stringtranslate.com

Протактиний

Протактиний — химический элемент ; имеет символ Pa и атомный номер 91. Это плотный, радиоактивный , серебристо-серый актиноидный металл, 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 также принимать состояния +4 и даже +3 или +2. Концентрации протактиния в земной коре обычно составляют несколько частей на триллион, но могут достигать нескольких частей на миллион в некоторых месторождениях уранинитовой руды. Из-за его редкости, высокой радиоактивности и высокой токсичности в настоящее время нет никаких применений для протактиния 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 Хельмутом Герингом и назван «бревиум» из-за короткого периода полураспада конкретного изученного изотопа , протактиния-234 m . Более стабильный изотоп протактиния, 231 Pa, был открыт в 1917/18 годах Лизой Мейтнер в сотрудничестве с Отто Ганом , и они назвали элемент протактинием. [7] В 1949 году ИЮПАК выбрал название «протактиний» и подтвердил, что Ган и Мейтнер являются его первооткрывателями. Новое название означало «(ядерный) предшественник актиния », [8] предполагая, что актиний является продуктом радиоактивного распада протактиния. Джон Арнольд Крэнстон (работая с Фредериком Содди и Адой Хитчинс ) также считается первооткрывателем самого стабильного изотопа в 1915 году, но он отложил свое заявление из-за призыва на службу во время Первой мировой войны . [9]

Самый долгоживущий и самый распространенный (почти 100%) встречающийся в природе 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. Он является нежелательным промежуточным продуктом в ядерных реакторах на основе тория и поэтому 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 отложений возрастом до 175 000 лет и при моделировании различных геологических процессов. [10]

История

Периодическая таблица Дмитрия Менделеева 1871 года с пробелом для протактиния в нижней строке таблицы, между торием и ураном.

В 1871 году Дмитрий Менделеев предсказал существование элемента между торием и ураном . [11] В то время ряд актиноидов был неизвестен, поэтому Менделеев поместил уран под вольфрамом в группе VI, а торий под цирконием в группе IV, оставив пространство под танталом в группе V пустым. До всеобщего принятия концепции актиноидов в конце 1940-х годов периодические таблицы публиковались с этой структурой. [12] Долгое время химики искали эка-тантал [примечание 1] как элемент с химическими свойствами, схожими с танталом, что сделало открытие протактиния практически невозможным. Позднее было обнаружено, что более тяжелым аналогом тантала является трансурановый элемент дубний , хотя дубний химически более похож на протактиний, а не на тантал. [13]

В 1900 году Уильям Крукс выделил протактиний как чрезвычайно радиоактивный материал из урана; 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
90Чт
и234
91Па
. Его метод использовался в 1950-х годах для выделения234
90Чт
и234
91Па
из соединений урана. [16] Протактиний был впервые обнаружен в 1913 году, когда Казимир Фаянс и Освальд Хельмут Геринг столкнулись с изотопом 234m Pa во время своих исследований цепочек распада урана-238 :238
92У
→234
90Чт
→234м
91Па
→234
92У
Они назвали новый элемент « бревиум » (от латинского слова brevis , что означает краткий или короткий) из-за короткого периода полураспада, составляющего 1,16 минуты для234м
91Па
(уран X2). [17] [18] [19] [20] [21] [22] В 1917–18 годах две группы ученых, Лиза Мейтнер в сотрудничестве с Отто Ганом из Германии и Фредериком Содди и Джоном Крэнстоном из Великобритании , независимо друг от друга открыли другой изотоп, 231 Pa, имеющий гораздо более длительный период 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 prôtos , что означает «первый, прежде»). [24] ИЮПАК подтвердил это наименование в 1949 году. [25] [26] Открытие протактиния заполнило один из последних пробелов в ранних версиях периодической таблицы и принесло известность ученым, принимавшим в нем участие. [ 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 другой, называемой процессом Ван Аркеля–де Бура , оксид химически превращался в галогенид ( хлорид , бромид или иодид ) , 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 99,9% чистого протактиния-231 путем переработки 60 тонн отходов в 12-этапном процессе по цене около 500 000 долларов США. [25] [31] В течение многих лет это была единственная в мире значительная поставка протактиния, которая предоставлялась различным лабораториям для научных исследований. [11] Национальная лаборатория Ок-Ридж в США поставляла протактиний по цене около 280 долларов США/грамм. [32]

Изотопы

Было обнаружено двадцать девять радиоизотопов протактиния. Наиболее стабильными являются 231 Pa с периодом полураспада 32 760 лет, [33] 233 Pa с периодом полураспада 27 дней и 230 Pa с периодом полураспада 17,4 дня. Все остальные изотопы имеют период полураспада короче 1,6 дня, и большинство из них имеют период полураспада менее 1,8 секунды. Протактиний также имеет два ядерных изомера , 217m Pa (период полураспада 1,2 миллисекунды) и 234m Pa (период полураспада 1,16 минуты). [34]

Основной режим распада для самого стабильного изотопа 231 Pa и более легких ( 211 Pa до 231 Pa) — это альфа-распад , производящий изотопы актиния . Основной режим для более тяжелых изотопов ( 232 Pa до 239 Pa) — это бета-распад , производящий изотопы урана . [34]

Ядерное деление

Самый долгоживущий и самый распространенный изотоп, 231 Pa, может делиться от быстрых нейтронов, превышающих ~1 МэВ. [35] 233 Pa, другой изотоп протактиния, производимый в ядерных реакторах, также имеет порог деления 1 МэВ. [36]

Происшествие

Протактиний — один из самых редких и дорогих элементов природного происхождения. Он встречается в виде двух изотопов — 231 Pa и 234 Pa, причем изотоп 234 Pa находится в двух различных энергетических состояниях. Почти весь природный протактиний — это 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 более короткоживущий изомер 234m Pa. [37]

Протактиний встречается в уранините (урановой смолке) в концентрациях около 0,3-3 частей 231 Pa на миллион частей (ppm) руды. [11] В то время как обычное содержание ближе к 0,3 ppm [38] (например, в Яхимове , Чешская Республика [39] ), некоторые руды из Демократической Республики Конго содержат около 3 ppm. [25] Протактиний однородно распределен 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 песчаных частицах почвы содержится 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 измерены в суглинистых почвах и глинах, таких как бентонит . [37] [40]

В ядерных реакторах

Два основных изотопа протактиния, 231 Pa и 233 Pa, производятся из тория в ядерных реакторах ; оба нежелательны и обычно удаляются, тем самым усложняя конструкцию и эксплуатацию реактора. В частности, 232 Th посредством реакций ( n , 2 n ) производит 231 Th, который быстро распадается до 231 Pa (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 долгосрочную радиотоксичность отработанного ядерного топлива. [41]

Протактиний-233 образуется при захвате нейтрона 232Th . Он либо далее распадается до урана-233, либо захватывает другой нейтрон и превращается в неделящийся уран-234. [42] 233Pa имеет относительно длительный период полураспада 27 дней и высокое сечение захвата нейтронов (так называемый « нейтронный яд »). Таким образом, вместо быстрого распада до полезного 233U , значительная часть 233Pa преобразуется в неделящиеся изотопы и потребляет нейтроны, снижая эффективность реактора . Чтобы ограничить потерю нейтронов, 233Pa извлекается из активной зоны реакторов на расплавленных солях тория во время их работы, так что он может распадаться только до 233U . Извлечение 233Pa 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 расплавленной соли, в то время как расплавленный висмут является всего лишь носителем, выбранным из-за его низкой температуры плавления 271 °C, низкого давления паров, хорошей растворимости для лития и актинидов и несмешиваемости с расплавленными галогенидами . [41]

Подготовка

Протактиний встречается в уранинитовых рудах.

До появления ядерных реакторов протактиний выделялся для научных экспериментов из урановых руд. С тех пор как реакторы стали более распространенными, он в основном производится как промежуточный продукт ядерного деления в реакторах ториевого топливного цикла как промежуточный продукт в производстве делящегося урана-233:

Изотоп 231 Pa можно получить, облучая торий-230 медленными нейтронами , превращая его в бета-распадающийся торий-231; или облучая торий-232 быстрыми нейтронами, получая торий-231 и 2 нейтрона.

Металлический протактиний может быть получен восстановлением его фторида кальцием , [43] литием или барием при температуре 1300–1400 °C. [44] [ 45]

Характеристики

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

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

Протактиний парамагнитен , и для него не известны магнитные переходы ни при какой температуре. [48] Он становится сверхпроводящим при температурах 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 телах, так и в растворах; и состояния +3 и +2, которые наблюдались в некоторых твердых телах. Поскольку электронная конфигурация нейтрального атома - [Rn]5f 2 6d 1 7s 2 , степень окисления +5 соответствует низкоэнергетической (и, следовательно, предпочтительной) конфигурации 5f 0 . Оба состояния +4 и +5 легко образуют гидроксиды в воде, причем преобладающими ионами являются Pa(OH) 3+ , Pa(OH)2+2, Па(ОН)+3, и Pa(OH) 4 , все из которых бесцветны. [50] Другие известные ионы протактиния включают PaCl2+2, ПаСО2+4, ПаФ 3+ , ПаФ2+2, ПаФ−6, ПаФ2−7, и ПаФ3−8. [51] [52]

Химические соединения

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

Оксиды и кислородсодержащие соли

Оксиды протактиния известны по степеням окисления металлов +2, +4 и +5. Наиболее стабильным является белый пентоксид Pa2O5 , который может быть получен путем прокаливания гидроксида протактиния(V) на воздухе при температуре 500 °C. [ 60] Его кристаллическая структура кубическая, а химический состав часто нестехиометрический, описываемый как PaO2.25 . Также сообщалось о другой фазе этого оксида с орторомбической симметрией. [45] [61] Черный диоксид PaO2 получают из пентоксида 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 преобразовать обратно в пентоксид путем нагревания в кислородсодержащей атмосфере до 1100 °C. [61] Монооксид 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. Со щелочными металлами A кристаллы имеют химическую формулу APaO 3 и структуру перовскита ; A 3 PaO 4 и искаженную структуру каменной соли; или A 7 PaO 6 , где атомы кислорода образуют гексагональную плотноупакованную решетку. Во всех этих материалах ионы протактиния октаэдрически координированы. [62] [63] Пентаоксид Pa 2 O 5 соединяется с оксидами редкоземельных металлов R 2 O 3 , образуя различные нестехиометрические смешанные оксиды, также имеющие структуру перовскита. [64]

Оксиды протактиния являются основными ; они легко превращаются в гидроксиды и могут образовывать различные соли, такие как сульфаты , фосфаты , нитраты и т. д. Нитрат обычно белый, но может быть коричневым из-за радиолитического разложения. Нагревание нитрата на воздухе при 400 °C преобразует его в белый пентаоксид протактиния. [65] Политриоксофосфат Pa(PO3 ) 4 может быть получен путем реакции дифторидсульфата PaF2SO4 с фосфорной кислотой ( H3PO4 ) в инертной атмосфере. Нагревание продукта примерно до 900 ° C устраняет побочные продукты реакции, которые включают плавиковую кислоту , триоксид серы и фосфорный ангидрид . Нагревание его до более высоких температур в инертной атмосфере разлагает Pa(PO3 ) 4 в дифосфат PaP2O7 , который аналогичен дифосфатам других актинидов. В дифосфате группы PO 3 образуют пирамиды симметрии C 2v . Нагревание PaP 2 O 7 на воздухе до 1400 °C разлагает его на пентаоксиды фосфора и протактиния. [58]

Галогениды

Фторид протактиния(V) образует белые кристаллы, в которых ионы протактиния расположены в пентагональных бипирамидах и координируются 7 другими ионами. Координация та же самая в хлориде протактиния(V), но цвет желтый. Координация меняется на октаэдрическую в коричневом бромиде протактиния(V), но неизвестна для иодида протактиния(V). Координация протактиния во всех его тетрагалогенидах равна 8, но расположение является квадратным антипризматическим во фториде протактиния(IV) и додекаэдрическим в хлориде и бромиде. Сообщалось о коричневом иодиде протактиния(III), в котором ионы протактиния координируются 8 в двушапочной тригональной призматической компоновке. [66]

Координация атомов протактиния (закрашенные кружки) и галогенов (незакрашенные 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 пентагоны вокруг ионов протактиния. 7-координация протактиния происходит от пяти атомов галогенидов и двух связей с атомами протактиния, принадлежащих соседним цепям. Эти соединения легко гидролизуются в воде. [67] Пентахлорид плавится при 300 °C и сублимируется при еще более низких температурах.

Фторид протактиния(V) может быть получен путем реакции оксида протактиния с пентафторидом брома или трифторидом брома при температуре около 600 °C, а фторид протактиния(IV) получается из оксида и смеси водорода и фторида водорода при температуре 600 °C; для удаления утечек атмосферного кислорода в реакцию требуется большой избыток водорода. [45]

Хлорид протактиния(V) получают путем реакции оксида протактиния с четыреххлористым углеродом при температурах 200–300 °C. [45] Побочные продукты (такие как PaOCl 3 ) удаляют 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 путем обработки его четыреххлористым углеродом при 400 °C. [45]

Бромиды протактиния получаются при воздействии 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 похожие моноклинные формы: одну получают путем сублимации при 400–410 °C, а другую — путем сублимации при несколько более низкой температуре 390–400 °C. [55] [57]

Иодиды протактиния могут быть получены путем реакции металлического протактиния с элементарным иодом при 600 °C и путем реакции Pa 2 O 5 с AlO 3 при 600 °C. [45] Иодид протактиния(III) может быть получен путем нагревания иодида протактиния(V) в вакууме. [67] Как и в случае с оксидами, протактиний образует смешанные галогениды со щелочными металлами. Наиболее примечательным среди них является Na 3 PaF 8 , где ион протактиния симметрично окружен 8 ионами F − , образуя почти идеальный куб. [51]

Известны также более сложные фториды протактиния, такие как Pa2F9 [ 67 ] и тройные фториды типов MPaF6 ( M = Li, Na, K, Rb, Cs или NH4 ), M2PaF7 (M = K, Rb, Cs или NH4) и M3PaF8 ( M = Li , Na , Rb, Cs), все из которых представляют собой белые кристаллические твердые вещества. Формула MPaF6 может быть представлена ​​как комбинация MF и PaF5 . Эти соединения могут быть получены путем испарения 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 NH4 + она становится орторомбической . Аналогичное изменение наблюдалось для фторидов M 2 PaF 7 : а именно, симметрия кристалла 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 единиц, где протактиний имеет координацию 7 и организован в пентагональные бипирамиды. Цепи связаны между собой через атомы кислорода и брома, и каждый атом кислорода связан с тремя атомами протактиния. [55] PaOS — это светло-желтое нелетучее твердое вещество с кубической кристаллической решеткой, изоструктурной решетке других оксисульфидов актинидов. Он получается путем реакции 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 °C, а нитрид является продуктом аммиака и тетрахлорида или пентахлорида протактиния. Это ярко-желтое твердое вещество термически стабильно до 800 °C в вакууме. Карбид протактиния (PaC) образуется путем восстановления тетрафторида протактиния барием в углеродном тигле при температуре около 1400 °C. [45] Протактиний образует борогидриды , в состав которых входит Pa(BH 4 ) 4 . Он имеет необычную полимерную структуру со спиральными цепями, 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, которые можно синтезировать путем реакции 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 ), который по структуре аналогичен ураноцену . Там атом металла зажат между двумя циклооктатетраеновыми лигандами. Подобно ураноцену, его можно получить путем реакции тетрахлорида протактиния с дикалийциклооктатетраенидом ( K 2 C 8 H 8 ) в тетрагидрофуране . [59]

Приложения

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

Протактиний-231 возникает естественным образом при распаде природного урана-235, а также искусственно в ядерных реакторах в результате реакции 232 Th + n →  231 Th + 2n и последующего бета-распада 231 Th. Когда-то считалось, что он способен поддерживать цепную ядерную реакцию, которая в принципе может быть использована для создания ядерного оружия ; физик Вальтер Зейфриц  [de] однажды оценил связанную с этим 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 Pa в качестве трассера в геологии и палеоокеанографии . В этом применении отношение протактиния-231 к торию-230 используется для радиометрического датирования осадков возрастом до 175 000 лет и для моделирования образования минералов. [38] В частности, его оценка в океанических отложениях помогла реконструировать движения водоемов Северной Атлантики во время последнего таяния ледников ледникового периода . [72] Некоторые из вариаций датирования, связанных с протактинием, основаны на анализе относительных концентраций нескольких долгоживущих членов цепи распада урана — например, урана, протактиния и тория. Эти элементы имеют 6, 5 и 4 валентных электрона, что благоприятствует состояниям окисления +6, +5 и +4 соответственно, и демонстрируют различные физические и химические свойства. Торий и протактиний, но не соединения урана, плохо растворимы в водных растворах и выпадают в осадок; скорость осаждения для тория выше, чем для протактиния. Анализ концентрации как для протактиния-231 (период полураспада 32 760 лет), так и для тория-230 (период полураспада 75 380 лет) повышает точность измерений по сравнению с измерением только одного изотопа; этот метод двойных изотопов также слабо чувствителен к неоднородностям в пространственном распределении изотопов и к изменениям в скорости их осаждения. [38] [73]

Меры предосторожности

Протактиний является одновременно токсичным и высокорадиоактивным; поэтому с ним работают исключительно в герметичном перчаточном боксе . Его основной изотоп 231 Pa имеет удельную активность 0,048 кюри (1,8  ГБк ) на грамм и в основном испускает альфа-частицы с энергией 5 МэВ, которые могут быть остановлены тонким слоем любого материала. Однако он медленно распадается, с периодом полураспада 32 760 лет, в 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 короткими периодами полураспада и гораздо большей удельной активностью (SA). [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. Только около 0,05% потребленного протактиния всасывается в кровь, а остальная часть выводится. 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 составляет около 50 лет в костях, тогда как его биологический период полураспада в других органах имеет быструю и медленную составляющую. Например, 70% протактиния в печени имеют биологический период полураспада 10 дней, а оставшиеся 30% — 60 дней. Соответствующие значения для почек составляют 20% (10 дней) и 80% (60 дней). В каждом пораженном органе протактиний способствует развитию рака посредством своей радиоактивности. [37] [65] Максимальная безопасная доза Pa в организме человека составляет 0,03 мкКи (1,1 кБк), что соответствует 0,5 микрограммам 231 Pa. [74] Максимально допустимая концентрация 231 Pa в воздухе в Германии составляет3 × 10−4 Бк /  м 3 . [65]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Префикс «eka» происходит от санскритского एक, означающего «один» или «первый». В химии он раньше использовался для обозначения элемента, находящегося на один период ниже названия элемента, следующего за ним.

Ссылки

  1. ^ "Стандартные атомные веса: протактиний". CIAAW . 2017.
  2. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (4 мая 2022 г.). "Стандартные атомные веса элементов 2021 г. (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  3. ^ abc Arblaster, John W. (2018). Избранные значения кристаллографических свойств элементов . Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 978-1-62708-155-9.
  4. ^ ab Donohue, J. (1959). «О кристаллической структуре металлического протактиния». Acta Crystallographica . 12 (9): 697. doi :10.1107/S0365110X59002031.
  5. ^ Lide, DR, ред. (2005). "Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений". CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86-е изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  6. ^ Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Chinese Physics 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 г. Получено 4 сентября 2023 г. Название происходит от греческого слова protos (что означает «первый») и элемента актиний, поскольку протактиний является предшественником актиния.
  9. ^ Джон Арнольд Крэнстон Архивировано 11 марта 2020 г. в Wayback Machine . Университет Глазго
  10. ^ Негре, Сезар и др. «Обратный поток атлантических глубинных вод во время последнего ледникового максимума». Nature , т. 468,7320 (2010): 84-8. doi:10.1038/nature09508
  11. ^ abcdef Эмсли, Джон (2003) [2001]. «Протактиний». Строительные блоки природы: путеводитель по элементам от А до Я. Оксфорд, Англия, Великобритания: Oxford University Press. стр. 347–349. ISBN 978-0-19-850340-8.
  12. ^ Лэнг, Майкл (2005). «Пересмотренная периодическая таблица: с измененным положением лантаноидов». Основы химии . 7 (3): 203. doi :10.1007/s10698-004-5959-9. S2CID  97792365.
  13. ^ Фессл, Софи (2 января 2019 г.). «Как далеко заходит Периодическая таблица?». JSTOR . Получено 9 января 2019 г.
  14. ^ Национальный исследовательский совет (США). Конференция по глоссарию терминов в области ядерной науки и технологий (1957). Глоссарий терминов в области ядерной науки и технологий. Американское общество инженеров-механиков. стр. 180. Получено 25 июля 2015 г.
  15. ^ Крукс, В. (1899). «Радиоактивность урана». Труды Лондонского королевского общества . 66 (424–433): 409–423. doi :10.1098/rspl.1899.0120. S2CID  93563820.
  16. ^ Йоханссон, Свен (1954). «Распад UX1, UX2 и UZ». Physical Review . 96 (4): 1075–1080. Bibcode : 1954PhRv...96.1075J. doi : 10.1103/PhysRev.96.1075.
  17. ↑ Гринвуд, стр. 1250
  18. ↑ Гринвуд, стр. 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. ^ Эрик Шерри , Повесть о семи элементах, (Oxford University Press 2013) ISBN 978-0-19-539131-2 , стр. 67–74 
  22. ^ Фаянс, К.; Моррис, ДФК (1973). «Открытие и наименование изотопов элемента 91» (PDF) . Nature . 244 (5412): 137–138. Bibcode : 1973Natur.244..137F. doi : 10.1038/244137a0. hdl : 2027.42/62921.
  23. ^ Содди, Ф., Крэнстон, Дж. Ф. (1918) Родитель актиния. Труды Королевского общества A – Математические, физические и инженерные науки 94: 384-403.
  24. ^ "Protactinium - Element information : Chemistry in its element: protactinium". www.rsc.org . Royal Society of Chemistry . Получено 20 октября 2023 г. В этот момент Фаянс отозвал название brevium, поскольку принято было называть элемент по самому долгоживущему изотопу. Затем Мейтнер выбрала название protactinium.
  25. ^ abcde Hammond, CR (29 июня 2004 г.). Элементы, в Handbook of Chemistry and Physics (81-е изд.). CRC press. ISBN 978-0-8493-0485-9.
  26. ↑ Гринвуд, стр. 1251.
  27. ^ Ши, Уильям Р. (1983) Отто Ган и рост 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. ^ Гроссе, А. В. (1934). «Металлический элемент 91». Журнал Американского химического общества . 56 (10): 2200–2201. doi :10.1021/ja01325a508.
  31. ^ ab Мясоедов, Б.Ф.; Кирби, Х.В.; Тананаев, ИГ (2006). "Глава 4: Протактиний". В Морсс, Л.Р.; Эдельштейн, Н.М.; Фугер, Дж. (ред.). Химия актинидных и трансактинидных элементов (3-е изд.). Дордрехт, Нидерланды: Springer. Bibcode : 2011tcot.book.....M. doi : 10.1007/978-94-007-0211-0. ISBN 978-1-4020-3555-5. S2CID  93796247.
  32. ^ "Периодическая таблица элементов: протактиний". Los Alamos National Laboratory . Архивировано из оригинала 28 сентября 2011 года . Получено 21 марта 2013 года .
  33. ^ "Протактиний (Pa) | AMERICAN ELEMENTS ®". American Elements: The Materials Science Company . Получено 11 июля 2024 г.
  34. ^ ab Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "Оценка ядерных и распадающихся свойств с помощью NUBASE", Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
  35. ^ ab Grosse, A. v.; Booth, ET; Dunning, JR (15 августа 1939 г.). «Деление протактиния (элемент 91)». Physical Review . 56 (4): 382. Bibcode :1939PhRv...56..382G. doi :10.1103/PhysRev.56.382 . Получено 17 февраля 2023 г. .
  36. ^ Tovesson, F.; Hambsch, F.-J; Oberstedt, A.; Fogelberg, B.; Ramström, E.; Oberstedt, S. (август 2002 г.). "The Pa-233 Fission Cross Section". Журнал ядерной науки и технологий . 39 (sup2): 210–213. Bibcode : 2002JNST...39Q.210T. doi : 10.1080/00223131.2002.10875076 . S2CID  91866777.
  37. ^ abcde Протактиний Архивировано 7 марта 2008 г. в Wayback Machine , Аргоннская национальная лаборатория, Информационный бюллетень о здоровье человека, август 2005 г.
  38. ^ abc Статьи "Протактиний" и "Датирование протактиния-231 – тория-230" в Encyclopaedia Britannica, 15-е издание, 1995, 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, т. 2, John Wiley and Sons, стр. 520–521, ISBN 0-470-85598-3 . 
  41. ^ ab Groult, Henri (2005) Фторированные материалы для преобразования энергии, Elsevier, стр. 562–565, ISBN 0-08-044472-5 . 
  42. ^ Эбер, Ален (июль 2009 г.). Прикладная физика реакторов. Presses inter Polytechnique. стр. 265. ISBN 978-2-553-01436-9.
  43. ^ abc Marples, JAC (1965). «О тепловом расширении металлического протактиния». Acta Crystallographica . 18 (4): 815–817. Bibcode : 1965AcCry..18..815M. doi : 10.1107/S0365110X65001871.
  44. ^ ab Fowler, RD; Matthias, B.; Asprey, L.; Hill, H.; et al. (1965). "Сверхпроводимость протактиния". Physical Review Letters . 15 (22): 860. Bibcode : 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, Издательство Калифорнийского университета, стр. 222, ISBN 0-520-07483-1 . 
  48. ^ Бушоу, К. Х. Дж. (2005) Краткая энциклопедия магнитных и сверхпроводящих материалов, Elsevier, стр. 129–130, ISBN 0-08-044586-1 . 
  49. ^ Хендрикс, М. Э. (1971). «Магнитные свойства тетрахлорида протактиния». Журнал химической физики . 55 (6): 2993–2997. Bibcode : 1971JChPh..55.2993H. doi : 10.1063/1.1676528.
  50. ↑ Гринвуд, стр. 1265
  51. ^ ab Greenwood, стр. 1275
  52. ^ ab Asprey, LB; Kruse, FH; Rosenzweig, A.; Penneman, RA (1966). "Синтез и рентгеновские свойства комплексов щелочного фторида-протактиния пентафторида". Неорганическая химия . 5 (4): 659. doi :10.1021/ic50038a034.
  53. ^ Brown D.; Hall TL; Moseley PT (1973). «Структурные параметры и размеры элементарной ячейки для тетрагональных актинидных тетрахлоридов (Th, Pa, U и Np) и тетрабромидов (Th и Pa)». Журнал химического общества, Dalton Transactions (6): 686–691. doi :10.1039/DT9730000686.
  54. ^ Tahri, Y.; Chermette, H.; El Khatib, N.; Krupa, J.; et al. (1990). «Электронные структуры кластеров галогенидов тория и протактиния типа [ThX8]4−». Journal of the Less Common Metals . 158 : 105–116. doi :10.1016/0022-5088(90)90436-N.
  55. ^ abcde Браун, Д.; Петчер, Т.Дж.; Смит, А.Дж. (1968). "Кристаллические структуры некоторых бромидов протактиния". Nature . 217 (5130): 737. Bibcode :1968Natur.217..737B. doi :10.1038/217737a0. S2CID  4264482.
  56. ^ ab Додж, RP; Смит, GS; Джонсон, Q.; Элсон, RE (1967). «Кристаллическая структура пентахлорида протактиния». Acta Crystallographica . 22 (1): 85–89. Bibcode : 1967AcCry..22...85D. doi : 10.1107/S0365110X67000155.
  57. ^ ab Brown, D.; Petcher, TJ; Smith, AJ (1969). "Кристаллическая структура пентабромида β-протактиния". Acta Crystallographica B. 25 ( 2): 178. Bibcode :1969AcCrB..25..178B. doi :10.1107/S0567740869007357.
  58. ^ abc Brandel, V.; Dacheux, N. (2004). "Химия фосфатов четырехвалентного актинида — Часть I". Журнал химии твердого тела . 177 (12): 4743. Bibcode : 2004JSSCh.177.4743B. doi : 10.1016/j.jssc.2004.08.009.
  59. ^ ab Starks, David F.; Parsons, Thomas C.; Streitwieser, Andrew ; Edelstein, Norman (1974). "Бис(π-циклооктатетраен) протактиний". Неорганическая химия . 13 (6): 1307. doi :10.1021/ic50136a011.
  60. ↑ Гринвуд, стр. 1268.
  61. ^ ab Elson, R.; Fried, Sherman; Sellers, Philip; Zachariasen, WH (1950). «Четырёхвалентные и пятивалентные состояния протактиния». Журнал Американского химического общества . 72 (12): 5791. doi :10.1021/ja01168a547.
  62. ↑ Гринвуд, стр. 1269
  63. ^ Айер, П. Н.; Смит, А. Дж. (1971). «Двойные оксиды, содержащие ниобий, тантал или протактиний. IV. Другие системы, включающие щелочные металлы». Acta Crystallographica B. 27 ( 4): 731. Bibcode :1971AcCrB..27..731I. doi :10.1107/S056774087100284X.
  64. ^ Айер, П. Н.; Смит, А. Дж. (1967). «Двойные оксиды, содержащие ниобий, тантал или протактиний. III. Системы, включающие редкоземельные элементы». Acta Crystallographica . 23 (5): 740. Bibcode : 1967AcCry..23..740I. doi : 10.1107/S0365110X67003639.
  65. ^ abc Гроссманн, Р.; Майер, Х.; Шерипо, Дж.; Фрибель, Х. (2008). «Подготовка мишеней 231Pa». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях A. 590 ( 1–3): 122. Bibcode : 2008NIMPA.590..122G. doi : 10.1016/j.nima.2008.02.084.
  66. ↑ Гринвуд, стр. 1270
  67. ^ abc Гринвуд, стр. 1271
  68. ↑ Гринвуд, стр. 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) . Current Science . 77 (5): 667–677. Архивировано из оригинального (PDF) 3 марта 2016 г. . Получено 21 марта 2013 г. .
  72. ^ McManus, JF; Francois, R.; Gherardi, J.-M.; Keigwin, LD; et al. (2004). «Коллапс и быстрое возобновление атлантической меридиональной циркуляции, связанное с дегляциальными изменениями климата» (PDF) . Nature . 428 (6985): 834–837. Bibcode :2004Natur.428..834M. doi :10.1038/nature02494. PMID  15103371. S2CID  205210064. Архивировано из оригинала (PDF) 10 апреля 2013 г. . Получено 29 ноября 2010 г. .
  73. ^ Ченг, Х.; Эдвардс, Р. Лоуренс; Мюррелл, МТ; Бенджамин, ТМ (1998). «Систематика датирования урана-тория-протактиния». Geochimica et Cosmochimica Acta . 62 (21–22): 3437. Bibcode : 1998GeCoA..62.3437C. doi : 10.1016/S0016-7037(98)00255-5.
  74. ^ Пальшин, Е.С. и др. (1968). Аналитическая химия протактиния . М.: Наука.

Библиография

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Протактиний.
Найдите протактиний в Викисловаре, бесплатном словаре.