Protaktinium

Pr ↑ Pa Thorium ← Protaktinium → Uran • [Rn] 5f2 6d1 7s2 213 Pa 91 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ↓Periodická tabulka prvků↓
Obecné
Název (lat.), značka, číslo	Protaktinium (Protactinium), Pa , 91
Registrační číslo CAS	7440-13-3
Umístění v PSP	n/a skupina, 7. perioda, blok f
Char. skupina	Aktinoidy
Hmotnostní zlomek v zem. kůře	1×10-6 ppm
Konc. v mořské vodě	mg/l
Počet přírodních izotopů
Vzhled	stříbrný kov
[[Soubor:{{{spektrum}}}|255px|Emisní spektrum]]
Atomové vlastnosti
Rel. at. hmotnost	(231,035 9) u
Atomový poloměr	pm
Kovalentní poloměr	161 pm
van der Waalsův poloměr	pm
Elektronová konfigurace	[Rn] 5f2 6d1 7s2
Elektronů v hladinách	2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
Oxidační číslo	II, III, IV, V
Fyzikální vlastnosti
Skupenství	pevné
Krystalová struktura	α - modifikace čtverečná tělesně centrovaná a= 388,9 pm c= 341,7 pm β - modifikace krychlová a= 381 pm
Hustota	15,374 g/cm3 (mod. α, 20 °C) 13,87 g/cm3 (mod. β)
Kritická hustota	{{{kritická hustota}}} g cm-3
Tvrdost	{{{tvrdost}}} (Mohsova stupnice)
Magnetické chování	paramagnetický
Měrná magnetická susceptibilita	{{{magnetická susceptibilita}}}
Teplota tání	přibližně 1 600 °C (1 873 K)
Teplota varu	přibližně 3 300 °C (3 573 K)
Kritická teplota	{{{kritická teplota c}}} °C ({{{kritická teplota k}}} K)
Teplota trojného bodu	{{{teplota trojného bodu c}}} °C ({{{teplota trojného bodu k}}} K)
Teplota přechodu do supravodivého stavu	1,5 K
Teplota změny krystalové modifikace	1 170 °C (α → β)
Tlak trojného bodu	{{{tlak trojného bodu}}} kPa
Kritický tlak	{{{kritický tlak}}} kPa
Molární objem	15,18 · 10−6 m3/mol
Dynamický viskozitní koeficient	{{{dynamický viskozitní koef.}}}
Kinematický viskozitní koeficient	{{{kinematický viskozitní koef.}}}
Tlak nasycené páry	{{{tlak nasycené páry}}}
Rychlost zvuku	{{{rychlost zvuku}}} m/s
Index lomu	{{{index lomu}}}
Relativní permitivita	{{{relativní permitivita}}}
Elektrická vodivost	5,56×106 S·m-1
Měrný elektrický odpor	177×10-9 Ωm
Teplotní součinitel el. odporu	{{{součinitel elektrického odporu}}}
Tepelná vodivost	47 W·m−1·K−1
Povrchové napětí	{{{povrchové napětí}}}
Termodynamické vlastnosti
Skupenské teplo tání	{{{skup. teplo tání}}}
Specifické teplo tání	14,65 kJ/mol
Skupenské teplo varu	{{{skup. teplo varu}}}
Specifické teplo varu	460,5 kJ/mol
Molární atomizační entalpie	607,2 kJ/mol
Entalpie fázové přeměny modifikace	{{{entalpie fázové přeměny modifikace}}}
absolutní entropie	51,9 J K-1 mol-1
Měrná tepelná kapacita	0,121 J/g (25 °C) 0,099 J/g (plyn)
Molární tepelná kapacita	{{{molární tepelná kapacita}}}
Spalné teplo na m³	{{{spalné teplo na m3}}}
Spalné teplo na kg	{{{spalné teplo na kg}}}
Různé
Van der Waalsovy konstanty	{{{van der Waalsovy konstanty}}}
Teplotní součinitel délkové roztažnosti	99×10-7 (mod. α)
Redoxní potenciál	{{{elektrodový potenciál}}} V
Elektronegativita	1,5 (Paulingova stupnice)
Ionizační energie	první 5,60 eV druhá 11,3 eV třetí 20,5 eV čtvrtá 36,4 eV
Iontový poloměr	(Pa3+) 106 pm (Pa4+) 91 pm (Pa5+) 88 pm
Bezpečnost
R-věty	{{{R-věty}}}
S-věty	{{{S-věty}}}
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP.

Protaktinium, chemická značka Pa, (lat. 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 tantalu nebo niobu.

Čistý kov lze připravit redukcí fluoridu protaktiničného kovovým baryem při teplotě kolem 1400 °C.

Historie objevu

Jako první identifikovali protaktinium (izotop ²³⁴Pa 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 rozpadu	Druh rozpadu	Produkt rozpadu
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	850 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	α (98,15 %)/ ε (1,85 %)	224Ac/ 228Th
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	227Ac
232Pa	1,32 d	β-	232U
233Pa	26,975 d	β-	233U
234Pa	6,70 h	β-	234U
235Pa	24,44 min	β-	235U
236Pa	9,1 min	β-	236U
237Pa	8,7 min	β-	237U
238Pa	2,27 min	β-	238U
239Pa	1,8 h	β-	239U
240Pa	?	β-	240U
241Pa	?	?	?

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 vyžití 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.

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.  

---