Protaktinijum

Uredi veze
S Vikipedije, slobodne enciklopedije

Protaktinijum
Opšta svojstva
Ime, simbolprotaktinijum, Pa
Izgledsvetao, srebrnasto-metalni sjaj
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
Pr
↑
Pa
↓
(Uqp)
torijum ← protaktinijum → uranijum ‍
Atomski broj (Z)91
Grupa, periodagrupa N/D, perioda 7
Blokf-blok
Kategorija  aktinoid
Rel. at. masa (Ar)231,0358842(24)[1]
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja1841 K ​(1568 °‍C, ​2854 °F)
Tačka ključanja4300 K ​(4027 °‍C, ​7280 °F) (?)
Gustina pri s.t.15,37 g/cm3
Toplota fuzije12,34 kJ/mol
Toplota isparavanja481 kJ/mol
Atomska svojstva
Elektronegativnost1,5
Energije jonizacije1: 568 kJ/mol
Atomski radijus163 pm
Kovalentni radijus200 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​telocentrirana tetragonalna[2]
Telocentrirana tetragonalna kristalna struktura za protaktinijum
Topl. širenje~9,9 µm/(m·K)[3] (na s.t.)
Topl. vodljivost47 W/(m·K)
Električna otpornost177 nΩ·m (na 0 °‍C)
Magnetni rasporedparamagnetičan[4]
CAS broj7440-13-3
Istorija
PredviđanjeDmitrij Mendeljejev (1869)
Otkriće i prva izolacijaKasimir Fajans i Osvald Helmut Gering (1913)
Imenovanje i eponimOto Han i Liza Majtner (1917–8)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
229Pa syn 1,5 d ε 229Th
230Pa syn 17,4 d ε 230Th
231Pa 100% 3,276×104 y α 227Ac
232Pa syn 1,31 d β− 232U
233Pa tragovi 26,967 d β− 233U
234Pa tragovi 6,75 h β− 234U
234mPa tragovi 1,17 min β− 234U
reference • Vikipodaci

Protaktinijum (Pa, lat. protactinium) je hemijski element iz grupe aktinoida sa atomskim brojem 91.[5] Ime je dobio sklapanjem dve latinske reči prot i actinium, koje zajedno označavaju prethodnika aktinijuma.[6]

On je teški, srebrnasto-sivi metal koji lako reaguje sa kiseonikom, vodenom parom i neorganskim kiselinama. Gradi razna hemijska jedinjenja u kojima je protaktinijum obično prisutan u oksidacionom stanju +5, ali takođe može graditi jedinjenja i u stanjima +4, pa čak i +3 ili +2. Prosečna koncentracija protaktinijuma u Zemljinoj kori je otprilike reda nekoliko delova na bilion, ali može dostizati i do nekoliko ppm u nekim depozitima rude uraninita. Zbog svoje retkosti, velike radioaktivnosti i otrovnosti, danas ne postoji nijedan značajniji vid upotrebe protaktinijuma izvan naučnih istraživanja, a u ove svrhe on se pretežno izdvaja iz potrošenog nuklearnog goriva.

Naučnici koji su prvi identifikovali ovaj element 1913. bili su Kasimir Fajans i Osvald Helmut Gering, te mu dali ime brevijum, zbog vrlo kratkog vremena poluraspada specifičnog izotopa koji su proučavali, protaktinijuma-234. Mnogo stabilniji izotop (231Pa) pronašli su Oto Han i Liza Majtner 1918. i odabrali su ime „proto-aktinijum”, ali je IUPAC mnogo kasnije, 1949. promenio naziv u današnji, te potvrdio otkrića Hana i Majtnera. Ime elementa doslovno znači „roditelj (prethodnik) aktinijuma”, reflektirajući činjenicu da je aktinijum proizvod radioaktivnog raspada protaktinijuma. Takođe je zabeleženo da se otkriće protaktinijuma pripisuje Džonu Arnoldu Kranstonu (koji je radio zajedno sa Frederikom Sodijem i Adom Hičins), otkrivši 1915. najstabilniji izotop elementa ali svoje otkriće nisu odmah objavili jer je Kranston mobilizovan za učešće u Prvom svetskom ratu.[7]

Istorija[uredi | uredi izvor]

Mendeljejev periodni sistem iz 1871. sa „rupom” na mestu gde bi se trebao nalaziti protaktinijum, između torijuma i uranijuma

Godine 1871. Mendeljejev je predvideo postojanje nekog hemijskog elementa između torijuma i uranijuma.[8] U to vreme nije bila poznata grupa elemenata aktinoida u periodnom sistemu. Stoga, uranijum je bio postavljen ispod volframa u grupu VI, a torijum se nalazio ispod cirkonijuma u grupi IV, ostavljajući prazno mesto ispod tantala u grupi V, a sve do 1950-ih, periodni sistem elemenata je objavljivan prema ovakvoj strukturi.[9] Drugo vremena, hemičari su tražili pretpostavljeni element eka-tantal za kojeg se mislilo da ima slične hemijske osobine tantalu, što je otkriće protaktinijuma učinilo gotovo nemogućim. Kasnije se ispostavilo da je tantalov teži analog zapravo transuranijski element dubnijum.

Godine 1900. Vilijam Kruks je izdvojio protaktinijum u vidu izuzetno radioaktivnog materijala iz uzorka uranijuma. Međutim, taj „materijal” nije identifikovao kao novi hemijski element te mu je dao ime uranijum-x (UX).[8][10][11] Kruks je rastvorio uranijum nitrat u etru, gde je ostatak u vodenoj fazi sadržavao uglavnom izotope 234
90Th i 234
91Pa. Njegova metoda za izolovanje izotopa 234
90Th i 234
91Pa iz jedinjenja uranijum bila je u primeni sve do 1950-ih.[12] Prvi koji su identifikovali protaktinijum kao novi element 1913. bili su Kasimir Fajans i Osvald Helmuth Gering, otkrivši izotop 234Pa tokom istraživanja lanca raspada uranijuma-238: 238
92U → 234
90Th → 234
91Pa → 234
92U. Novom elementu dali su ime brevijum (od latinske reči brevis, „kratak”), jer je 234
91Pa imao vrlo kratko vreme poluraspada od 6,7 sati.[13][14][15][16][17] Tokom 1917/18. dve grupe naučnika: Oto Han i Liza Majtner iz Nemačke te Frederik Sodi i Džon Kranston iz Ujedinjenog Kraljevstva, nezavisno jedna od druge, otkrili su drugi izotop protaktinijuma, 231Pa, koji je imao znatno duže vreme poluraspada od oko 32 hiljade godina.[17] Zbog toga je naziv brevijum promenjen u protoaktinijum, pošto je novi element predstavljao deo lanca raspada uranijuma-235 a nalazio se pre aktinijuma (od grč. πρῶτος = protos, prvi, ranije, pre). Radi lakšeg izgovora, IUPAC je 1949. godine skratio naziv na današnju varijantu.[18][19] Otkrićem protaktinijuma popunjena je jedna od poslednjih „rupa” iz prvih verzija periodnog sistema koje je sastavio Mendeljejev 1869.[20]

Aristid fon Gros je uspeo da 1927. dobije dva miligrama Pa2O5,[21] a 1934. je bio prvi naučnik koji je izolirao elementarni protaktinijum u količini od 0,1 miligram iz Pa2O5.[22] Koristio je dve različite procedure: prvu, gde je protaktinijum-oksid ozračio elektronima energije 35 keV u vakuumu. Druga metoda, poznata pod nazivom van Arkel-de Borov eksperiment, gde se oksid hemijski prevodi u halide (hloride, bromide ili jodide) a nakon toga se redukuje u vakuumu pomoću metalnog filamenta zagrejanog električnim putem:[18][23]

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

Godine 1961. Departman za atomsku energiju Ujedinjenog Kraljevstva (UKAEA) proizveo je 125 grama 99,9% čistog protaktinijuma preradom oko 60 tona upotrebljenog nuklearnog materijala pomoću dvanaestofaznog procesa, za šta je trebalo oko 500 hiljada US$.[18] Dugi niz godina, ovo je bila jedina značajnija zaliha protaktinijuma na svetu, iz koje su isporučivane male količine raznim laboratorijama za naučna istraživanja.[8] Danas Nacionalna laboratorija Ouk Ridž u SAD proizvodi protaktinijum po ceni od oko 280 US$ po gramu.[24]

Osobine[uredi | uredi izvor]

U periodnom sistemu, protaktinijum sa rednim brojem 91 nalazi se u seriji aktinoida, njegov prethodnik je torijum, a nakon njega sledi uranijum. Njegov analog u seriji lantanoida je prazeodijum.

Fizičke[uredi | uredi izvor]

Protaktinijum je srebreno-metalni element, koji pokazuje osobine superprovodljivosti na temperaturama ispod 1,4 K (274,53 °C).[8][25]

Na sobnoj temperaturi, protaktinijum se kristalizuje u prostorno-centriranu tetragonalnu strukturu koja bi se mogla opisati kao iskvarena prostorno-centrirana kubna rešetka. Ova struktura se ne menja nakon primene pritiska do 53 GPa. Međutim, struktura se menja u ravanski-centriranu kubnu (fcc) nakon hlađenja, pošto je prethodno zagrejavana do oko 1200 °C.[26][27] Koeficijent toplotne ekspanzije u tetragonalnoj fazi između sobne temperature i 700 °C iznosi 9,9×10-6/°C.[26] Ovaj element je paramagnetičan i ne pokazuje nikakve magnetne tranzicije pri bilo kojoj temperaturi.[28] Protaktinijum-tetrahlorid je paramagnetičan pri sobnoj temperaturi ali postaje feromagnetičan ako se ohladi do 182 K.[29]

Hemijske[uredi | uredi izvor]

Protaktinijum se uglavnom nalazi u dva oksidaciona stanja, +4 i +5, kako u čvrstom stanju tako i u rastvorima.

Izotopi[uredi | uredi izvor]

Do danas je otkriveno 29 radioizotopa protaktinijuma, među kojim je najstabilniji 231Pa sa vremenom poluraspada do 32.760 godina, zatim sledi 233Pa sa 27 dana te izotop 230Pa sa vremenom poluraspada od 17,4 dana. Svi ostali izotopi imaju vremena poluraspada kraća od 1,6 dana, a većina od njih raspada se za kraće od 1,8 sekunde. Protaktinijum takođe ima i dva nuklearna izomera, 217mPa (vreme poluraspada 1,2 milisekunde) i 234mPa (1,17 minuta).[30]

Osnovni način raspada izotopa protaktinijuma lakših od njegovog najstabilnijeg izotopa 231Pa (uključujući i njega) odnosno od 232Pa do 240Pa jeste alfa raspad, dok je osnovni raspad za teže izotope (tj. od 232Pa do 240Pa) je beta raspad. Osnovni proizvod raspada lakših izotopa od 231Pa (uključujući i njega) su izotopi aktinijuma, dok su osnovni proizvod raspada težih izotopa izotopi uranijuma.[30]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Donohue, J. (1959). „On the crystal structure of protactinium metal”. Acta Crystallographica. 12 (9): 697. doi:10.1107/S0365110X59002031. 
  3. ^ Cverna, Fran, ur. (2002). „Chapter 2. Thermal Expansion”. ASM Ready Reference: Thermal Properties of Metals (PDF). ASM International. str. 11. ISBN 0871707683. 
  4. ^ Lide, D. R., ur. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th izd.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Arhivirano iz originala 03. 03. 2011. g. Pristupljeno 14. 01. 2021. 
  5. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  6. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  7. ^ „John Arnold Cranston”. Univerzitet u Glasgowu. Arhivirano iz originala 11. 03. 2020. g. Pristupljeno 17. 10. 2017. 
  8. ^ a b v g Emsley John (2001). „Protactinium”. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, Engleska, UK: Oxford University Press. str. 347—349. ISBN 0-19-850340-7. 
  9. ^ Laing, Michael (2005). „A Revised Periodic Table: With the Lanthanides Repositioned”. Foundations of Chemistry. 7 (3): 203. doi:10.1007/s10698-004-5959-9. 
  10. ^ A Glossary of Terms in Nuclear Science and Technology. National Research Council (U.S.). Conference on Glossary of Terms in Nuclear Science and Technology. American Society of Mechanical Engineers. 1957. str. 180. Pristupljeno 25. 7. 2015. 
  11. ^ Crookes, W. (1899). „Radio-Activity of Uranium”. Proceedings of the Royal Society of London. 66: 409—423. doi:10.1098/rspl.1899.0120. 
  12. ^ Johansson Sven (1954). „Decay of UX1, UX2, and UZ”. Physical Review. 96 (4): 1075. Bibcode:1954PhRv...96.1075J. doi:10.1103/PhysRev.96.1075. 
  13. ^ Greenwood, str. 1250
  14. ^ Greenwood, str. 1254
  15. ^ Fajans, K.; Gohring, O. (1913). „Über die komplexe Natur des Ur X”. Naturwissenschaften. 14 (14): 339. Bibcode:1913NW......1..339F. doi:10.1007/BF01495360. 
  16. ^ Fajans, K.; Gohring, O. (1913). „Über das Uran X2-das neue Element der Uranreihe”. Physikalische Zeitschrift. 14: 877—84. 
  17. ^ a b Eric Scerri (2013). A tale of seven elements. Oxford University Press. str. 67-74. ISBN 978-0-19-539131-2. 
  18. ^ a b v „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (81 izd.). CRC press. Arhivirano iz originala 14. 10. 2013. g. Pristupljeno 14. 01. 2021. 
  19. ^ Greenwood, str. 1251
  20. ^ Shea, William R. (1983). Otto Hahn and the rise of nuclear physics. Springer. str. 213. ISBN 90-277-1584-X. .
  21. ^ von Grosse, Aristid (1928). „Das Element 91; seine Eigenschaften und seine Gewinnung”. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 61 (1): 233—245. doi:10.1002/cber.19280610137. 
  22. ^ Graue, G.; Käding, H. (1934). „Die technische Gewinnung des Protactiniums”. Angewandte Chemie. 47 (37): 650—653. doi:10.1002/ange.19340473706. 
  23. ^ Grosse A. V. (1934). „Metallic Element 91”. Journal of the American Chemical Society. 56 (10): 2200. doi:10.1021/ja01325a508. 
  24. ^ „Protactinium”. Arhivirano iz originala 28. 9. 2011. g. Pristupljeno 21. 3. 2013.  sa Nacionalne laboratorije Los Alamos
  25. ^ R. D. Fowler; B. T. Matthias; et al. (1965). „Superconductivity of Protactinium”. Phys. Rev. Lett. 15 (22): 860—862. Bibcode:1965PhRvL..15..860F. doi:10.1103/PhysRevLett.15.860. 
  26. ^ a b Marples J. A. C. (1965). „On the thermal expansion of protactinium metal”. Acta Crystallographica. 18 (4): 815. doi:10.1107/S0365110X65001871. 
  27. ^ Young, David A. (1991). Phase diagrams of the elements. University of California Press. str. 222. ISBN 0-520-07483-1. .
  28. ^ Buschow, K. H. J. (2005). Concise encyclopedia of magnetic and superconducting materials. Elsevier. str. 129—130. ISBN 0-08-044586-1. 
  29. ^ Hendricks M. E. (1971). „Magnetic Properties of Protactinium Tetrachloride”. The Journal of Chemical Physics. 55 (6): 2993. Bibcode:1971JChPh..55.2993H. doi:10.1063/1.1676528. 
  30. ^ a b Audi, G.; Bersillon, O.; et al. (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics A. 729: 3. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Arhivirano iz originala (PDF) 23. 9. 2008. g. 

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Protaktinijum na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Протактинијум&oldid=25909480”