periodiek systeem

Protactinium

Herkomst woord

Het woord protactinium komt van het Griekse woord “protos” dat eerste betekent en actinium. In feit is het de “ouder van actinium”: actinium is het verval product dat ontstaat uit het radioactieve verval van protactinium.

Chemische gegevens

 

Tabel 1 – gegevens element Protactinium
Symbool Pa
Volledige naam Protactinium
Atoomnummer 91
Atoommassa (g.mol-1) 231,036
Groep Actiniden
Elektronegativiteit (Pauling) 1,5
Dichtheid (g.cm-3 bij 20 °C) 15,37
Smeltpunt (°C) 1568
Kookpunt (°C) 4027
Vanderwaalstraal (nm) 0,163
Ionstraal (nm)
Isotopen 29
Elektronen per schil 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
Elektronenconfiguratie [Rn]5f26d17s2
Eerste ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) 568
Tweede ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 )
Derde ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 )
Standaard potentiaal (V)
Ontdekt door Otto Hahn en Lise Metner in 1917, voorspeld door Mendeleev in 1869

 

Ontdekking

Het bestaan van protactinium werd in 1871 voor Dmitri Mendeleev voorspeld. De ontdekking wordt toegeschreven aan Otto Hahn en Lise Meitner die in 1917 een ander isotoop van protactinium, 231 Pa, ontdekten. Pas in 1934 werd het element door Aristid von Grosse geïsoleerd.

Bohr-Rutherford diagram

Elektronenschilconfiguratie 91 Protactinium
Elektronenschilconfiguratie 91 Protactinium

Eigenschappen van protactinium

Als een metaal is protactinium zilvergrijs van kleur met een heldere metaalglans die het enige tijd aan de lucht blootgesteld behoudt. Bij temperaturen < 1,5 K is het supergeleidend. Protactinium reageert gemakkelijk met zuurstof, waterdamp en anorganische zuren en zo verschillende verbindingen te vormen. Sommige verbindingen zijn gekleurd.

In samengestelde vorm is protactinium het meest stabiel in oxidatietoestand +5. Maar ook de oxidatietoestanden +4, +3 en +2 komen voor. In een oplossing hydrolyseert de +5 vorm snel met hydroxide ionen om zo oplosbare of onoplosbare vaste stoffen van het hydroxide-oxide te vormen. Deze vaste stoffen hebben de neiging om te hechten aan de oppervlaktes van de vatten waarin te zich bevinden.

Het element is een gevaarlijke, zeer radioactieve alpha emitter en het vereist voorzorgsmaatregelen die vergelijkbaar zijn met die bij het hanteren van plutonium.

Bronnen van protactinium

Protactinium is een van de zeldzaamste van nature voorkomende elementen. In de aardkorst worden slechts enkele delen per biljoen gevonden. Deze zeldzaamheid maakt het een van de duurste natuurlijke elementen.

Het kan in iets grotere aantallen van enkele delen per miljoen (ppm) worden aangetroffen in sommige uraninietafzettingen. Ertsen uit de Democratische Republiek Congo bevatten ongeveer 3 ppm proactinium.

In 1959 en 1961 extraheerde de Great Britain Atomic Energy Authority 125 gram protactinium met een zuiverheid van 99,9%. Deze hoeveelheid was afkomstig van 60 ton afvalmateriaal. Het zuiveren kostte ongeveer 500.000 euro. Dit was gedurende verschillende jaren de enige voorraad ter wereld van dit metaal. Momenteel wordt protactinium voornamelijk geëxtraheerd uit gebruikte nucleaire brandstof.

Toepassingen van protactinium

Vanwege zijn schaarste, hoge toxiciteit en hoge radioactiviteit heeft protactinium momenteel geen andere praktische toepassingen dan fundamenteel wetenschappelijk onderzoek.

Isotopen

Protactinium heeft 29 radioactieve isotopen. Al het in de natuur voorkomende protactinium is 231Pa. Dit heeft een halfwaardetijd van 32.000 jaar en het is een alpha emitter die ontstaat uit het verval van 235 U. Andere vervalproducten van uranium produceren isotopen van protactinium. Bijna al het 238 U (99,8%) vervalt eerst tot het 234m Pa isomeer en daarna tot 234 Pa.

Tabel 2 – natuurlijke isotopen en abundanties
Nummer Naam Symbool Atoommassa (u) Abundantie (%)
91 Proactinium 231 Pa 231,035879 100

Radioisotopen

Tabel 3 – radioisotopen element protactinium
Nuclide Isotopische massa (u) Halveringstijd
212Pa 212,02320 8 ms
213Pa 213,02111 7 ms
214Pa 214,02092 17 ms
215Pa 215,01919 14 ms
216Pa 216,01911 105 ms
217Pa 217,01832 3,48 ms
218Pa 218,02004 0,113 ms
219Pa 219,01988 53 ns
220Pa 220,02188 780 ns
222Pa 222,02374 3,2 ms
223Pa 223,02396 5,1 ms
224Pa 224,02562 844 ms
225Pa 225,02613 1,7 s
226Pa 226,02794 1,8 min
227Pa 227,02880 38,3 min
228Pa 228,03105 22 uur
229Pa 229,03209 1,50 dagen
230Pa 230,03454 17,4 dagen
231Pa 231,03588 3,276 * 104 jaar
232Pa 232,03859 1,31 dagen
233Pa 233,04024 26,975 dagen
234Pa 234,04330 6,70 uur
235Pa 235,04544 24,44 min
236Pa 236,04868 9,1 min
237Pa 237,05115 8,7 min
238Pa 238,05450 2,27 min
239Pa 239,05726 1,8 uur
240Pa 240,06098 2 min

Spectra

Absorptiespectrum

Emissiespectrum