Protactinium ist ein chemisches Element mit dem Symbol-Papa und der Atomnummer 91. Es ist ein dichtes, silberfarben-graues Metall, das sogleich mit Sauerstoff, Wasserdampf und anorganischen Säuren reagiert. Es bildet verschiedene chemische Zusammensetzungen, wo Protactinium gewöhnlich in der Oxydation da ist, setzen +5 fest, aber kann auch +4 und sogar +2 oder +3 Staaten annehmen. Die durchschnittlichen Konzentrationen des Protactiniums in der Kruste der Erde sind normalerweise auf der Ordnung von einigen Teilen pro Trillion, aber können bis zu einige Teile pro Million in einigen uraninite Erzlagern erreichen. Wegen der Knappheit, hohen Radioaktivität und hohen Giftigkeit, gibt es zurzeit keinen Gebrauch für das Protactinium außerhalb der wissenschaftlichen Forschung, und für diesen Zweck, Protactinium wird größtenteils aus verausgabtem Kernbrennstoff herausgezogen.

Protactinium wurde zuerst 1913 von Kasimir Fajans und Oswald Helmuth Göhring identifiziert und brevium wegen der kurzen Halbwertzeit des spezifischen Isotops studiert, nämlich Protactinium 234 genannt. Ein stabileres Isotop des Protactiniums wurde 1918 entdeckt, und deshalb wurde der Name ausser protoactinium und dann ausser dem Protactinium 1949 geändert. Der neue Name hat "Elternteil des Actiniums" bedeutet und hat die Tatsache widerspiegelt, dass Actinium ein Produkt des radioaktiven Zerfalls des Protactiniums ist.

Das am längsten gelebte und reichlichste (fast 100 %), die natürlich vorkommen, hat Isotop des Protactiniums, Protactinium 231, eine Halbwertzeit von 32,760 Jahren und ist ein Zerfall-Produkt von Uran 235. Viel kleinere Spur-Beträge des kurzlebigen isomer Kernprotactiniums-234m kommen in der Zerfall-Kette von Uran 238 vor. Protactinium 233 Ergebnisse vom Zerfall des Thoriums 233 als ein Teil der Kette von Ereignissen hat gepflegt, Uran 233 durch das Neutronausstrahlen des Thoriums 232 zu erzeugen. Es ist ein unerwünschtes Zwischenprodukt in Thorium-basierten Kernreaktoren und wird deshalb von der aktiven Zone des Reaktors während des Fortpflanzungsprozesses entfernt. Die Analyse der Verhältniskonzentrationen von verschiedenem Uran, Thorium und Protactinium-Isotopen in Wasser und Mineralen wird in radiometric Datierung von Bodensätzen verwendet, die bis zu 175,000 Jahre alt und im Modellieren von verschiedenen geologischen Prozessen sind.

Geschichte

1871 hat Dmitri Mendeleev die Existenz eines Elements zwischen Thorium und Uran vorausgesagt. Die actinide Element-Gruppe war zurzeit unbekannt. Deshalb wurde Uran unter dem Wolfram und Thorium unter dem Zirkonium eingestellt, den Raum unter dem Tantal leer verlassend, und bis die Periodensysteme der 1950er Jahre mit dieser Struktur veröffentlicht wurden. Seit langem haben Chemiker nach Eka-Tantal als ein Element mit ähnlichen chemischen Eigenschaften als Tantal gesucht, eine Entdeckung des Protactiniums fast unmöglich machend.

1900 hat William Crookes Protactinium als ein höchst radioaktives Material von Uran isoliert; jedoch konnte er nicht es als ein neues chemisches Element charakterisieren und hat es so Uran-X genannt. Crookes hat Uran-Nitrat im Äther aufgelöst, die restliche wässrige Phase enthält den meisten und. Seine Methode wurde noch in den 1950er Jahren verwendet, um zu isolieren, und von Uran-Zusammensetzungen. Protactinium wurde zuerst 1913 identifiziert, als Kasimir Fajans und Oswald Helmuth Göhring auf den Isotop-Papa während ihrer Studien der Zerfall-Ketten von Uran 238 gestoßen sind:   . Sie haben das neue Element brevium (vom lateinischen Wort, brevis genannt, kurz oder kurz vorhabend), wegen seiner kurzen Halbwertzeit, 6.7 Stunden dafür. 1918 haben zwei Gruppen von Wissenschaftlern, die von Otto Hahn und Lise Meitner aus Deutschland und Frederick Soddy und John Cranston aus Großbritannien geführt sind, unabhängig ein anderes Isotop des Protactiniums, Papa entdeckt, der viel längere Halbwertzeit von ungefähr 32,000 Jahren hat. So wurde der Name brevium ausser protoactinium geändert, weil das neue Element ein Teil der Zerfall-Kette von Uran 235 vor dem Actinium (von = protos Bedeutung zuerst, vorher) war. Für die Bequemlichkeit der Artikulation wurde der Name zum Protactinium durch den IUPAC 1949 verkürzt. Die Entdeckung des Protactiniums hat die letzte Lücke in den frühen Versionen des Periodensystems vollendet, das von Mendeleev 1869 vorgeschlagen ist, und es hat zur Berühmtheit den beteiligten Wissenschaftlern, besonders Meitner gebracht.

Aristid von Grosse hat 2 Milligramme von PaO 1927 erzeugt, und hat 1934 zuerst elementares Protactinium von 0.1 Milligrammen von PaO isoliert. Er hat zwei verschiedene Verfahren verwendet: Im ersten wurde Protactinium-Oxyd durch 35 keV Elektronen im Vakuum bestrahlt. In einer anderen Methode, genannt den Prozess von van Arkel de Boer, wurde das Oxyd zu einem Halogenid (Chlorid, Bromid oder iodide) chemisch umgewandelt und ist dann in einem Vakuum mit einem elektrisch erhitzten metallischen Glühfaden abgenommen:

: 2 PaI  2 Papa + 5 ich

1961 hat die britische Atomenergie-Autorität (UKAEA) 125 Gramme des reinen 99.9-%-Protactiniums erzeugt, indem sie 60 Tonnen des Abfallstoffs in einem 12-stufigen Prozess zu einem Selbstkostenpreis von ungefähr 500,000 US-Dollar bearbeitet hat. Viele Jahre lang war das die nur bedeutende Versorgung in der Welt des Protactiniums, das verschiedenen Laboratorien für wissenschaftliche Studien zur Verfügung gestellt wurde. Eiche-Kamm Nationales Laboratorium in den Vereinigten Staaten stellt zurzeit Protactinium zu einem Selbstkostenpreis von ungefähr 280 US-Dollar/Gramm zur Verfügung.

Ereignis

Protactinium ist eines der seltensten und teuersten natürlich vorkommenden Elemente. Es wird in der Form von zwei Isotopen - Papa und Papa mit dem Isotop-Papa gefunden, der in zwei verschiedenen Energiestaaten vorkommt. Fast das ganze natürliche Protactinium ist Protactinium 231. Es ist ein Alpha-Emitter und wird durch den Zerfall von Uran 235 gebildet, wohingegen das Beta-Ausstrahlen-Protactinium 234 infolge erzeugt wird. Fast das ganze Uran 238 (99.8 %) verfällt zuerst dem Papa isomer.

Protactinium kommt in uraninite (pitchblende) bei Konzentrationen von ungefähr 0.3-3 Teil-Papa pro Million Teile (ppm) von Erz vor. Wohingegen der übliche Inhalt an 0.3 ppm näher ist (z.B in Jáchymov, Tschechien), haben einige Erze von der demokratischen Republik des Kongos ungefähr 3 ppm. Protactinium wird in den meisten natürlichen Materialien und in Wasser, aber bei viel niedrigeren Konzentrationen auf der Ordnung eines Teils pro Trillion homogen verstreut, die der Radioaktivität von 0.1 picocuries (pCi)/g entspricht. Es gibt ungefähr 500mal mehr Protactinium in sandigen Boden-Partikeln als in Wasser, sogar die Wassergegenwart in derselben Probe von Boden. Viel höhere Verhältnisse 2,000 und werden oben in Ton-Böden und Tönen wie bentonite gemessen.

In Kernreaktoren

Zwei Hauptprotactinium-Isotope, Papa und Papa werden vom Thorium in Kernreaktoren erzeugt; beide sind unerwünscht und werden gewöhnlich entfernt, dadurch Kompliziertheit zum Reaktordesign und der Operation hinzufügend. Insbesondere Th über (n, 2n) Reaktionen erzeugen Th, der schnell (Halbwertzeit 25.5 Stunden) dem Papa verfällt. Das letzte Isotop, während nicht eine Transuranic-Verschwendung, hat eine lange Halbwertzeit von 32,760 Jahren und ist ein Hauptmitwirkender zur langen Sicht radiotoxicity verausgabten Kernbrennstoffs.

Protactinium 233 wird auf die Neutronfestnahme von Th gebildet. Es weiter entweder verfällt zu Uran 233 oder gewinnt ein anderes Neutron und wandelt sich zum nichtspaltbaren Uran 234 um. Papa hat eine relativ lange Halbwertzeit von 27 Tagen und hohe böse Abteilung für die Neutronfestnahme (das so genannte "Neutrongift"). So, anstatt zum nützlichen U schnell zu verfallen, wandelt sich ein bedeutender Bruchteil des Papas zu nichtspaltbaren Isotopen um und verbraucht Neutronen, die Reaktorleistungsfähigkeit erniedrigend. Um das zu vermeiden, wird Papa aus der aktiven Zone des Thoriums geschmolzene Salz-Reaktoren während ihrer Operation herausgezogen, so dass es nur zu U verfällt. Das wird mit mehrere Meter hohen Säulen des geschmolzenen Wismuts mit darin aufgelöstem Lithium erreicht. In einem vereinfachten Drehbuch reduziert Lithium auswählend Protactinium-Salze auf Protactinium-Metall, das dann aus dem Zyklus des geschmolzenen Salzes herausgezogen wird, und Wismut bloß ein Transportunternehmen ist. Es wird wegen seines niedrigen Schmelzpunkts (271 °C), niedriger Dampf-Druck, gute Löslichkeit für Lithium und actinides und immiscibility mit geschmolzenen Halogeniden gewählt.

Vorbereitung

Vor dem Advent von Kernreaktoren wurde Protactinium für wissenschaftliche Experimente von Uran-Erzen getrennt. Heutzutage wird es größtenteils als ein Zwischenprodukt der Atomspaltung in Thorium-Reaktoren der hohen Temperatur erzeugt:

Protactinium-Blechkanister, durch die Verminderung seines Fluorids mit dem Kalzium-Fluorid, Lithium oder Barium bei einer Temperatur von 1300-1400 °C bereit sein.

Physische und chemische Eigenschaften

Protactinium ist ein actinide, der im Periodensystem links von Uran und rechts vom Thorium eingestellt wird, und viele seiner physikalischen Eigenschaften zwischen jenen zwei actinides Zwischen-sind. Also, Protactinium ist dichter und starr als Thorium, aber ist leichter als Uran, und sein Schmelzpunkt ist niedriger als dieses des Thoriums und höher als dieses von Uran. Die Thermalvergrößerung, das elektrische und thermische Leitvermögen dieser drei Elemente ist vergleichbar und ist für "schlechte Metalle" typisch. Das geschätzte Schubmodul des Protactiniums ist diesem des Titans ähnlich. Protactinium ist ein Metall mit dem silberfarben-grauen Schimmer, der für einige Zeit in Luft bewahrt wird. Protactinium reagiert leicht mit Sauerstoff, Wasserdampf und Säuren, aber nicht mit alkalischen Metallen.

Bei der Raumtemperatur kristallisiert Protactinium in der Körper - tetragonal Struktur, die als verdrehtes Körper - Kubikgitter betrachtet werden kann; diese Struktur ändert nach der Kompression bis zu 53 GPa nicht. Die Struktur ändert sich zum flächenzentrierten kubisch (fcc) nach dem Abkühlen von der hohen Temperatur an ungefähr 1200 °C. Der Thermalausdehnungskoeffizient der tetragonal Phase zwischen Raumtemperatur und 700 °C ist 9.9 / ° C.

Protactinium ist paramagnetisch, und keine magnetischen Übergänge sind dafür bei jeder Temperatur bekannt. Es wird superleitend bei Temperaturen unter 1.4 K. Protactinium tetrachloride ist bei der Raumtemperatur paramagnetisch, aber wird eisenmagnetisch nach dem Abkühlen zu 182 K.

Protactinium besteht in zwei Hauptoxydationsstaaten, +4 und +5, sowohl in Festkörpern als auch in Lösungen, und die +3 und +2 Staaten wurden in einigen festen Phasen beobachtet. Da die Elektronkonfiguration des neutralen Atoms [Rn] 7s6d5f ist, entspricht der +5 Oxydationsstaat der niedrigen Energie (und so bevorzugt) 5f Konfiguration. Sowohl +4 als auch +5 Staaten bilden leicht Hydroxyd in Wasser mit den vorherrschenden Ionen, die Papa (OH), Papa (OH), Papa (OH) und Papa (OH), alle farblos sind. Andere bekannte Protactinium-Ionen schließen PaCl, PaSO, PaF, PaF, PaF, PaF und PaF ein.

Chemische Zusammensetzungen

Hier sind a, b und c Gitter-Konstanten in picometers, Nicht ist Raumgruppenzahl, und Z ist die Zahl von Formel-Einheiten pro Einheitszelle; fcc tritt für die flächenzentrierte Kubiksymmetrie ein. Dichte wurde direkt nicht gemessen, aber hat von den Gitter-Rahmen gerechnet.

Oxyde und Sauerstoff enthaltende Salze

Protactinium-Oxyde sind für die Metalloxydation bekannt setzt +2, +4 und +5 fest. Das stabilste ist weißer pentoxide PaO, der durch das Anzünden des Protactiniums (V) Hydroxyd in Luft bei einer Temperatur von 500 °C erzeugt werden kann. Seine Kristallstruktur ist kubisch, und die chemische Zusammensetzung ist häufig nichtstochiometrisch, als PaO beschrieben. Eine andere Phase dieses Oxyds mit der orthorhombic Symmetrie ist auch berichtet worden. Das schwarze Dioxyd PaO wird beim pentoxide durch das Reduzieren davon an 1550 °C mit Wasserstoff erhalten. Es ist entweder in verdünnten oder in konzentrierten salzsauren Stickstoff- oder Schwefelsäuren nicht sogleich auflösbar, aber löst sich leicht in hydrofluoric Säure auf. Das Dioxyd kann zurück zu pentoxide durch die Heizung in der Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre zu 1100 °C umgewandelt werden. Das Monoxyd PaO ist nur als ein dünner Überzug auf Protactinium-Metall, aber nicht in einer isolierten Hauptteil-Form beobachtet worden.

Protactinium-Formen haben binäre Oxyde mit verschiedenen Metallen gemischt. Mit alkalischen Metallen A haben die Kristalle eine chemische Formel APaO und perovskite Struktur, oder APaO und verdrehte Steinsalz-Struktur oder APaO wo Sauerstoff-Atome für ein sechseckiges Ende-gepacktes Gitter. In allen diesen Materialien sind Protactinium-Ionen koordinierter octahedrally. Pentoxide PaO verbindet mit Selten-Erdmetalloxyden RO, um verschiedene nichtstochiometrische Mischoxyde auch der perovskite Struktur zu bilden.

Protactinium-Oxyde sind grundlegend; sie wandeln sich leicht zu Hydroxyd um und können verschiedene Salze, wie Sulfate, Phosphate, Nitrate usw. bilden. Das Nitrat ist gewöhnlich weiß, aber kann wegen der radiolytic Zergliederung braun sein. Die Heizung des Nitrats in Luft an 400 °C wandelt es zum weißen Protactinium pentoxide um. Der polytrioxophosphate Papa (PO) kann erzeugt werden, indem er difluoride Sulfat PaFSO mit phosphoriger Säure (HPO) unter der trägen Gasatmosphäre reagiert. Heizung des Produktes zu ungefähr 900 °C beseitigt die Reaktionsnebenprodukte wie Hydrofluoric-Säure, Schwefel-Trioxid und phosphoriges Anhydrid. Die Heizung zu höheren Temperaturen in einer trägen Atmosphäre zersetzt Papa (PO) in diphosphate PaPO, der diphosphates anderen actinides analog ist. Im diphosphate bilden die PO Gruppen Pyramiden der C Symmetrie. Die Heizung von PaPO in Luft zu 1400 °C zersetzt es in den pentoxides von Phosphor und Protactinium.

Halogenide

Protactinium (V) Fluorid-Formen weiße Kristalle, wo Protactinium-Ionen in fünfeckigem bipyramids eingeordnet und durch 7 andere Ionen koordiniert werden. Die Koordination ist dasselbe im Protactinium (V) Chlorid, aber die Farbe ist gelb. Die Koordination ändert sich zu octahedral ins braune Protactinium (V) Bromid und ist für das Protactinium (V) iodide unbekannt. Die Protactinium-Koordination in seinem ganzen tetrahalides ist 8, aber die Einordnung ist antiprismatisch im Protactinium (IV) Fluorid und dodecahedral im Chlorid und Bromid quadratisch. Braunes Protactinium (III) ist iodide berichtet worden, wo Protactinium-Ionen in einem bicapped trigonal prismatische Einordnung 8 koordiniert werden.

Protactinium (V) Fluorid und Protactinium (V) Chlorid hat eine polymere Struktur der monoklinen Symmetrie. Dort, innerhalb einer polymerer Kette, liegen alle Halogenid-Atome in einem einem Grafit ähnlichem Flugzeug und bilden planares Pentagon um die Protactinium-Ionen. Die Koordination 7 des Protactiniums entsteht aus den 5 Halogenid-Atomen und zwei Obligationen zu Protactinium-Atomen, die den nahe gelegenen Ketten gehören. Diese Zusammensetzungen leicht hydrolyze in Wasser. Der pentachloride schmilzt an 300 °C und Sublimat bei noch niedrigeren Temperaturen.

Protactinium (V) kann Fluorid durch das Reagieren von Protactinium-Oxyd entweder mit Brom pentafluoride oder mit Brom trifluoride an ungefähr 600 °C und Protactinium (IV) bereit sein Fluorid wird beim Oxyd und einer Mischung des Wasserstoff- und Wasserstofffluorids an 600 °C erhalten; ein großes Übermaß an Wasserstoff ist erforderlich, atmosphärische Sauerstoff-Leckstellen in die Reaktion zu entfernen.

Protactinium (V) Chlorid ist durch das Reagieren von Protactinium-Oxyd mit Kohlenstoff tetrachloride bei der Temperatur von 200-300 °C bereit. Die Nebenprodukte (wie PaOCl) werden durch die Bruchsublimierung entfernt. Die Verminderung des Protactiniums (V) Chlorid mit Wasserstoff an ungefähr 800 °C gibt Protactinium (IV) Chlorid - ein gelbgrüner Festkörper der Subkalke im Vakuum an 400 °C nach; es kann auch direkt beim Protactinium-Dioxyd durch das Behandeln davon mit Kohlenstoff tetrachloride an 400 °C erhalten werden.

Protactinium-Bromide werden durch die Handlung des Aluminiumbromids, Wasserstoffbromids, Kohlenstoff tetrabromide oder eine Mischung des Wasserstoffbromids und thionyl Bromids auf Protactinium-Oxyd erzeugt. Eine alternative Reaktion ist zwischen dem Protactinium pentachloride und Wasserstoffbromid oder thionyl Bromid. Protactinium (V) hat Bromid zwei ähnliche monokline Formen, einer wird durch die Sublimierung an 400-410 °C und einem anderen durch die Sublimierung bei der ein bisschen niedrigeren Temperatur von 390-400 °C erhalten.

Protactinium iodides ergibt sich aus den Oxyden und dem Aluminium iodide oder dem Ammonium iodide geheizt zu 600 °C. Protactinium (III) iodide wurde durch die Heizung des Protactiniums (V) iodide im Vakuum erhalten. Als mit Oxyden bildet Protactinium Mischhalogenide mit alkalischen Metallen. Unter denjenigen, am bemerkenswertesten ist NaPaF, wo Protactinium-Ion durch 8 F Ionen symmetrisch umgeben wird, die einen fast vollkommenen Würfel bilden.

Kompliziertere Protactinium-Fluoride sind auch wie PaF und dreifältige Fluoride der Typen MPaF (M = Li, Na, K, Rb, Cs oder NH), MPaF (M = K, Rb, Cs oder NH) und MPaF (M = Li, Na, Rb, Cs), ganzer bekannt, weiße kristallene Festkörper seiend. Die Formel von MPaF kann als eine Kombination von MF und PaF vertreten werden. Diese Zusammensetzungen können durch das Abdampfen einer hydrofluoric sauren Lösung erhalten werden, die diese beide Komplexe enthält. Für das kleine Alkali cations wie Na ist die Kristallstruktur tetragonal, wohingegen es zu orthorphombic für größeren cations K, Rb, Cs oder NH sinkt. Eine ähnliche Schwankung wurde für die Fluoride von MPaF beobachtet, nämlich die Kristallsymmetrie war vom cation abhängig und hat sich für CsPaF und MPaF (M = K, Rb oder NH) unterschieden.

Andere anorganische Zusammensetzungen

Oxyhalides und oxysulfides des Protactiniums sind bekannt. PaOBr ließ eine monokline Struktur Einheiten der doppelten Kette zusammensetzen, wo Protactinium Koordination 7 hat und in fünfeckigen bipyramids eingeordnet wird. Die Ketten werden durch Sauerstoff- und Brom-Atome miteinander verbunden, und jedes Sauerstoff-Atom ist mit drei Papa-Atomen verbunden. PaOS ist ein hellgelber unvergänglicher Festkörper mit einem Kubikkristallgitter isostructural zu diesem anderer actinide oxysulfides. Es wird durch das Reagieren des Protactiniums (V) Chlorid mit einer Mischung des Wasserstoffsulfids und Kohlenstoff-Disulfids an 900 °C erhalten.

In hydrides und Nitriden hat Protactinium einen niedrigen Oxydationsstaat von ungefähr +3. Der hydride wird durch die direkte Handlung von Wasserstoff auf dem Metall an 250 °C erhalten, und das Nitrid ist ein Produkt von Ammoniak und Protactinium tetrachloride oder pentachloride. Dieser hellgelbe Festkörper ist zur Heizung zu 800 °C im Vakuum stabil. Protactinium-Karbid PaC wird durch die Verminderung des Protactiniums tetrafluoride mit Barium in einem Kohlenstoff-Schmelztiegel bei einer Temperatur von ungefähr 1400 °C gebildet. Protactinium bildet borohydrides, die Papa (BH) einschließen. Es hat eine ungewöhnliche polymere Struktur mit spiralenförmigen Ketten, wo das Protactinium-Atom Koordinationszahl 12 hat und durch sechs BH Ionen umgeben wird.

Organometallic vergleicht sich

Protactinium (IV) Formen ein vierflächiger Komplex tetrakis (cyclopentadienyl) Protactinium (IV) (oder Papa (CH)) mit vier Cyclopentadienyl-Ringen, die durch das Reagieren des Protactiniums (IV) Chlorid mit dem geschmolzenen synthetisiert werden können (CH) Sein. Ein Ring kann mit einem Halogenid-Atom eingesetzt werden. Ein anderer organometallic Komplex ist golden-gelber bis (π-cyclooctatetraene) Protactinium, Papa (CH), der in der Struktur uranocene analog ist. Dort wird das Metallatom zwischen zwei cyclooctatetraene ligands eingeschoben. Ähnlich uranocene kann es durch das Reagieren des Protactiniums tetrachloride mit dipotassium cyclooctatetraenide, KCH in tetrahydrofuran bereit sein.

Isotope

Neunundzwanzig Radioisotope des Protactiniums sind entdeckt, am stabilsten worden, Papa mit einer Halbwertzeit von 32,760 Jahren, Papa mit einer Halbwertzeit von 27 Tagen und Papa mit einer Halbwertzeit von 17.4 Tagen seiend. Alle restlichen Isotope haben Halbwertzeiten kürzer als 1.6 Tage, und die Mehrheit von diesen hat Halbwertzeiten weniger als 1.8 Sekunden. Protactinium hat auch zwei Kernisomers, Papa (Halbwertzeit 1.2 Millisekunden) und Papa (Halbwertzeit 1.17 Minuten).

Die primäre Zerfall-Weise für Isotope des Protactiniums leichter als (und einschließlich) der stabilste Isotop-Papa (d. h., Papa dem Papa) sind Alpha-Zerfall, und die primäre Weise für die schwereren Isotope (d. h., Papa dem Papa) ist Beta-Zerfall. Die primären Zerfall-Produkte von Isotopen des Protactiniums leichter als (und einschließlich) Papa ist Actinium-Isotope, und die primären Zerfall-Produkte für die schwereren Isotope des Protactiniums sind Uran-Isotope.

Anwendungen

Obwohl Protactinium im Periodensystem zwischen Uran und Thorium gelegen wird, das, sowohl zahlreiche Anwendungen, infolge seiner Knappheit, hoher Radioaktivität als auch hoher Giftigkeit zu haben, es zurzeit keinen Gebrauch für das Protactinium außerhalb der wissenschaftlichen Forschung gibt.

Protactinium 231 entsteht aus dem Zerfall von Uran 235 gebildete in Kernreaktoren, und durch die Reaktion Th + n  Th + 2n und nachfolgenden Beta-Zerfall. Es kann eine Kernkettenreaktion unterstützen, die im Prinzip verwendet werden konnte, um Kernwaffen zu bauen. Der Physiker Walter Seifritz hat einmal die verbundene kritische Masse als 750±180 Kg geschätzt, aber diese Möglichkeit (einer Kettenreaktion) ist durch andere Kernphysiker seitdem ausgeschlossen worden.

Mit dem Advent von hoch empfindlichen Massenspektrometern, einer Anwendung des Papas weil ist ein Leuchtspurgeschoss in der Geologie und paleoceanography möglich geworden. Also, das Verhältnis des Protactiniums 231 zum Thorium 230 wird für radiometric Datierung von Bodensätzen verwendet, die bis zu 175,000 Jahre alt und im Modellieren der Bildung von Mineralen sind. Insbesondere seine Einschätzung in ozeanischen Bodensätzen hat erlaubt, die Bewegungen von Nordatlantikwasserkörpern während des letzten Schmelzens von Eiszeit-Gletschern wieder aufzubauen. Einige der Protactinium-zusammenhängenden datierenden Schwankungen verlassen sich auf die Analyse der Verhältniskonzentrationen für mehrere lange lebende Mitglieder der Uran-Zerfall-Kette - Uran, Thorium und Protactinium zum Beispiel. Diese Elemente haben 6, 5 und 4 F-Elektronen in der Außenschale und bevorzugen so +6, +5 und +4 Oxydationsstaaten beziehungsweise, und zeigen verschiedene physische und chemische Eigenschaften. Also, Thorium und Protactinium, aber nicht Uran-Zusammensetzungen sind in wässrigen Lösungen schlecht auflösbar, und in Bodensätze jäh hinabstürzend; die Niederschlag-Rate ist für das Thorium schneller als für das Protactinium. Außerdem erlaubt die Konzentrationsanalyse für beides Protactinium 231 (Halbwertzeit 32,750 Jahre) und Thorium 230 (Halbwertzeit 75,380 Jahre), die Genauigkeit im Vergleich dazu zu verbessern, wenn nur ein Isotop gemessen wird; diese Methode des doppelten Isotops ist auch zu Inhomogenitäten im Raumvertrieb der Isotope und zu Schwankungen in ihrer Niederschlag-Rate schwach empfindlich.

Vorsichtsmaßnahmen

Protactinium ist sowohl toxisch als auch hoch radioaktiv, und so werden alle Manipulationen damit in einer gesiegelten Handschuhschachtel durchgeführt. Sein Hauptisotop-Papa hat eine spezifische Tätigkeit von 0.048 Ci/gram und strahlt in erster Linie Alphateilchen der Energie 5 MeV aus, die durch eine dünne Schicht jedes Materials angehalten werden können. Jedoch verfällt es langsam mit der Halbwertzeit von 32,760 Jahren in Ac, der eine spezifische Tätigkeit von 74 Ci/gram hat, sowohl Alpha als auch Beta-Radiation ausstrahlt, und eine viel kürzere Halbwertzeit von 22 Jahren hat. Ac verfällt abwechselnd in leichtere Isotope mit noch kürzeren Halbwertzeiten und viel größeren spezifischen Tätigkeiten (SA), wie zusammengefasst, im Tisch unten.

Da Protactinium in kleinen Beträgen in den meisten natürlichen Produkten und Materialien da ist, wird es mit dem Essen oder Wasser aufgenommen und mit Luft eingeatmet. Nur ungefähr 0.05 % des aufgenommenen Protactiniums werden mit dem Blut vereinigt, und der Rest ist excreted. Vom Blut, ungefähr 40 % des Protactiniums

Ablagerungen in den Knochen, ungefähr 15 % gehen zur Leber, 2 % zu den Nieren, und der Rest verlässt den Körper. Die biologische Halbwertzeit des Protactiniums ist ungefähr 50 Jahre in den Knochen, wohingegen in anderen Organen die Kinetik einen schnellen und langsamen Bestandteil hat. So in der Leber haben 70 % des Protactiniums eine Halbwertzeit von 10 Tagen, und 30 % bleiben seit 60 Tagen. Die entsprechenden Werte für Nieren sind 20 % (10 Tage) und 80 % (60 Tage). In allen diesen Organen fördert Protactinium Krebs über seine Radioaktivität. Die maximale sichere Dosis des Papas im menschlichen Körper ist 0.03 µCi, der 0.5 Mikrogrammen des Papas entspricht. Dieses Isotop ist 2.5mal toxischer als Blausäure. Die maximalen erlaubten Konzentrationen des Papas in der Luft sind 3 Bq/m.

Bibliografie

Links