Атомный номер 91
серебристо-белый, сильно радиоактивный металл
Атомная масса (молярная масса) 231,03588 а.е.м. (г/моль)
Плотность 15,37 г/см3
Удельная теплоёмкость 0,121 Дж/(K·моль)
Температура плавления 2113 K
Теплота плавления 16,7 кДж/моль
Температура кипения 4300 K
Теплота испарения 481,2 кДж/моль
Молярный объём 15,0 см3/моль
серебристо-белый, сильно радиоактивный металл
Атомная масса (молярная масса) 231,03588 а.е.м. (г/моль)
Плотность 15,37 г/см3
Удельная теплоёмкость 0,121 Дж/(K·моль)
Температура плавления 2113 K
Теплота плавления 16,7 кДж/моль
Температура кипения 4300 K
Теплота испарения 481,2 кДж/моль
Молярный объём 15,0 см3/моль
Протактиний, (лат. Protactinium), Ра, 91-й элемент периодической системы, атомный вес 231,03588. Предсказан Д.И.Менделеевым (экатантал). Первый изотоп протактиния (точнее, ядерный изомер) - короткоживущий 234m Pa (период полураспада T 1/2 = 1,18 мин) был обнаружен в 1913 К. Фаянсом и немецким физиком О. Гёрингом 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 231 Pa (T 1/2 = 32 400 лет), относящийся к радиоактивному ряду урана-235. В этом ряду протактиний - предшественник актиния (изотоп 227 Ас образуется при α-распаде Pa), что и отражено в названии протактиний (от греч. protos - первый). В 1927 американский радиохимик А.Гроссе приготовил первые два миллиграмма чистой окиси протактиния. Спустя семь лет А.Гроссе и М.Агрусс получили 100 мг окиси протактиния и выделили из них металлический протактиний.
В 1921 протактиний-234 вошел в историю науки. При его детальном изучении Отто Ган открыл явление ядерной изомерии. Суть этого явления состоит в том, что некоторые радиоактивные ядра способны распадаться двояко – разными способами или с разными периодами полураспада. У 234Ра большинство ядер, испуская бета-частицы (Т= 1,17 минуты), сразу же превращается в уран-234. Однако одно ядро из тысячи (точнее, 13 из 10000) избирает другой
путь. Испустив гамма-квант, оно превращается в новое ядро, тоже β-активное, но отличающееся от прочих ядер Ра более низким уровнем энергии. Такое ядро более стабильно, и у этой разновидности 234 Ра Т= 6,7 часа.
Изотопы протактиния
Известны 13 изотопов протактиния с массовыми числами 224-237 и ядерный изомер 234m Pa с периодами полураспада от нескольких секунд до нескольких лет. Наиболее устойчивый изотоп 231 Ра (Т=32500 лет) с массой 231,0359 входит в радиоактивный ряд урана-235. В природе как члены естественных радиоактивных рядов встречаются 231 Pa и 234 Pa (специальное название последнего уран-зет, символ UZ), а также 234m Pa (уран-икс-2, UX 2 ). Техногенные изотопы образуются в цепочках радиоактивных распадов, идущих при облучении урана-238 и тория-232 протонами, дейтронами или альфа-частицами. По сравнению с возрастом Земли – 4,5·10 9 лет – время жизни любого изотопа протактиния очень мало. Первичный протактиний, образовавшийся в период формирования нашей планеты, уже давно распался. Но протактиний в природе есть. Его очень немного, порядка 10 –10 %. Этот протактиний (изотоп 231 Ра) порожден распадом 235 U. Этот процесс идет постоянно, поэтому 231 Ра постоянно присутствует во всех рудах, содержащих уран. Но поскольку продолжительность жизни 231 Ра в 22000 раз меньше, чем 235 U, у цифр, отражающих содержание этих изотопов в земной коре, та же пропорция. А доля порождающего протактиний 235 U в природной смеси изотопов этого элемента всего 0,7%. Вот почему протактиний принадлежит к числу наименее распространенных на Земле элементов. Из пяти с половиной тонн богатой богемской урановой смоляной руды можно получить полграмма относительно чистого протактиния.
Физические и химические свойства
Протактиний – один из немногих элементов с двойственным химическим характером: в одних случаях, в одном валентном состоянии, он подобен элементам V группы ниобию и танталу, а в других – актиноидам.
Структура электронной оболочки атома протактиния 5f 2 6d7s 2 или 5f6d 2 7s 2 .
Светло-серый ковкий металл, плотность 15,37, температура плавления 1570 гр.С. По твердости близок к урану. Металлический протактиний существует в двух модификациях. При температурах от комнатной и до 1170°C устойчив α-протактиний с тетрагональной решеткой, параметры а = 0,3925 нм и с = 0,3238 нм. При температурах от 1170 C и до температуры плавления (1572°C) существует β-протактиний с кубической гранецентрированной решеткой. t kип 4280 °C (ориентировочно). Плотность металла 15,4 г/см 3 . Ниже 2К становится сверхпроводником.
Металлический протактиний может быть получен термическим разложением его галогенидов на вольфрамовой нити при высокой температуре и давлении 0,001 - 0,0001 Па, восстановлением PaF 4 парами бария или кальция при высокой температуре или путем электролитического выделения на благородных металлах.
Поверхность металла обычно покрыта плёнкой окисла PaO. Ра2О5 – самое устойчивое и наиболее изученное из соединений элемента №91. Получается при прокаливании металлического протактиния, его гидроксида или оксалата. Этот окисел белого цвета хорошо растворяется в плавиковой кислоте, но не растворяется в воде, азотной и соляной кислотах. По своим химическим свойствам протактиний является аналогом, с одной стороны, Ta и Nb, а с другой Ti, Zr и лантанидов. До сих пор известно немного соединений протактиния, состав которых установлен точно. Тому есть причины, и главная из них – склонность очень многих соединений элемента №91 к гидролизу. В водной среде они существуют в самых разнообразных формах – ионных, коллоидных, полимерных. Форма нахождения протактиния в растворе зависит не только от начального состава раствора, но и от того, каким способом и как давно этот раствор приготовлен. Нередко протактиний вообще исчезает из раствора: многие его соединения сорбируются стенками стеклянных сосудов. Не случайно этот элемент считается одним из самых трудных для исследования.
Производство и применение протактиния
Наиболее важным изотопом протактиния является естественный 231 Ра, который находится в природе примерно в таких же количествах, как радий (340 мг на 1 т урана). Основным источником получения этого изотопа протактиния являются отходы переработки урансодержащих руд после выделения из них урана и радия. 231 Ра вместе с сопутствующими элементами (ниобием, танталом, гафнием, титаном, железом) концентрируется в осадке кремниевой кислоты. Выделение протактиния из природных объектов очень сложно.
В 1955 во всех химических лабораториях мира было три грамма протактиния, в 1988 - около 150 г.Искусственным путем протактиний-231 можно получать в количествах, значительно больших, чем добывалось и добывается его из урана. «Сырье» для этого есть – изотопы тория с массовыми числами 230 и 232. Протактиний-231 будут получать в энергетических реакторах с ториевым циклом как побочный продукт при производстве одного из ядерных горючих – урана-233. Полагают, что такие реакторы будут играть важную роль в энергетике близкого будущего.
В настоящее время искусственно получают β-активный 233 Pa (Т 1/2 = 27,4 суток). Для этого используют облучение нейтронами тория-232. При этом сначала образуется торий-233, который очень быстро за счет β- распада превращается в 233 Pa.
Применение
231 Ра применяется как источник получения 232 U по ядерной реакции:
Pa(n,γ) 232 Pa → 232 U
Элемент, порожденный ураном, сам порождает уран. 232 U – перспективный α-излучатель, способный конкурировать с 238 Pu и 210 Po, используемыми в земной и космической технике в качестве автономных источников энергии. Удельное энерговыделение 232 U в девять раз больше, чем у 238 Pu, а периоды полураспада этих изотопов близки.
В принципе, протактиний можно использоваться как ядерное горючее. Метод датирования океанических осадков по соотношению в них протактиния-231 и тория-230 (иония) дал ценные для науки результаты.
Биологическая роль
Протактиний не играет никакой биологической роли. Он и его соединения чрезвычайно токсичны и радиоактивны. Количество протактиния-241 в 250 миллионов раз токсичнее такого же количества синильной кислоты. Радиоактивные изотопы протактиния при поступлении в организм накапливаются в скелете и печени. Введение 230 Ра способствует отложению в скелете до 40 % введенного количества.
Ра, введенный животным в количестве (78,44—48,47)•10 4 Бк/г, вызывает острую лучевую болезнь. Заболевание характеризуется развитием лейкопении и анемии гиперхромного типа, геморрагическим синдромом и дегенеративными изменениями паренхиматозных органов, органов выделения и кроветворения. У животных отмечаются снижение массы тела, задержка роста, удлинение времени рефлекса и увеличение порога возбудимости. У выживших животных через 14 сут происходит восстановление общего количества лейкоцитов.
Протактиний – один из немногих элементов с двойственным химическим характером: в одних случаях, в одном валентном состоянии, он подобен элементам V группы ниобию и танталу, а в других – актиноидам.
Структура электронной оболочки атома протактиния 5f 2 6d7s 2 или 5f6d 2 7s 2 .
Светло-серый ковкий металл, плотность 15,37, температура плавления 1570 гр.С. По твердости близок к урану. Металлический протактиний существует в двух модификациях. При температурах от комнатной и до 1170°C устойчив α-протактиний с тетрагональной решеткой, параметры а = 0,3925 нм и с = 0,3238 нм. При температурах от 1170 C и до температуры плавления (1572°C) существует β-протактиний с кубической гранецентрированной решеткой. t kип 4280 °C (ориентировочно). Плотность металла 15,4 г/см 3 . Ниже 2К становится сверхпроводником.
Металлический протактиний может быть получен термическим разложением его галогенидов на вольфрамовой нити при высокой температуре и давлении 0,001 - 0,0001 Па, восстановлением PaF 4 парами бария или кальция при высокой температуре или путем электролитического выделения на благородных металлах.
Поверхность металла обычно покрыта плёнкой окисла PaO. Ра2О5 – самое устойчивое и наиболее изученное из соединений элемента №91. Получается при прокаливании металлического протактиния, его гидроксида или оксалата. Этот окисел белого цвета хорошо растворяется в плавиковой кислоте, но не растворяется в воде, азотной и соляной кислотах. По своим химическим свойствам протактиний является аналогом, с одной стороны, Ta и Nb, а с другой Ti, Zr и лантанидов. До сих пор известно немного соединений протактиния, состав которых установлен точно. Тому есть причины, и главная из них – склонность очень многих соединений элемента №91 к гидролизу. В водной среде они существуют в самых разнообразных формах – ионных, коллоидных, полимерных. Форма нахождения протактиния в растворе зависит не только от начального состава раствора, но и от того, каким способом и как давно этот раствор приготовлен. Нередко протактиний вообще исчезает из раствора: многие его соединения сорбируются стенками стеклянных сосудов. Не случайно этот элемент считается одним из самых трудных для исследования.
Производство и применение протактиния
Наиболее важным изотопом протактиния является естественный 231 Ра, который находится в природе примерно в таких же количествах, как радий (340 мг на 1 т урана). Основным источником получения этого изотопа протактиния являются отходы переработки урансодержащих руд после выделения из них урана и радия. 231 Ра вместе с сопутствующими элементами (ниобием, танталом, гафнием, титаном, железом) концентрируется в осадке кремниевой кислоты. Выделение протактиния из природных объектов очень сложно.
В 1955 во всех химических лабораториях мира было три грамма протактиния, в 1988 - около 150 г.Искусственным путем протактиний-231 можно получать в количествах, значительно больших, чем добывалось и добывается его из урана. «Сырье» для этого есть – изотопы тория с массовыми числами 230 и 232. Протактиний-231 будут получать в энергетических реакторах с ториевым циклом как побочный продукт при производстве одного из ядерных горючих – урана-233. Полагают, что такие реакторы будут играть важную роль в энергетике близкого будущего.
В настоящее время искусственно получают β-активный 233 Pa (Т 1/2 = 27,4 суток). Для этого используют облучение нейтронами тория-232. При этом сначала образуется торий-233, который очень быстро за счет β- распада превращается в 233 Pa.
Применение
231 Ра применяется как источник получения 232 U по ядерной реакции:
Pa(n,γ) 232 Pa → 232 U
Элемент, порожденный ураном, сам порождает уран. 232 U – перспективный α-излучатель, способный конкурировать с 238 Pu и 210 Po, используемыми в земной и космической технике в качестве автономных источников энергии. Удельное энерговыделение 232 U в девять раз больше, чем у 238 Pu, а периоды полураспада этих изотопов близки.
В принципе, протактиний можно использоваться как ядерное горючее. Метод датирования океанических осадков по соотношению в них протактиния-231 и тория-230 (иония) дал ценные для науки результаты.
Биологическая роль
Протактиний не играет никакой биологической роли. Он и его соединения чрезвычайно токсичны и радиоактивны. Количество протактиния-241 в 250 миллионов раз токсичнее такого же количества синильной кислоты. Радиоактивные изотопы протактиния при поступлении в организм накапливаются в скелете и печени. Введение 230 Ра способствует отложению в скелете до 40 % введенного количества.
Ра, введенный животным в количестве (78,44—48,47)•10 4 Бк/г, вызывает острую лучевую болезнь. Заболевание характеризуется развитием лейкопении и анемии гиперхромного типа, геморрагическим синдромом и дегенеративными изменениями паренхиматозных органов, органов выделения и кроветворения. У животных отмечаются снижение массы тела, задержка роста, удлинение времени рефлекса и увеличение порога возбудимости. У выживших животных через 14 сут происходит восстановление общего количества лейкоцитов.
Источник:
Комментариев нет:
Отправить комментарий