Protaktinium

Protaktinium (chemická značka Pa, latinsky Protactinium) je třetím členem z řady aktinoidů, radioaktivní kovový prvek.

Protaktinium
[Rn] 5f2 6d1 7s2 213 Pa 91
↓ Periodická tabulka ↓
atom protaktinia
Obecné
Název, značka, číslo	Protaktinium, Pa, 91
Cizojazyčné názvy	lat. Protactinium
Skupina, perioda, blok	7. perioda, blok f
Chemická skupina	Aktinoidy
Koncentrace v zemské kůře	1×10−6 ppm
Vzhled	stříbrný kov
Identifikace
Registrační číslo CAS	7440-13-3
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	(231,035 9)
Kovalentní poloměr	161 pm
Iontový poloměr	(Pa3+) 106 pm (Pa4+) 91 pm (Pa5+) 88 pm
Elektronová konfigurace	[Rn] 5f2 6d1 7s2
Oxidační čísla	II, III, IV, V
Elektronegativita (Paulingova stupnice)	1,5
Ionizační energie
První	5,60 eV
Druhá	11,3 eV
Třetí	20,5 eV
Čtvrtá	36,4 eV
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava	α-modifikace čtverečná tělesně centrovaná a= 388,9 pm c= 341,7 pm β-modifikace krychlová a = 381 pm
Molární objem	15,18×10−6 m3/mol
Teplota změny modifikace	1 170 °C (α → β) °C (1 443,15 K)
Mechanické vlastnosti
Hustota	15,374 g/cm3 (mod. α, 20 °C) 13,87 g/cm3 (mod. β)
Skupenství	pevné
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost	47 W⋅m−1⋅K−1
Součinitel délkové roztažnosti	99×10−7 (mod. α)
Molární atomizační entalpie	607,2 kJ/mol
Standardní molární entropie S°	51,9 J K−1 mol−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání	přibližně 1 600 °C (přibližně 1 600 K)
Teplota varu	přibližně 3 300 °C (přibližně 3 300 K)
Specifické teplo tání	14,65 kJ/mol
Specifické teplo varu	460,5 kJ/mol
Měrná tepelná kapacita	0,121 J/g (25 °C) 0,099 J/g (plyn)
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost	5,56×106 S/m
Měrný elektrický odpor	177×10−9 Ωm
Teplota přechodu do supravodivého stavu	1,5 K
Magnetické chování	paramagnetický
Bezpečnost
Radioaktivní
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P {{{izotopy}}}
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Pr ⋏ Thorium ≺ Pa ≻ Uran

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Protaktinium je radioaktivní kovový prvek stříbřitě bílé barvy, která se působením vzdušného kyslíku mění na šedavou. Hlavní izotop protaktinia ²³¹Pa je α-zářič.

Ve sloučeninách se vyskytuje v mocenství od Pa⁺³ po Pa⁺⁵, přičemž nejstálejší jsou sloučeniny s oxidačním číslem Pa⁺⁵, které se svým chemickým chováním podobají sloučeninám tantalu nebo niobu.

Čistý kov lze připravit redukcí fluoridu protaktiničného kovovým baryem při teplotě kolem 1400 °C.

Historie

Jako první identifikovali protaktinium (jaderný izomer ^234mPa s poločasem rozpadu 1,17 minuty) Kasimir Fajans a O. H. Göhring jako produkt rozpadu uranu ²³⁸U. Pojmenovali jej brevium podle krátké doby života (latinsky brevis – krátký).

Za objevitele protaktinia jsou však obvykle označováni Otto Hahn a Lise Meitner z Německa a Frederick Soddy a John Cranston z Velké Británie, kteří roku 1918 nezávisle na sobě oznámili objev izotopu ²³¹Pa s mnohem delším poločasem rozpadu. Jméno prvku bylo změněno na protaktinium v roce 1949.

Výskyt, izotopy a využití

V zemské kůře se můžeme setkat pouze s velmi nízkými obsahy izotopu ²³¹Pa, který je produktem radioaktivního rozpadu uranu. Poločas rozpadu tohoto izotopu je 32 760 let a proto i v nejbohatších uranových rudách nacházíme protaktinium v množství maximálně 1–3 ppm (mg/kg).

Z dalších izotopů stojí za zmínku např. ²³⁰Pa s poločasem rozpadu 17,4 dne nebo ²³³Pa s poločasem 26,975 dnů. Celkově je známo 30 izotopů protaktinia:

Izotop	Poločas přeměny	Druh rozpadu	Produkt rozpadu
211Pa	>300 ns	α	207Ac
212Pa	5,1 ms	α	208Ac
213Pa	5,3 ms	α	209Ac
214Pa	17 ms	α	210Ac
215Pa	14 ms	α	211Ac
216Pa	150 ms	α (98 %)/ ε (2 %)	212Ac/ 216Th
217Pa	3,6 ms	α	213Ac
218Pa	113 μs	α	214Ac
219Pa	53 ns	α	215Ac
220Pa	0,78 μs	α (100,00 %)/ ε (3,0×10−7 %)	216Ac/ 220Th
221Pa	5,9 μs	α	217Ac
222Pa	2,9 ms	α	218Ac
223Pa	5,1 ms	α	219Ac
224Pa	846 ms	α	220Ac
225Pa	1,7 s	α	221Ac
226Pa	1,8 min	α (74 %)/ ε (26 %)	222Ac/ 226Th
227Pa	38,3 min	α (85 %)/ ε (15 %)	223Ac/ 227Th
228Pa	22,4 h	ε (98,15 %)/ α (1,85 %)	228Th / 224Ac
229Pa	1,5 d	ε (99,52 %)/ α (0,48 %)	229Th/ 225Ac
230Pa	17,4 d	ε (92,20 %)/ β− (7,80 %)/ α (3,2×10−3 %)	230Th/ 230U/ 226Ac
231Pa	32 760 r	α (100 %) / SF (<3×10−10)	227Ac / různé
232Pa	1,32 d	β− / ε	232U / 232Th
233Pa	26,975 d	β−	233U
234Pa	6,70 h	β−	234U
235Pa	24,4 min	β−	235U
236Pa	9,1 min	β−	236U
237Pa	8,7 min	β−	237U
238Pa	2,28 min	β−	238U
239Pa	1,8 h	β−	239U
240Pa	?	β−	240U

První izolace oxidu protaktinia Pa₂O₅ byla uskutečněna roku 1927, kdy Aristid V. Grosse připravil přibližně 2 mg látky. Elementární kov byl získán roku 1934 termickým rozkladem jodidu protaktinia na elektricky zahřívaném kovovém vlákně ve vakuu:

2 PaI₅ → 2 Pa + 5 I₂

Největší množství čistého prvku bylo připraveno v roce 1961 pod patronací Úřadu pro atomovou energii Velké Británie. Bylo přitom zpracováváno asi 60 tun kalů zbylých po extrakci uranu z konžských rud. Separační proces sestával z dvanácti kroků (loužení kyselinami, kapalinová extrakce, separace na ionexech atd.) a výsledkem bylo 125 g kovového protaktinia o čistotě 99,9 %.

Uvádí se, že náklady na tento proces se pohybovaly kolem půl milionu amerických dolarů a získané množství protaktinia dodnes uspokojuje celosvětovou poptávku po tomto prvku. To jasně ukazuje i na to, že praktický význam protaktinia je zanedbatelný a jeho využití se omezuje pouze na speciální vědecké experimenty.

Budoucí význam protaktinia a především izotopů ²³³Pa a ²³⁴Pa záleží na rozšíření solných reaktorů. Z ²³³Pa vznikajícího záchytem neutronu jádrem thoria ²³²Th se jeho rozpadem získává izotop uranu ²³³U, který je perspektivní náhradou ²³⁵U.

Odkazy

Literatura

• Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
• Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
• Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
• N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků II. 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9
• VOHLÍDAL, Jiří; ŠTULÍK, Karel; JULÁK, Alois. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5.

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu protaktinium na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo protaktinium ve Wikislovníku

Portály: Chemie