Protactinio
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|---|---|---|---|---|
| ← Torio | Urano → | ||||
| ||||
| Apariencia de una sustancia simple. | ||||
| Cristales de protactinio metálico cultivados por transporte químico. | ||||
| Propiedades del átomo | ||||
| Nombre, símbolo, número | Protactinio / Protactinio (Pa), 91 | |||
| Grupo , período , bloque |
3 (obsoleto 3), 7, elemento f |
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| Masa atómica ( masa molar ) |
231.03588(2) [1] a. m.e. ( g / mol ) | |||
| Configuración electrónica | [Rn] 5f 2 6d 1 7s 2 | |||
| Radio del átomo | 161 horas | |||
| Propiedades químicas | ||||
| Radio de iones | (+5e) 89 (+3e) 113h | |||
| Electronegatividad | 1,5 (escala de Pauling) | |||
| Potencial de electrodo |
Th←Th 4+ -1.83V Th←Th 2+ 0.7V |
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| Estados de oxidación | +2, +3, +4, +5 | |||
| Energía de ionización (primer electrón) |
568 (5,89) kJ / mol ( eV ) | |||
| Propiedades termodinámicas de una sustancia simple. | ||||
| Densidad (en n.a. ) | 15,37 g/cm³ | |||
| Temperatura de fusión | 2113K (1840 ° C ) | |||
| Temperatura de ebullición | 4300K (4027 ° C ) | |||
| Oud. calor de fusión | 16,7 kJ/mol | |||
| Oud. calor de evaporacion | 481,2 kJ/mol | |||
| Capacidad calorífica molar | 27,7 [2] J/(K mol) | |||
| Volumen molar | 15,0 (22 kg 602 g) cm³ / mol | |||
| La red cristalina de una sustancia simple. | ||||
| Estructura de celosía | tetragonal | |||
| Parámetros de celosía | a=3,925 c=3,238 [3] | |||
| relación c / a | 0.82 | |||
| número CAS | 7440-13-3 | |||
| 91 | Protactinio |
| Pensilvania231.0359 | |
| 5f 2 6d 1 7s 2 | |
Protactinio ( símbolo químico - Pa , del lat. Protactinio , nombre obsoleto - protoactinio ) - un elemento químico del 3er grupo (según la clasificación obsoleta - un subgrupo lateral del tercer grupo, IIIB) del séptimo período del sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev , con número atómico 91.
Pertenece a la familia de los actínidos .
La sustancia simple protactinio es un metal radiactivo denso de color gris claro .
Historia
En 1913, Casimir Fajans y Oswald Helmut Goering descubrieron el isótopo UX 2 ( 234 Pa) en los productos de descomposición del uranio con una vida media de aproximadamente 1 minuto. y nombró al elemento " breve " (del latín brevis - "corto" o "corto") debido a la corta vida media de cierto isótopo estudiado, es decir, protactinio-234 ( 234 Pa). Un isótopo de protactinio más estable ( 231 Pa) fue descubierto en 1917/18 por Otto Hahn y Lise Meitner . Eligieron el nombre " proto-actinio " (proto-actinio), pero en 1949 la IUPAC finalmente lo denominó "protactinio" y confirmó que Hahn y Meitner fueron los descubridores. El nuevo nombre significaba "el precursor (nuclear) [4] del actinio" y reflejaba que el actinio es un producto de la desintegración radiactiva del protactinio. A John Arnold Cranston, que trabajó con Frederick Soddy y Ada Hitchins, también se le atribuye el descubrimiento del isótopo más estable en 1915, pero retrasó el anuncio debido a una convocatoria de la Primera Guerra Mundial [5] .
Black, Hahn y Meitner luego encontraron que UX 2 era similar en propiedades al tantalio . En 1918, Hahn y Meitner en brea de uranio , e independientemente Soddy y Cranston, descubrieron un isótopo de larga vida de protactinio, llamado así porque era un precursor del actinio .
Estar en la naturaleza
Depósitos
El protactinio es una parte de los minerales de uranio, que se encuentran en los EE . UU ., Suecia , Congo , España , República Checa , Sudáfrica , Rusia , Canadá , Marruecos .
Origen del nombre
Dado que el protactinio sirve como antepasado del actinio ( 227 Ac se forma durante la desintegración α de 231 Pa ), se le dio su nombre moderno.
Propiedades físicas
La configuración electrónica completa del átomo de protactinio es: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 5f 2 6d 1 7s 2 .
El protactinio es un metal gris claro radiactivo sólido, que se aproxima al uranio en dureza. A una temperatura de 2 K, tiene superconductividad .
El protactinio metálico cristaliza en el sistema tetragonal . A 1170 °C hay una modificación cúbica centrada en el cuerpo.
Propiedades químicas
El protactinio es un metal actinoide gris plateado denso que reacciona fácilmente con el oxígeno , el vapor de agua y los ácidos inorgánicos . Forma diversos compuestos químicos , en los que el protactinio suele estar presente en el estado de oxidación +5 , pero también puede estar en los estados de oxidación +4 e incluso +3 y +2. Las concentraciones de protactinio en la corteza terrestre suelen ser de unas pocas partes por billón , pero en algunos depósitos de mineral de uraninita , las concentraciones pueden llegar a varias partes por millón.
El protactinio en el aire suele estar cubierto con una fina película de monóxido. Reacciona fácilmente con hidrógeno a 250-300 °C, formando un hidruro PaH 3 . Con el yodo forma yoduros volátiles de composición compleja.
Isótopos
El isótopo de protactinio natural más longevo y más abundante (casi el 100 %), el protactinio-231, tiene una vida media de 32 760 años y es un producto de descomposición del uranio-235 . Trazas mucho más pequeñas del protactinio-234 de vida corta y su isómero nuclear protactinio-234m ocurren en la cadena de desintegración del uranio-238 . El protactinio-233 es el resultado de la descomposición del torio - 233; esta desintegración se utiliza para producir uranio-233 mediante la irradiación de neutrones de torio-232. Es un intermedio no deseado en los reactores nucleares a base de torio y, por lo tanto, se elimina del núcleo del reactor durante el proceso de reproducción. El análisis de las concentraciones relativas de varios isótopos de uranio , torio y protactinio en agua y minerales se utiliza en la datación por radioisótopos de sedimentos de hasta 175.000 años de antigüedad y en el modelado de varios procesos geológicos.
Propiedades radiactivas de algunos isótopos de protactinio:
| Número de masa | Media vida | tipo de descomposición |
|---|---|---|
| 224 | 0,6 seg. | α |
| 225 | 2,0 seg. | α |
| 226 | 1,8 seg. | α |
| 227 | 38,3 minutos | α (15%), captura electrónica (85%) |
| 228 | 22 en punto | α (2%), captura electrónica (98%) |
| 229 | 1,4 días | α (0,25%), captura electrónica (99%) |
| 230 | 17 días | β − (10 %), captura de electrones (90 %), α (0,003 %), β + (0,03 %) |
| 231 | 32480±260 años | α |
| 232 | 1,31 días | β- _ |
| 233 | 27,4 días | β- _ |
| 234 M ( UX2 ) | 1,18 minutos | β- _ |
| 234 (UZ) | 6,7 horas. | β- _ |
| 235 | 23,7 minutos | β- _ |
| 236 | 12,5 min. | β- _ |
| 237 | 10,5 min (?) / 39 min. | β- _ |
Conseguir
De fuentes naturales, residuos del procesamiento de brea de uranio, solo puede obtener 231 Pa. Además, se puede obtener 231 Pa irradiando 230 Th con neutrones lentos:
230 Th(n, γ) 231 Th (β − decaimiento, T 1/2 = 25.6 h) → 231 Pa
o cuando se irradia con 232 Th por neutrones rápidos según la reacción
232 Th(n, 2n) 231 Th (β − decaimiento, T 1/2 = 25.6 h) → 231 Pa
El isótopo 233 Pa también se obtiene a partir del torio:
232 Th(n, γ) 233 Th (β − decaimiento, T 1/2 = 23,5 min.) → 233 Pa
El protactinio metálico se obtiene reduciendo PaF 4 con vapor de bario o calcio a 1400–1500°C.
Aplicación
Debido a la escasez del protactinio, su alta radiactividad y radiotoxicidad, en la actualidad no encuentra uso fuera de la investigación científica, y para ello se obtiene principalmente del combustible nuclear gastado. Se utiliza como aditivo para combustible de uranio.
La desintegración radiactiva del exceso de actividad de los radionucleidos hijos 230 Th y 231 Pa sobre los isótopos de uranio originales en la columna sedimentaria se utiliza para determinar la edad de los sedimentos del fondo [6] .
Función biológica y características del trabajo experimental
MPC para 231 Pa en el aire de los locales de trabajo es 5,6⋅10 −4 Bq/m³ [7] . En Alemania 3⋅10 -4 Bq/m 3 . [ocho]
Todo el trabajo con 231 Pa solo está permitido en una guantera sellada. En el cuerpo humano, tiende a acumularse en los riñones, el hígado y los huesos.
Toxicidad
El protactinio, dependiendo de la composición isotópica, tiene una radiotoxicidad media, alta y muy alta [9] . Además de su toxicidad inmediata, el protactinio es radiactivo y cuando se desintegra emite partículas alfa con una energía de 5 MeV. Son retenidos de manera efectiva por una capa delgada de cualquier sustancia, incluida la piel, por lo tanto, no representan un peligro significativo para la salud. Sin embargo, cuando se ingiere, el ²³¹Pa causa un daño significativo al cuerpo, principalmente debido a los productos de fisión.
El hecho es que el propio 231 Pa tiene una vida media larga (33 toneladas), lo que significa una baja radiactividad: solo 0,048 Ci/g. Sus productos de descomposición también son isótopos inestables, en su mayoría de vida corta, lo que significa que son altamente radiactivos. Habiendo emitido una partícula alfa, el átomo de protactinio-231 se convierte en 227 Ac, ( t 1⁄2 = 22 años, actividad 73 Ci / g.) que, a su vez, en 227 Th ( t 1⁄2 = 19 días, actividad 31.000 Ci/g.) Los principales productos de la cadena de fisión se resumen en la tabla:
| Isótopo | 231Pa _ | 227 ac | 227th _ | 223 Ra | 219 Rn | 215 PO | 211Pb_ _ | 211 Bi | 207Tl _ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Actividad ( Ci /g) | 0.048 | 73 | 31 000 | 52 000 | 1.3⋅10 10 | 3⋅10 13 | 2.5⋅10 7 | 4.2⋅10 8 | 1.9⋅10 8 |
| tipo de descomposición | α | α, β | α | α | α | α | β | α, β | β |
| Media vida | 33 mil litros | 22 | 19 dias | 11 días | 4 s. | 1,8 ms. | 36 minutos | 2,1 minutos | 4,8 minutos |
Es fácil ver que la radiactividad total de todos los participantes en esta cadena es simplemente enorme.
El protactinio se encuentra en pequeñas cantidades en la mayoría de los productos naturales. Entra en el cuerpo con alimentos, agua, inhalado con aire. Solo el 0,05% se absorbe del tracto gastrointestinal a la sangre. El 40% de la sustancia que ingresa a la circulación sistémica se deposita en los huesos, el 15% en el hígado, el 2% en los riñones. El resto se excreta en heces y orina.
La vida media es muy diferente para diferentes tejidos: para los huesos es de 50 años. En otros órganos, la cinética es compleja, es condicionalmente posible distinguir los componentes rápidos y lentos. Entonces, el 70% del protactinio que ingresó al hígado tiene T 1/2 = 10 días, para el 30% restante, 60 días. En los riñones 20% ( T 1/2 = 10 días), y 80% (60 días).
En estos órganos, debido a la radiactividad, el protactinio contribuye a la aparición de enfermedades oncológicas. [10] [8]
La cantidad máxima segura de protactinio cuando ingresa al cuerpo humano es de 0,03 μCi (1,1 kBq), que corresponde a 0,5 μg [11] .
La afirmación omnipresente "El protactinio es 250 millones de veces más tóxico que el ácido cianhídrico" es, aparentemente, una ilusión [12]
Notas
- ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Pesos atómicos de los elementos 2011 (Informe Técnico IUPAC ) // Química Pura y Aplicada . - 2013. - Vol. 85 , núm. 5 . - P. 1047-1078 . -doi : 10.1351 / PAC-REP-13-03-02 .
- ↑ Editorial: Zefirov N. S. (editor en jefe). Enciclopedia química: en 5 volúmenes - Moscú: Enciclopedia soviética, 1995. - T. 4. - P. 111. - 639 p. — 20.000 copias. - ISBN 5-85270-039-8.
- ↑ WebElements Tabla periódica de los elementos | Protactinio | estructuras cristalinas . Fecha de acceso: 10 de agosto de 2010. Archivado desde el original el 22 de julio de 2010.
- ↑ Protactinio Archivado el 29 de julio de 2020 en Wayback Machine // hpschapters.org
- ↑ John Arnold Cranston Archivado el 11 de marzo de 2020 en Wayback Machine // Universidad de Glasgow
- ↑ Kuznetsov V.Yu., Arslanov Kh.A. , Kozlov V.B., Maksimov F.E., Savelyeva L.A., Chernov S.B., Baranova N.G. Copia de archivo fechada el 26 de enero de 2021 en Wayback Machine // Bulletin of St. Petersburg Universidad, N° 2 / 2003
- ↑ Enciclopedia química/Consejo editorial: Knunyants I.L. y otros.- M .: Enciclopedia soviética, 1995.- T. 4.- 639 p. — ISBN 5-82270-092-4 .
- ↑ 1 2 R. Grossmann, H. J. Maier, J. Szerypo, H. U. Friebel. Preparación de blancos de 231Pa // Instrumentos y Métodos Nucleares en Investigación en Física Sección A: Aceleradores, Espectrómetros, Detectores y Equipos Asociados. — 2008-06. — vol. 590 , edición. 1-3 . — pág. 122–125 . -doi : 10.1016/ j.nima.2008.02.084 . Archivado desde el original el 15 de junio de 2020.
- ↑ Sustancias químicas nocivas. Sustancias radiactivas: ref. edición / VA Bazhenov, L. A. Buldakov, I. Ya. Vasilenko y otros; Por debajo. edición V. A. Filova y otros.- L .: Química, 1990.- S. 35, 181.- ISBN 5-7245-0216-X .
- ↑ Laboratorio Nacional de Argonne. Hoja informativa sobre salud humana, agosto de 2005 (inglés) (7 de marzo de 2008).
- ↑ Palshin E.S., Myasoedov B.F., Davydov A.V. Química analítica del protactinio. - M. : Editorial "Nauka", 1968. - S. 15. - 240 p. — (Química analítica de los elementos). - 2200 copias.
- ↑ Discusión: Protactinio#Error en la fuente de ACP
Enlaces
 diccionarios y enciclopedias | |
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| En catálogos bibliográficos |
| compuestos de protactinio | |
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| Serie de actividad electroquímica de los metales. | |
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