№91 Протактиний   

История открытия:

В 1869 году Д.И. Менделеев предсказал наличие элемента между известными уже тогда торием и ураном, с атомной массой 235 и свойствами аналогичными танталу. В 1913 году К. Фаянсом и О. Гёрингом среди продуктов распада урана был обнаружен короткоживущий химический элемент с похожими свойствами, получивший рабочее название "уран Х_II". В 1918 г. О. Ган и Л. Мейтнер и, независимо от них Ф. Содди и Дж. Кренстон, открыли в урановой смолке более долгоживущий изотоп этого элемента, установили, что при его радиоактивном распаде образуется актиний, вследствие чего он и получил свое имя "Протактиний", которое можно перевести как "предшественник актиния".

Нахождение в природе и получение:

Протактиний относится к числу наименее распространенных на Земле элементов, он постоянно образуется в урановых рудах, претерпевая дальнейший радиоактивный распад, его равновесное содержание 10^-10%.
Из природных источников — остатков от переработки урановой смолки — можно получить только ²³¹Pa. Кроме того, ²³¹Pa можно получить облучением ²³⁰Th медленными нейтронами: ²³⁰Th + n = ²³¹Th => ²³¹Pa + b- Металлический протактиний получают из галогенидов методом металлотермии (кальций-, барийтермии) при 1400-1500°С.

Физические свойства:

Протактиний — светло-серый металл, по твёрдости приближающийся к урану. Температура плавления 1568°С; температура кипения около 4000°С, плотность 15,4 г/см³.
Самый долгоживущий и наиболее распространенный (почти 100%) естественный изотоп протактиний-231, имеет период полураспада 32760 лет и является продуктом распада урана-235. Известно еще более 10 изотопов с массовыми числами от 224 до 237 и периодами полураспада от нескольких секунд до нескольких дней.

Химические свойства:

Протактиний на воздухе обычно покрывается тонкой плёнкой монооксида. Легко реагирует с водородом при 250—300 °С, образуя гидрид PaH₃. С иодом образует летучие иодиды сложного состава.
Протактиний легко реагирует с водяным паром и кислотами, но не с щелочами.
Отмечается двойственность химических свойств протактиния: с одной стороны он подобен элементам V группы ниобию и танталу, а с другой – актиноидам. Способен проявлять степени окисления +5, +4 и реже +3 и +2.

Важнейшие соединения:

Оксиды - известны оксиды протактиния состава PaO, PaO₂ (черный), Pa₂O₅ (белый, хорошо растворяется в плавиковой кислоте, но не растворяется в азотной и соляной, при сплавлении реагирует с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов, образуя соединения состава MePaO₃ и Me₃PaO₄).
Фториды - известны фториды состава PaF₄ (коричневый), PaF₅ (белый). Парами бария или кальция восстанавливаются до металла. Образуют смешанные фториды с щелочными металлами, например Na₃PaF₈
Йодиды - известны йодиды состава PaI₃ (коричневый), PaI₄ (черный), PaI₅ (черный). Могут быть получены нагреванием оксидов протактиния с йодидом алюминия при 600°С.

Применение:

Протактиний, ввиду малого содержания в земной коре и высокой токсичности, имеет весьма ограниченное применение как добавка к ядерному топливу.
Протактиний и его соединения, как и все альфа-излучатели со сравнительно коротким периодом полураспада чрезвычайно радиоактивны и радиотоксичны. При одинаковой концентрации содержащийся в воздухе протактиний-231 в 250 миллионов раз токсичнее синильной кислоты. Максимальное безопасное количество протактиния при попадании в организм человека составляет 0,03 мккюри, что соответствует 0,5 мкг.