из которых представляют собой белые кристаллические твердые вещества. Формулу MPaF 6 можно представить как комбинацию MF и PaF 5 . Эти соединения можно получить упариванием раствора плавиковой кислоты, содержащего оба комплекса. Для небольших щелочных катионов, таких как Na, кристаллическая структура является тетрагональной, тогда как для более крупных катионов K + , Rb + , Cs + или NH 4 + она становится ромбической . Аналогичное изменение наблюдалось и для фторидов M 2 PaF 7 : симметрия кристаллов зависела от катиона и различалась для Cs 2 PaF 7 и M 2 PaF 7 (M = K, Rb или NH 4 ). [52]

Другие неорганические соединения

Известны оксигалогениды и оксисульфиды протактиния. PaOBr 3 имеет моноклинную структуру, состоящую из двухцепочечных звеньев, где протактиний имеет координацию 7 и расположен в виде пентагональных бипирамид. Цепочки связаны между собой атомами кислорода и брома, причем каждый атом кислорода связан с тремя атомами протактиния. [55] PaOS представляет собой светло-желтое нелетучее твердое вещество с кубической кристаллической решеткой, изоструктурной решетке других актинидных оксисульфидов. Его получают путем взаимодействия хлорида протактиния(V) со смесью сероводорода и сероуглерода при 900 °C. [45]

В гидридах и нитридах протактиний имеет низкую степень окисления около +3. Гидрид получается прямым действием водорода на металл при 250 °С, а нитрид представляет собой продукт соединения аммиака и тетрахлорида или пентахлорида протактиния. Это ярко-желтое твердое вещество термически стабильно до 800 °C в вакууме. Карбид протактиния (PaC) образуется при восстановлении тетрафторида протактиния барием в углеродном тигле при температуре около 1400 °С. [45] Протактиний образует боргидриды , в состав которых входит Pa(BH 4 ) 4 . Он имеет необычную полимерную структуру со спиральными цепочками, где атом протактиния имеет координационное число 12 и окружен шестью ионами BH 4 - . [68]

Металлоорганические соединения

Предполагаемая структура молекулы протактиноцена (Pa(C 8 H 8 ) 2 )

Протактиний(IV) образует тетраэдрический комплекс тетракис(циклопентадиенил)протактиний(IV) (или Pa(C 5 H 5 ) 4 ) с четырьмя циклопентадиенильными кольцами, который можно синтезировать путем взаимодействия хлорида протактиния(IV) с расплавленным Be(C 5 H) . 5 ) 2 . Одно кольцо может быть замещено атомом галогенида. [69] Другим металлоорганическим комплексом является золотисто-желтый бис(π-циклооктатетраен) протактиний, или протактиноцен (Pa(C 8 H 8 ) 2 ), аналогичный по структуре ураноцену . Там атом металла зажат между двумя циклооктатетраеновыми лигандами. Подобно ураноцену, его можно получить путем взаимодействия тетрахлорида протактиния с циклооктатетраенидом дикалия (K 2 C 8 H 8 ) в тетрагидрофуране . [59]

Приложения

Хотя протактиний расположен в таблице Менделеева между ураном и торием, оба из которых имеют множество применений, в настоящее время протактиний не находит применения за пределами научных исследований из-за его дефицита, высокой радиоактивности и высокой токсичности. [37]

Протактиний-231 возникает естественным путем при распаде природного урана-235, а также искусственно в ядерных реакторах по реакции 232 Th +n →  231 Th+2n и последующего бета-распада 231 Th. Когда-то считалось, что он способен поддерживать цепную ядерную реакцию, которую в принципе можно использовать для создания ядерного оружия ; физик Вальтер Зейфриц  [ де ] однажды оценил соответствующую критическую массу как750 ± 180 кг . [70] Однако возможность критичности 231 Па с тех пор была исключена. [35] [71]

С появлением высокочувствительных масс-спектрометров стало возможным применение 231 Па в качестве индикатора в геологии и палеоокеанографии . В этом приложении соотношение протактиния-231 и тория-230 используется для радиометрического датирования отложений возрастом до 175 000 лет, а также для моделирования образования минералов. [38] В частности, его оценка в океанических отложениях помогла реконструировать движение водоемов Северной Атлантики во время последнего таяния ледников ледникового периода . [72] Некоторые варианты датировки, связанные с протактинием, основаны на анализе относительных концентраций нескольких долгоживущих членов цепочки распада урана – например, урана, протактиния и тория. Эти элементы имеют 6, 5 и 4 валентных электрона, что благоприятствует степеням окисления +6, +5 и +4 соответственно, и проявляют различные физические и химические свойства. Торий и протактиний, но не соединения урана, плохо растворимы в водных растворах и выпадают в осадок; скорость осаждения тория выше, чем протактиния. Анализ концентрации как протактиния-231 (период полураспада 32 760 лет), так и тория-230 (период полураспада 75 380 лет) повышает точность измерений по сравнению с тем, когда измеряется только один изотоп; этот двухизотопный метод также слабо чувствителен к неоднородностям пространственного распределения изотопов и к изменению скорости их осаждения. [38] [73]

Меры предосторожности

Протактиний токсичен и очень радиоактивен; таким образом, обращение с ним осуществляется исключительно в герметичном перчаточном ящике . Его основной изотоп 231 Па имеет удельную активность 0,048 кюри (1,8  ГБк ) на грамм и испускает преимущественно альфа-частицы с энергией 5 МэВ, которые можно остановить тонким слоем любого материала. Однако он медленно распадается с периодом полураспада 32760 лет на 227 Ac, который имеет удельную активность 74 кюри (2700 ГБк) на грамм, испускает как альфа-, так и бета-излучение и имеет гораздо более короткий период полураспада 22 года. 227 Ac, в свою очередь, распадается на более легкие изотопы с еще более коротким периодом полураспада и гораздо большей удельной активностью (СА). [37]

Поскольку протактиний присутствует в небольших количествах в большинстве натуральных продуктов и материалов, он попадает в организм с пищей или водой и вдыхается с воздухом. Лишь около 0,05% принятого протактиния всасывается в кровь, а остальная часть выводится из организма. Из крови около 40% протактиния откладывается в костях, около 15% поступает в печень, 2% — в почки, а остальная часть покидает организм. Биологический период полураспада протактиния в костях составляет около 50 лет, тогда как его биологический период полураспада в других органах имеет быстрый и медленный компонент. Например, 70% протактиния в печени имеет биологический период полувыведения 10 дней, а остальные 30% — 60 дней. Соответствующие значения для почек составляют 20% (10 дней) и 80% (60 дней). В каждом пораженном органе протактиний способствует раку за счет своей радиоактивности. [37] [65] Максимально безопасная доза Па в организме человека составляет 0,03 мкКи (1,1 кБк), что соответствует 0,5 микрограмма 231 Па. [74] Максимально допустимая концентрация 231 Па в воздухе в Германии составляет3 × 10 −4  Бк/м 3 . [65]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Приставка «эка» происходит от санскритского एक, что означает «один» или «первый». В химии он используется для обозначения элемента на одну точку ниже следующего за ним названия элемента.

Рекомендации

  1. ^ «Стандартные атомные массы: протактиний». ЦИАВ . 2017.
  2. ^ Прохаска, Томас; Ирргехер, Йоханна; Бенефилд, Жаклин; Бёлке, Джон К.; Чессон, Лесли А.; Коплен, Тайлер Б.; Дин, Типинг; Данн, Филип Дж. Х.; Грёнинг, Манфред; Холден, Норман Э.; Мейер, Харро Эй Джей (4 мая 2022 г.). «Стандартные атомные массы элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . doi : 10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  3. ^ abc Arblaster, Джон В. (2018). Некоторые значения кристаллографических свойств элементов . Парк материалов, Огайо: ASM International. ISBN 978-1-62708-155-9.
  4. ^ аб Донохью, Дж. (1959). «О кристаллической структуре металлического протактиния». Акта Кристаллографика . 12 (9): 697. дои : 10.1107/S0365110X59002031.
  5. ^ Лиде, Д.Р., изд. (2005). «Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений». Справочник CRC по химии и физике (PDF) (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  6. ^ Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Китайская физика C . 45 (3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  7. ^ аб Мейтнер, Лиза (1918). «Die Muttersubstanz des Actiniums, Ein Neues Radioaktives Element von Langer Lebensdauer». Zeitschrift für Elektrochemie und angewandte Physikalische Chemie . 24 (11–12): 169–173. дои : 10.1002/bbpc.19180241107. ISSN  0372-8323.
  8. ^ «Протактиний» (PDF) . Информационный бюллетень о здоровье человека . ANL (Аргоннская национальная лаборатория). Ноябрь 2001 года . Проверено 4 сентября 2023 г. Название происходит от греческого слова «протос» (что означает «первый») и элемента актиний, поскольку протактиний является предшественником актиния.
  9. ↑ Джон Арнольд Крэнстон. Архивировано 11 марта 2020 года в Wayback Machine . Университет Глазго
  10. ^ Негре, Сезар и др. «Обратный поток глубоководных вод Атлантики во время последнего ледникового максимума». Природа , вып. 468,7320 (2010): 84-8. дои: 10.1038/nature09508
  11. ^ abcdef Эмсли, Джон (2003) [2001]. «Протактиниум». Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от Аризоны. Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. стр. 347–349. ISBN 978-0-19-850340-8.
  12. ^ Лэнг, Майкл (2005). «Пересмотренная таблица Менделеева: с изменением положения лантаноидов». Основы химии . 7 (3): 203. дои : 10.1007/s10698-004-5959-9. S2CID  97792365.
  13. ↑ Фессл, Софи (2 января 2019 г.). «Как далеко заходит периодическая таблица?». ДЖСТОР . Проверено 9 января 2019 г.
  14. ^ Национальный исследовательский совет (США). Конференция по глоссарию терминов ядерной науки и технологий (1957 г.). Словарь терминов ядерной науки и технологий. Американское общество инженеров-механиков. п. 180 . Проверено 25 июля 2015 г.
  15. ^ Крукс, В. (1899). «Радиоактивность урана». Труды Лондонского королевского общества . 66 (424–433): 409–423. дои : 10.1098/rspl.1899.0120. S2CID  93563820.
  16. ^ Йоханссон, Свен (1954). «Распад UX1, UX2 и УЗ». Физический обзор . 96 (4): 1075–1080. Бибкод : 1954PhRv...96.1075J. doi : 10.1103/PhysRev.96.1075.
  17. ^ Гринвуд, с. 1250
  18. ^ Гринвуд, с. 1254
  19. ^ Фаянс, К. и Геринг, О. (1913). «Über die komplexe Natur des Ur X». Naturwissenschaften . 1 (14): 339. Бибкод : 1913NW......1..339F. дои : 10.1007/BF01495360. S2CID  40667401.
  20. ^ Фаянс, К. и Геринг, О. (1913). «Über das Uran X 2 - новый элемент Урана». Physikalische Zeitschrift . 14 : 877–84.
  21. ^ ab Эрик Шерри , Повесть о семи элементах, (Oxford University Press, 2013) ISBN 978-0-19-539131-2 , стр.67–74 
  22. ^ Фаянс, К.; Моррис, DFC (1973). «Открытие и наименование изотопов элемента 91» (PDF) . Природа . 244 (5412): 137–138. Бибкод : 1973Natur.244..137F. дои : 10.1038/244137a0. hdl : 2027.42/62921.
  23. ^ Содди, Ф., Крэнстон, Дж. Ф. (1918) Родитель актиния. Труды Королевского общества А – математические, физические и технические науки 94: 384-403.
  24. ^ «Протактиний - Информация об элементе: Химия в своем элементе: протактиний» . www.rsc.org . Королевское химическое общество . Проверено 20 октября 2023 г. На этом этапе Фаянс отказался от названия «бревиум», поскольку по обычаю было называть элемент по самому долгоживущему изотопу. Мейтнер, чем выбрала название протактиний.
  25. ^ abcde Hammond, CR (29 июня 2004 г.). Элементы в Справочнике по химии и физике (81-е изд.). ЦРК Пресс. ISBN 978-0-8493-0485-9.
  26. ^ Гринвуд, с. 1251
  27. ^ Ши, Уильям Р. (1983) Отто Хан и развитие ядерной физики, Springer, стр. 213, ISBN 90-277-1584-X . 
  28. ^ фон Гросс, Аристид (1928). «Das Element 91; seine Eigenschaften und seine Gewinnung». Берихте дер немецкое химическое общество . 61 (1): 233–245. дои : 10.1002/cber.19280610137.
  29. ^ Грау, Г.; Кединг, Х. (1934). «Die technische Gewinnung des Protactiniums». Ангеванде Хеми . 47 (37): 650–653. Бибкод : 1934АнгЧ..47..650Г. дои : 10.1002/ange.19340473706.
  30. ^ Гросс, А.В. (1934). «Металлический элемент 91». Журнал Американского химического общества . 56 (10): 2200–2201. дои : 10.1021/ja01325a508.
  31. ^ аб Мясоедов, Б.Ф.; Кирби, HW; Тананаев, ИГ (2006). «Глава 4: Протактиний». В Морссе, ЛР; Эдельштейн, Нью-Мексико; Фугер, Дж. (ред.). Химия актинидных и трансактинидных элементов (3-е изд.). Дордрехт, Нидерланды: Springer. Бибкод : 2011tcot.book.....М. дои : 10.1007/978-94-007-0211-0. ISBN 978-1-4020-3555-5. S2CID  93796247.
  32. ^ «Периодическая таблица элементов: протактиний». Лос-Аламосская национальная лаборатория . Архивировано из оригинала 28 сентября 2011 года . Проверено 21 марта 2013 г.
  33. ^ «Протактиний (Па) | АМЕРИКАНСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ®» . Американские элементы: Компания по науке о материалах . Проверено 11 июля 2024 г.
  34. ^ аб Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (2003), «Оценка NUBASE свойств ядра и распада», Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11. 001
  35. ^ ab Grosse, A.v.; Бут, ET; Даннинг, младший (15 августа 1939 г.). «Деление протактиния (элемент 91)». Физический обзор . 56 (4): 382. Бибкод : 1939PhRv...56..382G. дои :10.1103/PhysRev.56.382 . Проверено 17 февраля 2023 г.
  36. ^ Товессон, Ф.; Хамбш, Ф.-Ж; Оберштедт, А.; Фогельберг, Б.; Рамстрем, Э.; Оберштедт, С. (август 2002 г.). «Сечение деления Па-233». Журнал ядерной науки и технологий . 39 (суп2): 210–213. Бибкод : 2002JNST...39Q.210T. дои : 10.1080/00223131.2002.10875076 . S2CID  91866777.
  37. ^ abcde Protactinium. Архивировано 7 марта 2008 г. в Wayback Machine , Аргоннская национальная лаборатория, Информационный бюллетень о здоровье человека, август 2005 г.
  38. ^ abc Статьи «Протактиний» и «Протактиний-231 - датирование тория-230» в Британской энциклопедии, 15-е издание, 1995 г., стр. 737
  39. ^ Гросс, А.В.; Агрусс, М.С. (1934). «Выделение 0,1 грамма оксида элемента 91 (протактиния)». Журнал Американского химического общества . 56 (10): 2200. doi :10.1021/ja01325a507.
  40. ^ Корнелис, Рита (2005) Справочник по элементному видообразованию II: виды в окружающей среде, продуктах питания, медицине и гигиене труда, Том. 2, Джон Уайли и сыновья, стр. 520–521, ISBN 0-470-85598-3 . 
  41. ^ ab Groult, Анри (2005) Фторированные материалы для преобразования энергии, Elsevier, стр. 562–565, ISBN 0-08-044472-5 . 
  42. ^ Эбер, Ален (июль 2009 г.). Прикладная реакторная физика. Прессы Интер Политехника. п. 265. ИСБН 978-2-553-01436-9.
  43. ^ abc Марплс, JAC (1965). «О термическом расширении металлического протактиния». Акта Кристаллографика . 18 (4): 815–817. Бибкод : 1965AcCry..18..815M. дои : 10.1107/S0365110X65001871.
  44. ^ аб Фаулер, РД; Матиас, Б.; Эспри, Л.; Хилл, Х.; и другие. (1965). «Сверхпроводимость протактиния». Письма о физических отзывах . 15 (22): 860. Бибкод : 1965PhRvL..15..860F. doi : 10.1103/PhysRevLett.15.860.
  45. ^ abcdefghijklmnopq Селлерс, Филип А.; Фрид, Шерман; Элсон, Роберт Э.; Захариасен, WH (1954). «Получение некоторых соединений протактиния и металла». Журнал Американского химического общества . 76 (23): 5935. doi :10.1021/ja01652a011.
  46. ^ Зейтц, Фредерик и Тернбулл, Дэвид (1964) Физика твердого тела: достижения в исследованиях и приложениях, Academic Press, стр. 289–291, ISBN 0-12-607716-9 . 
  47. ^ Янг, Дэвид А. (1991) Фазовые диаграммы элементов, University of California Press, стр. 222, ISBN 0-520-07483-1 . 
  48. ^ Бушоу, KHJ (2005) Краткая энциклопедия магнитных и сверхпроводящих материалов, Elsevier, стр. 129–130, ISBN 0-08-044586-1 . 
  49. ^ Хендрикс, Мэн (1971). «Магнитные свойства тетрахлорида протактиния». Журнал химической физики . 55 (6): 2993–2997. Бибкод : 1971JChPh..55.2993H. дои : 10.1063/1.1676528.
  50. ^ Гринвуд, с. 1265
  51. ^ AB Гринвуд, с. 1275
  52. ^ аб Эспри, LB; Крузе, Ф.Х.; Розенцвейг, А.; Пеннеман, РА (1966). «Синтез и рентгеновские свойства комплексов фторида щелочи и пентафторида протактиния». Неорганическая химия . 5 (4): 659. doi : 10.1021/ic50038a034.
  53. ^ Браун Д.; Зал ТЛ; Мозли П.Т. (1973). «Структурные параметры и размеры элементарной ячейки тетрагональных тетрахлоридов актинидов (Th, Pa, U и Np) и тетрабромидов (Th и Pa)». Журнал Химического общества, Dalton Transactions (6): 686–691. дои : 10.1039/DT9730000686.
  54. ^ Тахри, Ю.; Черметт, Х.; Эль Хатиб, Н.; Крупа, Дж.; и другие. (1990). «Электронные структуры галогенидных кластеров тория и протактиния типа [ThX8]4-». Журнал менее распространенных металлов . 158 : 105–116. дои : 10.1016/0022-5088(90)90436-Н.
  55. ^ Абде Браун, Д.; Петчер, Ти Джей; Смит, Эй Джей (1968). «Кристаллические структуры некоторых бромидов протактиния». Природа . 217 (5130): 737. Бибкод : 1968Natur.217..737B. дои : 10.1038/217737a0. S2CID  4264482.
  56. ^ АБ Додж, РП; Смит, Г.С.; Джонсон, К.; Элсон, RE (1967). «Кристаллическая структура пентахлорида протактиния». Акта Кристаллографика . 22 (1): 85–89. Бибкод : 1967AcCry..22...85D. дои : 10.1107/S0365110X67000155.
  57. ^ Аб Браун, Д.; Петчер, Ти Джей; Смит, Эй Джей (1969). «Кристаллическая структура пентабромида β-протактиния». Акта Кристаллографика Б. 25 (2): 178. Бибкод : 1969AcCrB..25..178B. дои : 10.1107/S0567740869007357.
  58. ^ abc Брандель, В.; Даше, Н. (2004). «Химия четырехвалентных актинидфосфатов - Часть I». Журнал химии твердого тела . 177 (12): 4743. Бибкод : 2004JSSCh.177.4743B. дои : 10.1016/j.jssc.2004.08.009.
  59. ^ аб Старкс, Дэвид Ф.; Парсонс, Томас К.; Стрейтвизер, Эндрю ; Эдельштейн, Норман (1974). «Бис (π-циклооктатетраен) протактиний». Неорганическая химия . 13 (6): 1307. doi : 10.1021/ic50136a011.
  60. ^ Гринвуд, с. 1268
  61. ^ аб Элсон, Р.; Фрид, Шерман; Селлерс, Филип; Захариасен, WH (1950). «Четырехвалентное и пятивалентное состояния протактиния». Журнал Американского химического общества . 72 (12): 5791. doi : 10.1021/ja01168a547.
  62. ^ Гринвуд, с. 1269
  63. ^ Айер, ПН; Смит, Эй Джей (1971). «Двойные оксиды, содержащие ниобий, тантал или протактиний. IV. Другие системы с участием щелочных металлов». Акта Кристаллографика Б. 27 (4): 731. Бибкод : 1971AcCrB..27..731I. дои : 10.1107/S056774087100284X.
  64. ^ Айер, ПН; Смит, Эй Джей (1967). «Двойные оксиды, содержащие ниобий, тантал или протактиний. III. Системы с участием редких земель». Акта Кристаллографика . 23 (5): 740. Бибкод : 1967AcCry..23..740I. дои : 10.1107/S0365110X67003639.
  65. ^ abc Гроссманн, Р.; Майер, Х.; Шерипо, Дж.; Фрибель, Х. (2008). «Подготовка мишеней 231Pa». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 590 (1–3): 122. Бибкод : 2008NIMPA.590..122G. дои :10.1016/j.nima.2008.02.084.
  66. ^ Гринвуд, с. 1270
  67. ^ abc Гринвуд, с. 1271
  68. ^ Гринвуд, с. 1277
  69. ^ Гринвуд, стр. 1278–1279.
  70. ^ Зайфриц, Вальтер (1984) Nukleare Sprengkörper – Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit , Thiemig-Verlag, ISBN 3-521-06143-4 . 
  71. ^ Ганесан, С. (1999). «Перерасчет критического свойства 231Pa с использованием новых ядерных данных» (PDF) . Современная наука . 77 (5): 667–677. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 года . Проверено 21 марта 2013 г.
  72. ^ Макманус, Дж. Ф.; Франсуа, Р.; Герарди, Ж.-М.; Кейгвин, LD; и другие. (2004). «Коллапс и быстрое возобновление меридиональной циркуляции Атлантики, связанное с дегляциальными изменениями климата» (PDF) . Природа . 428 (6985): 834–837. Бибкод : 2004Natur.428..834M. дои : 10.1038/nature02494. PMID  15103371. S2CID  205210064. Архивировано из оригинала (PDF) 10 апреля 2013 г. . Проверено 29 ноября 2010 г.
  73. ^ Ченг, Х.; Эдвардс, Р.Лоуренс; Мюррелл, Монтана; Бенджамин, ТМ (1998). «Систематика датирования уран-торий-протактиний». Geochimica et Cosmochimica Acta . 62 (21–22): 3437. Бибкод : 1998GeCoA..62.3437C. дои : 10.1016/S0016-7037(98)00255-5.
  74. ^ Пальшин, Е.С.; и другие. (1968). Аналитическая химия протактиния . Москва: Наука.

Библиография

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с Протактинием.
Найдите протактиний в Викисловаре, бесплатном словаре.