Protaktinium

Protaktinium
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
Není-li uvedeno jinak, jsou použity; jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).

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

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