Protactinium

Protactinium
91 Pa
Pr ↑ Pennsylvanie ↓ (Uqt) Tableau p??riodique thorium ← → protactinium uranium
Apparence
lustre m??tallique brillant, argent??
Propri??t??s g??n??rales
Nom, symbole, nombre	protactinium, Pa, 91
Prononciation	/ ˌ p r oʊ t ?? k t ɪ n Je ə m / PROH -tak- TIN -ee-əm
??l??ment Cat??gorie	actinides
Groupe, p??riode, bloc	n / a, 7, fa
Poids atomique standard	231,03588
Configuration ??lectronique	[ Rn ] 5f 2 6d 1 7s 2 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
Histoire
Pr??diction	Dmitri Mendeleev (1869)
D??couverte	William Crookes (1900)
Premier isolement	William Crookes (1900)
Nomm?? par	Otto Hahn et Lise Meitner (1917-8)
Propri??t??s physiques
Phase	solide
Densit?? (?? proximit?? rt)	15,37 g ?? cm -3
Point de fusion	1841 K , 1568 ?? C, 2854 ?? F
Point d'??bullition	? 4300 K,? 4027 ?? C,? 7280 ?? F
La chaleur de fusion	1 2 3 4 kJ ?? mol -1
Chaleur de vaporisation	481 kJ ?? mol -1
Propri??t??s atomiques
??tats d'oxydation	2, 3, 4, 5 (Faiblement oxyde de base)
??lectron??gativit??	1,5 (??chelle de Pauling)
??nergies d'ionisation	1er: 568 kJ ?? mol -1
Rayon atomique	163 h
Rayon covalente	200 h
Miscellan??es
Crystal structure	quadrilat??re
Ordre magn??tique	paramagn??tique
R??sistivit?? ??lectrique	(0 ?? C) 177 nΩ ?? m
Conductivit?? thermique	47 W ?? m -1 ?? K -1
Num??ro de registre CAS	7440-13-3
La plupart des isotopes stables
Article d??taill??: Isotopes du protactinium
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP 229 Pa syn 1,5 d ε 0,311 229 Th 230 Pa syn 17,4 d ε 1,310 230 Th 231 Pa ~ 100% 3,276 x 10 4 y α 5,150 227 Ac 232 Pa syn 1,31 d β - 1,337 232 U 233 Pa trace 26,967 d β - 0,5701 233 U 234 m Pa trace 1,17 min β - 2,29 234 U 234 Pa trace 6,75 h β - 2,195 234 U

Protactinium est un ??l??ment chimique avec le symbole Pa et de num??ro atomique 91. Ce est un m??tal gris argent?? dense qui r??agit facilement avec l'oxyg??ne , la vapeur d'eau et inorganiques acides . Il forme divers compos??s chimiques o?? protactinium est habituellement pr??sent dans l' ??tat d'oxydation 5, mais peut aussi prendre quatre et m??me deux ou trois ??tats. Les concentrations moyennes de protactinium dans la cro??te terrestre est typiquement de l'ordre de quelques parties par billion, mais peuvent atteindre jusqu'?? quelques parties par million dans certains gisements de minerai uraninite. En raison de sa raret??, radioactivit?? ??lev??e et de haute toxicit??, il n'y a actuellement aucun utilisations pour le protactinium en dehors de la recherche scientifique, et ?? cet effet, le protactinium est principalement extraites de pass?? combustible nucl??aire.

Protactinium a ??t?? identifi?? en 1913 par Kasimir et Fajans Oswald Helmuth G??hring et nomm?? Brevium raison de la courte demi-vie du sp??cifique isotopes ??tudi??s, ?? savoir protactinium-234. Un isotope plus stable ⁽²³¹ Pa) de protactinium a ??t?? d??couvert en 1917-1918 par Otto Hahn et Lise Meitner, et ils ont choisi le nom proto-actinium, mais le UICPA nomm?? finalement Protactinium en 1949 et confirm?? Hahn et Meitner comme d??couvreurs. Le nouveau nom signifie ??m??re de l'actinium ??et refl??te le fait que l'actinium est un produit de la d??sint??gration radioactive du protactinium.

La plus longue dur??e de vie et le plus abondant (pr??s de 100%) d'origine naturelle isotopique du protactinium, protactinium-231, a une demi-vie de 32760 ann??es et est un produit de d??sint??gration du uranium-235. Beaucoup plus faibles traces de la courte dur??e de vie isom??re nucl??aire protactinium 234m se produisent dans la cha??ne de d??sint??gration de l'uranium-238. Protactinium-233 r??sulte de la d??sint??gration de thorium -233 dans le cadre de la cha??ne d'??v??nements utilis??s pour produire l'uranium 233 par irradiation neutronique de thorium-232. Il repose-thorium est un produit interm??diaire d??sir?? dans r??acteurs nucl??aires et est donc retir??s de la zone active du r??acteur pendant le processus de reproduction. L'analyse des concentrations relatives des diff??rents uranium, le thorium et le protactinium isotopes dans l'eau et les min??raux est utilis?? dans datation radiom??trique des s??diments qui sont jusqu'?? 175.000 ans et dans la mod??lisation de divers processus g??ologiques.

Histoire

En 1871, Dmitri Mendele??ev pr??dit l'existence d'un ??l??ment entre le thorium et l'uranium . Le groupe d'??l??ment actinide ne ??tait pas connu ?? l'??poque. Par cons??quent, l'uranium a ??t?? positionn?? au-dessous de tungst??ne , le zirconium et le thorium en dessous, en laissant l'espace vide au-dessous de tantale, et jusqu'aux ann??es 1950 tableaux p??riodiques ont ??t?? publi??s avec cette structure. Pendant longtemps les chimistes cherch?? eka-tantale comme un ??l??ment avec des propri??t??s chimiques similaires que le tantale, faire une d??couverte de protactinium presque impossible.

En 1900, William Crookes isol?? protactinium comme mat??riau fortement radioactive de l'uranium; Toutefois, il ne pouvait pas caract??riser comme un nouvel ??l??ment chimique et ainsi nomm?? il uranium-X. Crookes dissous nitrate d'uranium dans de l'??ther , la phase aqueuse r??siduelle contient plus de 234
90 e et 234
91 Pa. Sa m??thode ??tait encore utilis?? dans les ann??es 1950 pour isoler 234
90 e et 234
91 Pa ?? partir de compos??s d'uranium. Protactinium a ??t?? identifi?? pour la premi??re en 1913, lorsque Kasimir Fajans et Oswald Helmuth G??hring rencontr??s l'isotope ²³⁴ Pa pendant leurs ??tudes des cha??nes de d??sint??gration de l'uranium-238: 238
92 U → 234
90 Th → 234
91 Pa → 234
92 U. Ils ont appel?? le nouvel ??l??ment Brevium (du mot latin, brevis, ce qui signifie br??ve ou court) en raison de sa courte demi-vie, 6,7 heures pour 234
91 Pa. En 1917-1918, deux groupes de scientifiques, Otto Hahn et Lise Meitner de l'Allemagne et Frederick Soddy et John Cranston de Grande-Bretagne , ont d??couvert ind??pendamment un autre isotope du protactinium, ²³¹ Pa avoir beaucoup plus longue demi-vie d'environ 32000 ann??es. Ainsi le nom a ??t?? chang?? pour Brevium protoactinium que le nouvel ??l??ment faisait partie de la cha??ne de d??sint??gration de l'uranium-235 avant l'actinium (du grec : πρῶτος = protos signifiant premier, avant). Pour faciliter la prononciation, le nom a ??t?? raccourci ?? protactinium par le IUPAC en 1949. La d??couverte de protactinium a termin?? la derni??re lacune dans les premi??res versions du tableau p??riodique, propos?? par Mendeleev en 1869, et il a apport?? ?? la gloire des scientifiques impliqu??s.

Aristide von Grosse produit deux milligrammes de Pa ₂ O ₅ en 1927, et en 1934 la premi??re protactinium ??l??mentaire isol??e de 0,1 milligrammes de Pa ₂ O _5. Il a utilis?? deux m??thodes diff??rentes: dans la premi??re, l'oxyde protactinium a ??t?? irradi?? par des ??lectrons 35 keV dans le vide. Dans un autre proc??d??, appel?? le van Arkel processus-de Boer, l'oxyde a ??t?? chimiquement converti en un halog??nure ( chlorure, bromure ou iodure) et ensuite r??duit dans un vide, un filament m??tallique chauff?? ??lectriquement:

2 PAI ₅ → 2 + 5 Pa I ₂

En 1961, les Britanniques Autorit?? de l'??nergie atomique (UKAEA) a produit 125 grammes de 99,9% protactinium pur en traitant 60 tonnes de d??chets dans un processus en 12 ??tapes, ?? un co??t d'environ 500 000 USD. Pendant de nombreuses ann??es, ce ne ??tait que l'offre importante au monde de protactinium, qui a ??t?? fourni ?? diff??rents laboratoires pour des ??tudes scientifiques. Oak Ridge National Laboratory aux ??tats-Unis fournit actuellement protactinium ?? un co??t d'environ 280 USD / gramme.

1869 tableau p??riodique de Mendele??ev avec un ??cart pour protactinium sur la rang??e du bas du tableau, entre le thorium et l'uranium

Occurrence

Protactinium est l'un des ??l??ments les plus rares et les plus ch??res d'origine naturelle. Il se trouve sous la forme de deux isotopes - ²³¹ Pa et ²³⁴ Pa, avec l'isotope ²³⁴ Pa se produisant dans deux ??tats d'??nergie diff??rents. Presque tous protactinium naturel est protactinium-231. C'est un alpha ??metteur et est form?? par la d??sint??gration de l'uranium-235, tandis que le beta rayonnant protactinium-234 est produite ?? la suite de la d??sint??gration de l'uranium-238 . Presque tout l'uranium-238 (99,8%) se d??sint??gre d'abord au ^234m Pa isom??re.

Protactinium se produit dans uraninite (pechblende) ?? des concentrations de l'ordre de 0,3 ?? 3 ²³¹ pi??ces par an et par million de parties (ppm) de minerai. Consid??rant que la teneur habituelle est plus proche de 0,3 ppm (par exemple dans J??chymov, R??publique tch??que ), certains minerais de la R??publique d??mocratique du Congo ont environ 3 ppm. Protactinium est dispers?? de mani??re homog??ne dans la plupart des mat??riaux naturels et dans l'eau, mais ?? des concentrations beaucoup plus faibles de l'ordre de une partie par billion, qui correspond ?? la radioactivit?? de 0,1 picocuries (PCI) / g. Il est d'environ 500 fois plus protactinium dans les particules du sol de sable que dans l'eau, m??me l'eau pr??sente dans le m??me ??chantillon de sol. Des rapports beaucoup plus ??lev??s de 2000 et ci-dessus sont mesur??es en sols limoneux et argiles, comme bentonite.

Dans les r??acteurs nucl??aires

Deux principaux isotopes de protactinium, ²³¹ Pa et ²³³ Pa, sont produits ?? partir de thorium dans r??acteurs nucl??aires; les deux sont ind??sirables et sont habituellement retir??s, ce qui accro??t la complexit?? de la conception et le fonctionnement du r??acteur. En particulier, par l'interm??diaire de ²³² Th (n, 2 n) produit des r??actions ²³¹ Th qui rapidement (demi-vie 25,5 heures) se d??sint??gre en ²³¹ Pa. Le dernier isotope, alors que pas un d??chet transuraniens, a une longue demi-vie de 32760 ann??es et est un contributeur majeur ?? long terme radiotoxicit?? du combustible nucl??aire us??.

Protactinium-233 est form??e sur la capture de neutrons par ²³² Th. Il a en outre soit se d??sint??gre ?? l'uranium-233 ou une autre capture neutronique et convertit dans le non-fissile de l'uranium-234. ²³³ Pa a une demi-vie relativement longue de 27 jours et haute section efficace de capture de neutrons (ce qu'on appelle le " poison neutronique "). Ainsi, au lieu de la d??composition rapide de l'utile ²³³ U, une fraction significative de ²³³ Pa convertit en isotopes non fissiles et consomme neutrons, d??gradant l'efficacit?? du r??acteur. Pour ??viter cela, Pa ²³³ est extrait de la zone active de thorium r??acteurs ?? sels fondus, pendant leur fonctionnement, de sorte qu'il se d??sint??gre ?? seulement ²³³ U. Ceci est r??alis?? au moyen de plusieurs m??tres de hauteur des colonnes de liquide de bismuth avec du lithium dissous. Dans un sc??nario simplifi??, le lithium r??duit s??lectivement les sels d'protactinium ?? protactinium m??tallique qui est ensuite extrait du cycle de sel fondu, et le bismuth est simplement un support. Il est choisi en raison de son faible point de fusion (271 ?? C), faible pression de vapeur, une bonne solubilit?? pour le lithium et les actinides, et non miscibilit?? avec fusion halog??nures.

Pr??paration

Protactinium se produit dans minerais uraninite.

Avant l'av??nement des r??acteurs nucl??aires, protactinium a ??t?? s??par??e pour des exp??riences scientifiques ?? partir de minerais d'uranium. Aujourd'hui, il est surtout produit comme un produit interm??diaire de la fission nucl??aire en thorium r??acteurs ?? haute temp??rature:

Les temps sont des demi-vies.

Protactinium m??tal peut ??tre pr??par?? par r??duction de son fluorure avec le fluorure de calcium, de lithium ou de baryum ?? une temp??rature de 1300-1400 ?? C.

PROPRIETES physiques et chimiques

Protactinium est un actinide , qui est positionn??e dans le tableau p??riodique ?? la gauche de l'uranium et ?? droite de thorium , et beaucoup de ses propri??t??s physiques sont interm??diaires entre ces deux actinides. Ainsi, protactinium est plus dense que le thorium et rigide, mais est plus l??ger que l'uranium, et son point de fusion est inf??rieur ?? celui de thorium et plus ??lev??e que celle de l'uranium. La dilatation thermique, conductivit?? ??lectrique et thermique de ces trois ??l??ments sont comparables et sont typiques des m??taux "pauvres". Le estim??e le module de cisaillement de protactinium est similaire ?? celle de titane . Protactinium est un m??tal avec un ??clat de gris argent?? qui est conserv?? pendant un certain temps dans l'air. Protactinium r??agit facilement avec l'oxyg??ne, la vapeur d'eau et des acides, mais pas avec des m??taux alcalins.

A temp??rature ambiante, le protactinium cristallise dans centr??e corps structure t??tragonale qui peut ??tre consid??r?? comme fauss?? r??seau cubique centr??; cette structure ne change pas lors de la compression jusqu'?? 53 GPa. Les changements de structure ?? cubique ?? faces centr??es (cfc) lors du refroidissement des temp??ratures ??lev??es, ?? environ 1200 ?? C. Le coefficient de dilatation thermique de la phase quadratique entre la temp??rature ambiante et 700 ?? C est de 9,9 ?? 10 ^-6 / ?? C.

Protactinium est transitions paramagn??tiques et aucun magn??tiques sont connus pour elle ?? ne importe quelle temp??rature. Il devient supraconducteur ?? des temp??ratures inf??rieures de 1,4 K. Protactinium t??trachlorure est paramagn??tique ?? temp??rature ambiante, mais tours ferromagn??tique apr??s refroidissement ?? 182 K.

Protactinium existe dans deux grands ??tats d'oxydation , 4 et 5, ?? la fois dans les solides et solutions, et les 3 et deux ??tats ont ??t?? observ??s dans certaines phases solides. Comme la configuration ??lectronique de l'atome neutre est [Rn] 7s 6d ^{2 1 2} 5f, l'??tat d'oxydation +5 correspond ?? la faible consommation d'??nergie (et donc favoris??e) 5f ⁰ configuration. Les deux 4 et 5 ??tats forment facilement hydroxydes dans l'eau avec les ions pr??dominants ??tant Pa (OH) ^3+, Pa (OH) 2+
2, Pa (OH) +
3 et Pa (OH) _4, tous incolore. D'autres ions protactinium connus incluent PACL 2+
2, Paso 2+
4, PAF ^3+, 2+ PAF
2, PAF -
6, PAF 2-
7 et PAF 3-
8.

Les compos??s chimiques

Ici, a, b et c sont des constantes r??ticulaires dans picom??tres, n est le num??ro de groupe spatial et Z est le nombre de des unit??s de formule par cellule unitaire; FCC d??signe le face-centr??e sym??trie cubique. La densit?? a ??t?? mesur??e directement, mais pas calcul?? ?? partir des param??tres de maille.

Des oxydes et des sels contenant de l'oxyg??ne

Oxydes Protactinium sont connus pour les ??tats d'oxydation de m??tal 2, 4 et 5. Le plus stable est le pentoxyde de blanc Pa ₂ O _5, qui peut ??tre produit par l'allumage protactinium (V) de l'hydroxyde ?? l'air ?? une temp??rature de 500 ?? C. Sa structure cristalline est cubique, et la composition chimique est souvent non stoechiom??trique, comme d??crit PaO _2,25. Une autre phase de cet oxyde avec une sym??trie orthorhombique a ??galement ??t?? rapport??e. Le dioxyde noir PaO ₂ est obtenu ?? partir du pentoxyde en le r??duisant ?? 1550 ?? C avec de l'hydrog??ne. Il ne est pas non plus ais??ment solubles dans dilu?? ou concentr?? nitrique , chlorhydrique ou l'acide sulfurique , mais facilement dissout dans l'acide fluorhydrique. Le dioxyde peut ??tre reconverti en chauffant du pentoxyde dans une atmosph??re contenant de l'oxyg??ne ?? 1100 ?? C. Le monoxyde PaO n'a ??t?? observ?? comme un rev??tement mince sur protactinium m??tal, mais pas sous une forme en vrac isol??.

formes de protactinium oxydes binaires m??lang??s avec divers m??taux. Avec des m??taux alcalins A, les cristaux ont une formule chimique ₃ APAO et structure de perovskite, ou A ₃ PaO ₄ et la structure de sel gemme d??form??e, ou A ₇ PaO ₆ o?? les atomes d'oxyg??ne pour une hexagonale compacte treillis. Dans tous ces mat??riaux, les ions sont protactinium octa??driquement coordonn??s. Le pentoxyde de Pa ₂ O ₅ se combine avec des terres rares oxydes m??talliques R ₂ O ₃ pour former divers oxydes mixtes non stoechiom??triques, ??galement de structure de perovskite.

Oxydes sont Protactinium de base; ils convertissent facilement en hydroxydes et peuvent former divers sels tels que des sulfates , phosphates, nitrates , etc. Le nitrate est habituellement blanc, mais peuvent ??tre brun en raison de d??composition radiolytique. Le chauffage du nitrate dans l'air ?? 400 ?? C, il se convertit en le protactinium pentoxyde blanc. Le polytrioxophosphate Pa (PO _{3) 4} peut ??tre produit en faisant r??agir du sulfate de difluorure de PAF ₂ SO ₄ avec de l'acide phosphorique (H ₃ PO ₄₎ sous une atmosph??re de gaz inerte. Chauffer le produit ?? environ 900 ?? C permet d'??liminer la r??action des sous-produits tels que l'acide fluorhydrique, le trioxyde de soufre et de l'anhydride phosphorique. Le chauffage ?? des temp??ratures plus ??lev??es dans une atmosph??re inerte d??compose Pa (PO _{3) 4} dans le diphosphate PaP ₂ O _7, qui est analogue ?? diphosphates d'autres actinides. Dans le diphosphate, les groupes PO ₃ forment des pyramides de sym??trie C _2v. Chauffage PaP ₂ O ₇ dans l'air ?? 1400 ?? C se d??compose en des pentoxydes de phosphore et protactinium.

Halog??nures

Protactinium (V) Les formes de fluorure de cristaux blancs o?? les ions protactinium sont dispos??es en bipyramides pentagonales et coordonn?? par sept autres ions. La coordination est la m??me dans le protactinium (V) de chlorure, mais la couleur est jaune. Les changements de coordination octa??drique ?? l'bromure protactinium brun (V) et ne est pas connue pour protactinium (V) d'iodure. La coordination de protactinium dans tous ses t??trahalog??nures est 8, mais l'arrangement est antiprismatique carr?? dans protactinium (IV) fluorure et dod??ca??drique dans le chlorure et le bromure. Protactinium de couleur brune (III) d'iodure a ??t?? rapport?? o?? les ions sont protactinium 8 coordonn??s dans un arrangement trigonale prismatique bicouronn??.

La coordination des protactinium (cercles pleins) et les atomes d'halog??ne (cercles vides) dans le protactinium (V) le fluorure ou le chlorure.

Protactinium (V) et le fluorure protactinium (V) de chlorure ont une structure polym??re d'une sym??trie monoclinique. Il, dans une cha??ne polym??rique, tous les atomes d'halog??nure se situent dans un plan de graphite en forme de pentagones planes et forment autour des ions protactinium. La coordination des 7 protactinium provient des cinq atomes halog??nures et deux liaisons ?? des atomes de protactinium appartenant ?? des cha??nes voisines. Ces compos??s hydrolysent facilement dans l'eau. Le pentachlorure de fond ?? 300 ?? C et se sublime ?? des temp??ratures encore plus basses.

Protactinium (V) le fluorure peut ??tre pr??par?? par r??action d'oxyde de protactinium avec soit pentafluorure de brome ou le trifluorure de brome ?? environ 600 ?? C, et protactinium (IV) fluorure est obtenu ?? partir de l'oxyde et un m??lange d'hydrog??ne et fluorure d'hydrog??ne ?? 600 ?? C; un grand exc??s d'hydrog??ne est n??cessaire pour ??liminer des fuites dans l'atmosph??re d'oxyg??ne dans la r??action.

Protactinium (V) du chlorure est pr??par?? par r??action de l'oxyde de protactinium avec le t??trachlorure de carbone ?? une temp??rature de 200 ?? 300 ?? C. Les sous-produits (tels que PaOCl ₃₎ sont ??limin??s par sublimation fractionn??e. R??duction de protactinium (V) de chlorure avec de l'hydrog??ne ?? environ 800 ?? C donne protactinium (IV) de chlorure - un solide jaune-vert qui se sublime sous vide ?? 400 ?? C; il peut ??galement ??tre obtenu directement ?? partir de dioxyde de protactinium par traitement avec du t??trachlorure de carbone ?? 400 ?? C.

Bromures protactinium sont produits par l'action de le bromure d'aluminium, le bromure d'hydrog??ne, t??trabromure de carbone ou un m??lange de bromure d'hydrog??ne et bromure de thionyle d'oxyde de protactinium. Une r??action alternative est entre protactinium et le pentachlorure de bromure d'hydrog??ne ou du bromure de thionyle. Protactinium (V) de bromure a deux formes monocliniques similaires, on obtient une par sublimation ?? 400 ?? 410 ?? C et l'autre par sublimation ?? une temp??rature l??g??rement inf??rieure de 390 ?? 400 ?? C.

Iodures protactinium r??sultent des oxydes et l'iodure d'aluminium ou l'iodure d'ammonium chauff?? ?? 600 ?? C. Protactinium (III) d'iodure a ??t?? obtenu par chauffage protactinium (V) de l'iodure dans le vide. Comme avec des oxydes, des formes de protactinium m??lang??s halog??nures avec les m??taux alcalins. Parmi ceux-ci, le plus remarquable est Na ₃ PAF ₈ o?? protactinium ion est sym??triquement entour?? par 8 F ^- ions qui forment un cube presque parfait.

Fluorures de protactinium plus complexes sont ??galement connus tels que Pa ₂ F ₉ et fluorures ternaires du type MPAF ₆ (M = Li, Na, K, Rb, Cs ou NH _4), M ₂ PAF ₇ (M = K, Rb, Cs ou NH _{4) 3} et M PAF ₈ (M = Li, Na, Rb, Cs), tous ??tant des solides cristallins blancs. La formule MPAF ₆ peut ??tre repr??sent?? comme une combinaison de MF et ₅ PAF. Ces compos??s peuvent ??tre obtenus par ??vaporation d'une solution d'acide fluorhydrique contenant ces complexes les deux. Pour les petits cations alcalins tels que Na, la structure cristalline t??tragonale est, alors qu'il diminue ?? orthorphombic pour de plus grands cations K ^+, Rb ^+, Cs ⁺ ou NH ₄ ^+. Une variation similaire a ??t?? observ??e pour les _deux M PAF ₇ fluorures, ?? savoir la sym??trie du cristal ??tait d??pendante du cation et diff??rait pour Cs ₂ PAF ₇ et M ₂ PAF ₇ (M = K, Rb ou NH _4).

D'autres compos??s inorganiques

Oxyhalog??nures et sulfoxydes de protactinium sont connus. PaOBr ₃ a une structure monoclinique compos?? d'unit??s ?? double cha??ne o?? protactinium a la coordination 7 et est organis?? en bipyramides pentagonales. Les cha??nes sont reli??es entre elles par l'interm??diaire d'oxyg??ne et de brome, et chaque atome d'oxyg??ne est li?? ?? trois atomes Pa. PAO est un solide non volatile jaune clair avec un r??seau cristallin cubique isostructural ?? celle des autres oxysulfures actinides. Il est obtenu en faisant r??agir protactinium (V) avec un m??lange chlorure de le sulfure d'hydrog??ne et le disulfure de carbone ?? 900 ?? C.

Dans hydrures et nitrures, protactinium a un ??tat d'oxydation faible d'environ 3. L'hydrure est obtenu par l'action directe de l'hydrog??ne sur le m??tal ?? 250 ?? C, et le nitrure est un produit d'ammoniac et de t??trachlorure ou le pentachlorure de protactinium. Ce solide jaune vif est stable au chauffage ?? 800 ?? C sous vide. Protactinium PaC carbure est form??e par r??duction de protactinium t??trafluorure de baryum dans un creuset de carbone ?? une temp??rature d'environ 1400 ?? C. formes de Protactinium borohydrures qui comprennent Pa (BH _{4) 4.} Il a une structure polym??re avec des cha??nes h??lico??dales inhabituel o?? l'atome d'protactinium a un nombre de coordination ??gal ?? 12 et est entour?? par six BH ₄ ^- ions.

La structure propos??e du Pa (C ₈ H _{8) 2} mol??cule

Compos??s organom??talliques

Protactinium (IV) forme un complexe de t??trakis (cyclopentadi??nyl) protactinium t??tra??drique (IV) (Pa ou (C ₅ H _{5) 4)} avec quatre des noyaux cyclopentadi??nyle, qui peuvent ??tre synth??tis??s en faisant r??agir le protactinium (IV) avec du chlorure fondu Be (C ₅ H _{5) 2.} Un cycle peut ??tre substitu?? par un atome d'halog??nure. Un autre complexe organom??tallique est le bis jaune d'or (π-cyclooctat??tra??ne) protactinium, Pa (C ₈ H _{8) 2,} qui est analogue par sa structure ?? Uranoc??ne. L??, l'atome de m??tal est prise en sandwich entre deux ligands cyclooctat??tra??ne. Similaires ?? Uranoc??ne, il peut ??tre pr??par?? par r??action avec du t??trachlorure de dipotassium protactinium cyclooctatetraenide, K ₂ C ₈ H _8, dans t??trahydrofurane.

Isotopes

Vingt-neuf des radio-isotopes de protactinium ont ??t?? d??couvertes, le plus stable ??tant ²³¹ Pa avec une demi-vie de 32760 ann??es, ²³³ Pa avec une demi-vie de 27 jours et ²³⁰ Pa avec une demi-vie de 17,4 jours. Tous les isotopes restants ont des demi-vies plus courtes que 1,6 jours, et la majorit?? d'entre eux ont des demi-vies de moins de 1,8 secondes. Protactinium dispose ??galement de deux isom??res nucl??aires, ^217m Pa (demi-vie de 1,2 millisecondes) et ^234m Pa (demi-vie 1,17 minutes).

Le primaire mode de d??sint??gration des isotopes de protactinium plus l??ger que (et y compris) l'isotope le plus stable ²³¹ Pa (ce est ?? dire, ²¹² Pa ?? ²³¹ Pa) est d??sint??gration alpha et le mode principal pour les isotopes plus lourds (par exemple, ²³² Pa ?? ²⁴⁰ Pa) est d??sint??gration b??ta. Le primaire produits de d??sint??gration des isotopes de protactinium plus l??ger que (et y compris) ²³¹ Pa sont actinium isotopes et les produits de d??sint??gration primaires pour les isotopes plus lourds de protactinium sont uranium isotopes.

Applications

Bien que le protactinium est situ?? dans le tableau p??riodique entre l'uranium et du thorium, qui ont tous deux de nombreuses applications, en raison de sa raret??, radioactivit?? ??lev??e et de haute toxicit??, il n'y a actuellement aucun utilisations pour le protactinium en dehors de la recherche scientifique.

Protactinium-231 provient de la d??sint??gration de l'uranium-235 form?? dans les r??acteurs nucl??aires, et par la r??action ²³² Th + n → ²³¹ Th + 2n et apr??s d??sint??gration b??ta. Elle peut soutenir une r??action en cha??ne nucl??aire, qui pourrait en principe ??tre utilis?? pour construire des armes nucl??aires . Le physicien Walter Seifritz estim?? une fois que l'associ?? masse critique que 750 ?? 180 kg, mais cette possibilit?? (d'une r??action en cha??ne) a ??t?? ??cart??e par d'autres physiciens nucl??aires depuis lors.

Avec l'av??nement des tr??s sensibles spectrom??tres de masse , une application de ²³¹ Pa comme traceur en g??ologie et en pal??oc??anographie est devenu possible. Ainsi, le rapport entre le protactinium-231 de thorium-230 est utilis?? pour datation radiom??trique de s??diments qui sont jusqu'?? 175.000 ans et dans la mod??lisation de la formation de min??raux. En particulier, son ??valuation dans les s??diments oc??aniques a permis de reconstituer les mouvements de l'Atlantique du Nord plans d'eau au cours de la derni??re fusion de L'??ge de glace des glaciers . Certains des rencontres li??es protactinium-variations se appuient sur l'analyse des concentrations relatives pour plusieurs membres de longue vie de la cha??ne de d??sint??gration de l'uranium - l'uranium, le thorium et le protactinium, par exemple. Ces ??l??ments ont 6, 5 et 4 f-??lectrons dans l'enveloppe ext??rieure et donc favorisent 6, 5 et 4 ??tats d'oxydation, respectivement, et montrent des propri??t??s physiques et chimiques. Donc, le thorium et le protactinium, mais pas de compos??s d'uranium sont peu solubles dans des solutions aqueuses, et pr??cipiter dans les s??diments; le taux de pr??cipitation est plus rapide pour le thorium que pour protactinium. En outre, l'analyse de la concentration ?? la fois pour le protactinium-231 (demi-vie 32750 ann??es) et le thorium-230 (demi-vie 75380 ann??es) permet d'am??liorer la pr??cision par rapport ?? lorsque seule une isotope est mesur??e; cette m??thode ?? double isotope est ??galement faiblement sensible ?? des inhomog??n??it??s dans la distribution spatiale des isotopes et ?? des variations de leur taux de pr??cipitation.

Pr??cautions

Protactinium est ?? la fois toxique et hautement radioactif et donc avec elle toutes les manipulations sont effectu??es dans un scell??e bo??te ?? gants. Son isotope majeure ²³¹ Pa a une activit?? sp??cifique de 0,048 Ci / gramme et ??met principalement des particules alpha de l'??nergie 5 MeV, qui peut ??tre arr??t?? par une mince couche d'un quelconque mat??riau. Cependant, il se d??sint??gre lentement, avec une demi-vie de 32760 ann??es, en ²²⁷ Ac, qui pr??sente une activit?? sp??cifique de 74 Ci / gramme, ??met ?? la fois un rayonnement alpha et b??ta, et a une demi-vie beaucoup plus courte de 22 ans. ²²⁷ Ac, ?? son tour, se d??sint??gre en isotopes les plus l??gers avec encore plus courtes demi-vies et beaucoup plus des activit??s sp??cifiques (SA), tel que r??sum?? dans le tableau ci-dessous.

Comme protactinium est pr??sente en petites quantit??s dans la plupart des produits et mat??riaux naturels, il est ing??r?? avec de la nourriture ou de l'eau et de l'air inhal??. Seulement environ 0,05% des protactinium ing??r?? est absorb?? dans le sang et le reste est excr??t??. Du sang, environ 40% des d??p??ts de protactinium dans les os, environ 15% va vers le foie, 2% pour les reins, et le reste quitte le corps. La demi-vie biologique de protactinium est d'environ 50 ans dans les os, alors que dans d'autres organes de la cin??tique a une composante rapide et lente. Ainsi, dans le foie de 70% protactinium ont une demi-vie de 10 jours et 30% rester pendant 60 jours. Les valeurs correspondantes pour les reins sont de 20% (10 jours) et 80% (60 jours). Dans tous ces organes, protactinium favorise le cancer via sa radioactivit??. La dose maximale de s??curit?? de Pa dans le corps humain est de 0,03 uCi qui correspond ?? 0,5 microgrammes de ²³¹ Pa. Cet isotope est de 2,5 ?? 10 ⁸ fois plus toxique que l'acide cyanhydrique . Les concentrations maximales autoris??es de ²³¹ Pa dans l'air est de 3 ?? 10 ^-4 Bq / m ^3.