Protaktinium

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
ToriumProtaktiniumUraani
Pr

Pa

-  
 
 
Pa-TableImage.png
Yleistä
Nimi Protaktinium
Tunnus Pa
Järjestysluku 91
Luokka aktinoidi
Lohko f-lohko
Ryhmä -
Jakso 7
Tiheys 15,37[1]×103 kg/m3
Väri hopeanvalkoinen
Löytövuosi, löytäjä 1913, Kasimir Fajans ja O. H. Göhring
Atomiominaisuudet
Atomipaino 231,03588[2] amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 163[3](s. 193) pm
Kovalenttisäde 200[1] pm
Van der Waalsin säde 243[4] pm
Orbitaalirakenne [Rn] 5f26d17s2
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
Hapetusluvut +II, +III, +IV, +V[3]
Kiderakenne tetragonaalinen
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste 1841 K (1568[3] °C)
Kiehumispiste 4273 K (4000[5][6] °C)
Höyrystymislämpö 481[1][5] kJ/mol
Sulamislämpö 12,34[5] kJ/mol
Muuta
Elektronegatiivisuus 1,5 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti luotettavaa dataa ei saatavissa kJ/kg K
Lämmönjohtavuus 47[1] W/(m×K)
CAS-numero 7440-13-3
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa
Näyte protaktinium alkuaineesta. Valmistettu van Arkelin prosessilla.

Protaktinium (lat. protactinium) on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Pa, järjestysluku 91 ja CAS-numero 7440-13-3. Alkuaine on radioaktiivinen aktinoidi, jolla ei ole pysyviä isotooppeja. Sen luonnossa yleisimmän isotoopin 231Pa puoliintumisaika on 32 760 vuotta. Protaktiniumia muodostuu uraanin hajotessa. Protaktinium muuttuu alfa- ja gammasäteilyn vaikutuksesta aktiniumiksi.

Alkuaineen nimi tulee kreikan sanasta protos, ensimmäinen, ja toisesta alkuaineesta aktinium, joksi protaktinium hajoaa.[7]

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Dmitri Mendelejev ennusti 1871 protaktiniumim löytyvän toriumin (järjestysluku 90) ja uraanin (92) välistä. Monet muut Mendelejevin teoreettiset ennustukset vahvistettiin pian, mutta protaktiniumin löytämiseen meni yli 40 vuotta.[8]

Tosin jo vuonna 1900 William Crookes eristi uutta hyvin radioaktiivista ainetta uraanista, mutta hän ei kyennyt tunnistamaan sitä. Vuonna 1913 Kasimir Fajans ja Oswald Helmuth Göhring osoittivat, että tämä aine hajoaa hyvin nopeasti ja siksi nimesivät sen breviumiksi (lat. brevis: lyhyt, nopea). Myöhemmin selvisi, että brevium oli protaktiniumin isotooppi 234Pa. Lise Meitner ja Otto Hahn onnistuivat Berliinissä 1917 tekemään protaktiniumin huomattavasti vakaampaa isotooppia 231Pa. Koska jo silloin huomattiin tämän puoliintumisajan olevan vähintään useita tuhansia vuosia, nimi brevium ei enää sopinut. He kutsuivat löytämäänsä ainetta proto-aktiniumiksi. Myös Frederick Soddy valmisti tätä isotooppia itsenäisesti samoihin aikoihin Englannissa. IUPAC vahvisti nykyisen lyhyemmän nimen protaktinium vuonna 1949.[3](s. 162-163)[7]

Protaktiniumin ominaisuudet olivat huonosti tunnetut ennen vuotta 1960, jolloin A. G. Maddock työtovereineen UKAEA:ssa (United Kingdom Atomic Energy Authority) eristi 127 grammaa 99,9 % puhdasta 231Pa metallia 60 tonnista ydinpolttoaineen tuotantojätettä.[3](s. 163-164)

Yhdisteitä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Protaktiniumilla on oksidit PaO, musta dioksidi PaO2 ja valkoinen pentoksidi Pa2O5. Lisäksi tunnetaan useita muita yhdisteitä kuten protaktiniumhydridi PaH3[3](s. 194), protaktiniumkarbidi PaC[3](s. 195) ja halideja kuten PaF4, PaF5, PaI5, PaBr5 sekä kloridit PaCl4 ja PaCl5[3](s. 197-204).[5]

Isotoopit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Protaktiniumille tunnetaan 29 isotooppia, joiden massaluvut ovat 212-240 välillä, sekä kolme isomeerista tilaa. Vain 231Pa ja 234Pa isotooppeja on löydetty luonnosta. Mikään isotoopeista ei ole pysyvä, vaan ne ovat kaikki radioaktiivisia. Kaikkien isotooppien puoliintumisaika on lyhyt, poikkeuksena 231Pa (puoliintumisaika 32 760 vuotta). Tärkeimmät isotoopit ovat 231Pa ja 233Pa, jota saadaan uraanin isotoopin 233U valmistamisen sivutuotteena. 233Pa on beetasäteilijä jonka puoliintumisaika on 26,97 päivää. Se on halvin ja eniten käytetty isotooppi protaktiniumin kemian tutkimuksessa.[1][3]

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
212Pa 5,1 ms α
213Pa 5,3 ms α
214Pa 17 ms α
215Pa 14 ms α
216Pa 0,2 s α
217Pa 4,9 ms α
218Pa 0,12 ms α
219Pa 53 ns α
220Pa 0,78 μs α
221Pa 5,9 μs α
222Pa 5,7 ms α
223Pa 6 ms α
224Pa 0,9 s α
225Pa 1,8 s α
226Pa 1,8 min α (74%), EC (26%)
227Pa 38,3 min α (~85%), EC (~15%)
Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
228Pa 22 h EC (~98%), α (~2%)
229Pa 1,5 d EC (99,5%), α (0,48%)
230Pa 17,7 d EC (90%), β- (10%), α (3,2·10-3%)
231Pa 3,28·104 v α
232Pa 1,31 d β-
233Pa 26,97 d β-
234Pa 6,75 h β-
234mPa 1,175 min β- (99,87%), IT (0,13%)
235Pa 24,2 min β-
236Pa 9,1 min β-
237Pa 8,7 min β-
238Pa 2,3 min β-
239Pa 106 min β-

Lähde:[9][3](s. 165)[10]

Esiintyminen luonnossa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Protaktinium on harvinaisimpia luonnossa esiintyvistä alkuaineista. Se on kuitenkin yleisempää maankuoressa kuin aktinium (esiintyvyys 10-12%, aktiniumilla noin 5·10-15%). Se esiintyy yhdessä 235U:n kanssa, ollen sen hajoamistuote. Lähes 100% maankuoren protaktiniumista on 231Pa isotooppia, loput ovat hyvin vähäisiä määriä 234Pa:ta. Protaktiniumilla ei ole minkäänlaista biologista roolia.[1][3]

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Koska protaktinium on erittäin harvinaista, sekä radioaktiivista ja myrkyllistä, sillä ei ole juuri mitään teknillistä tai taloudellista käyttöä tieteellisen perustutkimuksen ulkopuolella.[4][1]

Protaktiniumia on käytetty radiometrisessä iänmäärityksessä, jossa vanhan kohteen ikä lasketaan sen sisältämästä 231Pa/235U suhteesta.[3](s. 189)

Haitallisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

231Pa, kuten muut alfahajoavat isotoopit joiden puoliintumisaika on lyhyt, on vaarallista organismeille. Elimistössä se kerääntyy luihin, maksaan ja munuaisiin. Vaaralliseksi katsotaan 0,03 μCi ylittävä annostus, mikä vastaa 0,5 μg 231Pa:ta. Tämä isotooppi on 2,5·108 kertaa myrkyllisempi kuin sinihappo. Laboratoriossa kaikki makroskooppisten määrien käsittely tehdään eristetyssä kaapissa.[3](s. 188)

Protaktiniummyrkytys on helpompi saada hengittämällä ainetta kuin suun kautta, koska vain 0,05% ruuan mukana tulleesta protaktiniumista jää elimistöön. Noin 40% protaktiniumista, joka on päässyt verenkiertoon, kerääntyy luihin, 15% jää maksaan ja 2% munuaisiin. Biologinen puoliintumisaika luustossa on 50 vuotta, maksassa ja munuaisissa noin 10-60 päivää.[11](s. 41)

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f g Protactinium Properties americanelements.com. Viitattu 24.8.2016. (englanniksi)
  2. Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
  3. a b c d e f g h i j k l m Boris F. Myasoedov, H. W. Kirby, & Ivan G. Tananaev (2006) Protactinium, luku 4 kirjasta Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean, toim. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (PDF) (3. painos). Dordrecht: Springer. ss. 161–252. (englanniksi)
  4. a b David Hobart: Periodic Table of Elements: alkuaine 91 Los Alamos National Laboratory heinäkuu 2013. Viitattu 28.10.2015. (englanniksi)
  5. a b c d Protactinium Chemicool. Viitattu 24.8.2016. (englanniksi)
  6. Technical data for the element Protactinium periodictable.com. Viitattu 24.8.2016. (englanniksi)
  7. a b Marko Hamilo: Mendelejev ennusti protaktiniumin Helsingin sanomat 25.10.2005 (alkuainesarjan artikkeli protaktiniumista). Viitattu 27.10.2015.
  8. Actinides: A Complete Guide, Esaak, AnVi OpenSource Knowledge Trust, 184 sivua, s. 3
  9. Protactinium Isotopes americanelements.com. Viitattu 24.8.2016. (englanniksi)
  10. Audi, G., F.G. Kondev, M. Wang, B. Pfeiffer, X. Sun, J. Blachot, & M. MacCormick. (2012): The Nubase2012 evaluation of nuclear and decay properties. Chinese Physics C, 2012, vol. 36(12), s. 1157–1286.
  11. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas (PDF) Argonne National Laboratory, maaliskuu 2007. Viitattu 12.9.2016. (englanniksi)

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Protaktinium.
Tämä kemiaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.