Protactinium
Inhoudsopgave
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
| 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
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.
| Nummer | Naam | Symbool | Atoommassa (u) | Abundantie (%) |
|---|---|---|---|---|
| 91 | Proactinium | 231 Pa | 231,035879 | 100 |
Radioisotopen
| 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
