Протактиний

Периодическая система хим. элементов Менделеева

Протактиний

Протактиний (лат. Protactinium), Pa, радиоактивный химический элемент, атомный номер 91, относится к актиноидам. Первый изотоп П. (точнее, ядерный изомер) - короткоживущий ^234mPa (период полураспада T_1/2= 1,18 мин) был обнаружен в 1913 К. Фаянсом и немецким физиком О. Герингом в радиоактивном ряду урана - радия. В 1918 О. Ган совместно с Л. Майтнер и независимо от них Ф. Содди и английский химик Дж. Кранстон получили и долгоживущий изотоп ²³¹Pa (T_1/2 = 32 400 лет), относящийся к радиоактивному ряду актиноурана. В этом ряду П. - предшественник актиния (изотоп ²²⁷Ас образуется при a-распаде ²³¹Pa), что и отражено в названии протактиний (от греч. protos - первый). Известны изотопы П. с массовыми числами 224-237 и ядерный изомер ^234m Pa. Из них наиболее устойчив ²³¹Pa с массой 231,0359. В природе как члены естественных радиоактивных рядов встречаются ²³¹Pa и ²³⁴Pa (специальное название последнего уран-зет, символ UZ), а также ^234m Pa (уран-икс-2, UX₂).

П. - один из самых малораспространённых элементов, на его долю приходится около 1x10^-10% массы земной коры.

О нахождении и миграции П. в биосфере известно очень мало. В морской воде концентрация ²³⁴Pa составляет около 1x10^-19 г/л, в грунтах его значительно больше. Искусственный ²³³Pa интенсивно аккумулируется растениями и животными: его коэффициент накопления (т. е. отношение концентрации П. в организме к его концентрации во внешней среде) составляет у планктонной водоросли Coscinodiscus janischii 1 000 000, у донной Ulva rigida - 2000, у крабов и мидий (жабры) - 3000.

П. - блестящий светло-серый металл; существует в 2 модификациях: низкотемпературной тетрагональной, устойчивой до 1170 °C, и высокотемпературной кубической объёмноцентрированной с t_пл 1560 °C, t_kип 4280 °C (ориентировочно). Плотность металла 15,4 г/см³. Ниже 2 К становится сверхпроводником. Поверхность металла обычно покрыта плёнкой окисла PaO.

Конфигурация внешних электронов атома 5f² 6d¹7s². В соединениях П. проявляет степени окисления от +2 до +5 (наиболее типичны +5 и в меньшей мере +4). В степени окисления +5 атомы П. не содержат 5f-электронов и по своему поведению похожи не на актиноиды, а на ниобий и тантал. В зависимости от условий окисления могут быть получены окислы PaO₂, Pa₆O₁₄, Pa₂O₅, а также три фазы переменного состава. Окисел Pa₂O₅ можно сплавить с кислым сульфатом калия (проявляет основные свойства) и с окислами щелочных и щёлочноземельных элементов (кислотные свойства Pa₂O₅). Известны галогениды и оксигалогениды П., карбид PaC, гидрид PaH₃ и др. В водных растворах ионы, содержащие Pa (V) или Pa (IV), склонны к гидролизу и полимеризации, их поведение часто невоспроизводимо, что очень затрудняет изучение элемента. Большой интерес к П. связан с возможным использованием тория для получения атомной энергии (при поглощении ядрами тория ²³²Th нейтронов образуется изотоп ²³³Th, который быстро распадается, давая b-радиоактивный ²³³Pa).

Лит.: Пальшин Е. С., Мясоедов Б. Ф., Давыдов А. В., Аналитическая химия протактиния, М., 1968; Формы элементов и радионуклидов в морской воде. М., 1974; Radioactivity in the marine environment, Wash., 1971.