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Pa 91

Protactinium (Pa)

actinide
Periodo: 7 Blocco: f

Solid

Peso atomico standard

231,03588 u

Configurazione elettronica

[Rn] 7s2 5f2 6d1

Punto di fusione

1571,85 °C

Punto di ebollizione

N/D

Densità

1,537e+4 kg/m³

Stati di ossidazione

+2, +3, +4, +5

Elettronegatività (Pauling)

1,5

Energia di ionizzazione (1ª)

5,89 eV

Anno della scoperta

1913

Raggio atomico

180 pm

Dettagli

Origine del nome Greek: proto and actinium (parent of actinium); it forms actinium when it radioactively decays.
Paese della scoperta England/France
Scopritori Fredrich Soddy, John Cranston, Otto Hahn, Lise Meitner

Protactinium is a dense, silvery actinide metal with atomic number 91. It lies between thorium and uranium and is chemically notable for the stability of the +5 oxidation state, although +4 compounds are also known. All isotopes are radioactive. Natural protactinium occurs only in trace amounts, chiefly as ²³¹Pa in the ²³⁵U decay series and as short-lived products in other decay chains, so it has little technological role outside nuclear and geochemical research.

Protactinium metal is a dense, silvery-gray material with a bright metallic luster which it retains for some time in air but it does readily react with oxygen, water vapor and inorganic acids to form various compounds. In solid compounds protactinium is most stable in the oxidation state +5, but it also exists in the +4, +3 and +2 oxidation states. In solution the +5 state rapidly hydrolyzes by combining with hydroxide ions to form soluble or insoluble hydroxy-oxide solids which have a tendency to stick to the surfaces of vessels in which it is contained. A number of protactinium compounds are known, some of which are colored. The element is superconductive below 1.4K.

The name derives from the Greek protos (first) for preceding the element actinium, because its most common isotope (231Pa) decays to 227Ac by loss of an alpha particle.

In 1913 the German chemists K. Fajans and O. H. Gohring identified the first isotope of protactinium, 234Pa, and proposed the name brevium because of that isotope's short half-life of 6.7 h. 231Pa, with a longer half-life of 3.25(1)×104 a, was identified in 1918 by the German chemist O. Hahn and the Austrian physicist L. Meitner; and, independently in Britain, by F. Soddy and J. A. Cranston.

Protactinium was first identified by Kasimir Fajans and O.H. Göhring in 1913 while studying uranium's decay chain. The particular isotope they found, protactinium-234m, has a half-life of about 1.17 minutes. They named the element brevium, meaning brief, and then continued with their studies. Protactinium's existence was confirmed in 1918 when another isotope, protactinium-231, was independently discovered and studied by two groups of scientists, Otto Hahn and Lise Meitner of Germany and Frederick Soddy and John Cranston of Great Britain. Protactinium was first isolated by Aristid V. Grosse in 1934. Protactinium is a rare, poisonous and expensive element that is present in uranium ores in very small amounts. In 1961, the Great Britain Atomic Energy Authority was able to produce 125 grams of 99.9% pure protactinium, although they had to process about 55,000 kilograms of ore and spend about $500,000 to get it.

Protactinium's most stable isotope, protactinium-231, has a half-life of about 32,760 years. It decays into actinium-227 through alpha decay.

The name "protactinium" comes from adding the Greek protos meaning first, before the word "actinium." In 1871, Dmitri Mendeleevpredicted the existence of an element between thorium and uranium. In 1900, William Crookes isolated protactinium from uraniu. It was an intensely radioactive material, however, he could not characterize it as a new chemical element and thus named it uranium-X. In 1913 the first isotope of element 91, 234Pa, was discovered by K. Fajans and O.H. Gohring. It was a very short-lived member of the naturally occurring 238U decay series and as such they named it "brevium." In 1917/18, two groups of scientists, Otto Hahn and Lise Meitner of Germany and Frederick Soddy and John Cranston of Great Britain, independently discovered another isotope of protactinium, 231Pa having much longer half-life of about 32,000 years. The name was changed to proto-actinium as being more consistent with the longer-lived characteristics of the most abundant isotope. In 1927, Grosse prepared 2 mg of a white powder, which was shown to be Pa2O5. In 1934 he isolated the element from 0.1 g of pure Pa2O5 by two methods, one of which was by converting the oxide to an iodide and "cracking" it in a high vacuum by an electrically heated filament by the reaction: 2PaI5 > 2Pa + 5I2. In 1949, the name protoactinium was shortened by the IUPAC who officially named it protactinium and confirmed Hahn and Meitner as co-discoverers. The new name meant "parent of actinium" and reflected the fact that actinium is a decay product of the radioactive decay of protactinium.

Immagini

Proprietà

Chimiche

Elettronegatività (Pauling)
1,5 Confronta Elettronegatività (Pauling) di tutti gli elementi →
Affinità elettronica
0,123 eV
Energia di ionizzazione (1ª)
5,89 eV Confronta Energia di ionizzazione (1ª) di tutti gli elementi →
Energia di ionizzazione (2ª)
11,900041 eV Confronta Energia di ionizzazione (2ª) di tutti gli elementi →
Energia di ionizzazione (3ª)
18,600064 eV Confronta Energia di ionizzazione (3ª) di tutti gli elementi →
Energia di ionizzazione (4ª)
30,900106 eV Confronta Energia di ionizzazione (4ª) di tutti gli elementi →
Energia di ionizzazione (5ª)
44,300152 eV Confronta Energia di ionizzazione (5ª) di tutti gli elementi →
Stati di ossidazione
+2, +3, +4, +5 Confronta Stati di ossidazione di tutti gli elementi →
Elettroni di valenza
3 Confronta Elettroni di valenza di tutti gli elementi →
Configurazione elettronica
[Rn] 7s2 5f2 6d1

Termodinamiche

Calore di fusione
0,15546458 eV Confronta Calore di fusione di tutti gli elementi →
Calore di vaporizzazione
4,974867 eV Confronta Calore di vaporizzazione di tutti gli elementi →
Calore di sublimazione
6,291133 eV
Calore di atomizzazione
6,291133 eV
Entalpia di atomizzazione
5,835104 eV

Abbondanza

Abbondanza (crosta terrestre)
1,4e-6 mg/kg Confronta Abbondanza (crosta terrestre) di tutti gli elementi →
Abbondanza (oceano)
5 × 10−11 mg/L Confronta Abbondanza (oceano) di tutti gli elementi →

Struttura cristallina

Costante reticolare a
392 pm

Struttura elettronica

Elettroni per guscio
2, 8, 18, 32, 20, 9, 2 Confronta Elettroni per guscio di tutti gli elementi →

Identificativi

Numero CAS
7440-13-3 Confronta Numero CAS di tutti gli elementi →
Simbolo di termine
4K11/2
InChI
InChI=1S/Pa
Chiave InChI
XLROVYAPLOFLNU-UHFFFAOYSA-N

Configurazione elettronica Misurato

Carica ionica
Protoni 91
Elettroni 91
Carica Neutro
Configurazione Pa: 5f² 6d¹ 7s²
Configurazione elettronica
Misurato
[Rn] 5f² 6d¹ 7s²
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 5f² 6d¹ 7s²
Diagramma degli orbitali
1s
2/2
2s
2/2
2p
6/6
3s
2/2
3p
6/6
4s
2/2
3d
10/10
4p
6/6
5s
2/2
4d
10/10
5p
6/6
6s
2/2
4f
14/14
5d
10/10
6p
6/6
7s
2/2
5f
2/14 2↑
6d
1/10 1↑
Elettroni totali: 91 Spaiati: 3 ?

Modello atomico

Protoni 91
Neutroni 128
Elettroni 91
Numero di massa 219
Stabilità Radioattivo

Gli isotopi modificano il numero di neutroni, la massa e la stabilità — non la configurazione elettronica di un atomo neutro.

Modello atomico schematico, non in scala.

Impronta atomica

Spettro di emissione / assorbimento

0 / 0 (0 0 con intensità)
Misurato
Emissione Visibile: 380–750 nm

Distribuzione isotopica

Nessun isotopo stabile.

Numero di massaMassa atomica (u)Abbondanza naturaleEmivita
224 Radioattivo224,0256176 ± 0,0000082N/D844 ms
218 Radioattivo218,020059 ± 0,00002N/D108 us
216 Radioattivo216,019109 ± 0,000057N/D105 ms
219 Radioattivo219,019904 ± 0,000055N/D56 ns
227 Radioattivo227,0288054 ± 0,000008N/D38.3 minuti
Misurato

Fase / Stato

1 atm / 101,325 kPa
Solido 25 °C (298,15 K)

Motivo: 1546,8 °C sotto il punto di fusione (1571,85 °C)

Punto di fusione 1571,85 °C
0 K Temperatura attuale: 25 °C 6000 K
Sequenza delle fasi

Schema non in scala

Solido
Liquido + Gas
Fusione
25°C
Solido
Liquido
Gas
Attuale

Punti di transizione di fase

Punto di fusione Letteratura
1571,85 °C
Fase attuale Calcolato
Solido

Energie di transizione

Calore di fusione Letteratura
0,15546458 eV

Energia necessaria per fondere 1 mol al punto di fusione

Calore di vaporizzazione Letteratura
4,974867 eV

Energia necessaria per vaporizzare 1 mol al punto di ebollizione

Calore di sublimazione Letteratura
6,291133 eV

Energia necessaria per sublimare 1 mol al punto di sublimazione

Densità

Densità di riferimento Letteratura
1,537e+4 kg/m³

In condizioni standard

Densità attuale Calcolato
1,537e+4 kg/m³

In condizioni standard

Spettri atomici

Sono visualizzati 10 di 91. Ordinamento per carica ionica crescente.

Righe disponibili ?

IoneCaricaRighe totaliProbabilità di transizioneDesignazioni dei livelli
Pa I 05500
Pa II +13300
Righe disponibili nel NIST →

Livelli disponibili ?

IoneCaricaLivelli
Pa I 02
Pa II +12
Pa III +22
Pa IV +32
Pa V +42
Pa VI +52
Pa VII +62
Pa VIII +72
Pa IX +82
Pa X +92
Livelli disponibili nel NIST →
91 Pa 231.03588

Protactinium — Visualizzatore degli orbitali atomici

[Rn]7s25f26d1
Livelli energetici 2 8 18 32 20 9 2
Stati di ossidazione +2, +3, +4, +5
HOMO 6d n=6 · l=2 · m=-2
Protactinium — Anteprima del visualizzatore degli orbitali atomici
Three.js viene caricato soltanto su richiesta
91 Pa 231.03588

Protactinium — Visualizzatore della struttura cristallina

Tetragonal · Pearson N/A
Sperimentale
Pearson N/A
Protactinium — Anteprima del visualizzatore della struttura cristallina
Three.js viene caricato soltanto su richiesta

Raggi ionici

CaricaCoordinazioneSpinRaggio
+36N/D104 pm
+39N/D119.9 pm
+46N/D90 pm
+48N/D101 pm
+56N/D78 pm
+58N/D91 pm
+59N/D95 pm

Composti

Pa
231,036 u
Pa
231,036 u
Pa
234,043 u
Pa
233,040 u
Pa
230,035 u
Pa
232,039 u
Pa
228,031 u
Pa
227,029 u

Isotopi (5)

Twenty-nine radioisotopes of protactinium have been discovered. Nearly all naturally occurring protactinium is 231Pa with a half-life of 32,700 years. It is an alpha emitter and is formed by the decay of uranium-235, whereas the beta radiating protactinium-234 with a half-life of 6.74 hours is produced as a result of uranium-238 decay. Nearly all uranium-238 (99.8%) decays first to the 234mPa isomer and then to 234Pa. Smaller trace amounts of the short-lived nuclear isomer protactinium-234m occur in the decay chain of uranium-238. Protactinium-233 results from the decay of thorium-233 as part of the chain of events used to produce uranium-233 by neutron irradiation of thorium-232.

Numero di massaMassa atomica (u)Abbondanza naturaleEmivitaModalità di decadimento
224 Radioattivo224,0256176 ± 0,0000082N/D844 ms
α ≈100%β+ ?
218 Radioattivo218,020059 ± 0,00002N/D108 us
α =100%
216 Radioattivo216,019109 ± 0,000057N/D105 ms
α ≈100%β+ ?
219 Radioattivo219,019904 ± 0,000055N/D56 ns
α =100%β+ ?
227 Radioattivo227,0288054 ± 0,000008N/D38.3 minuti
α =85±0.2%ε =15±0.2%
224 Radioattivo
Massa atomica (u) 224,0256176 ± 0,0000082
Abbondanza naturale N/D
Emivita 844 ms
Modalità di decadimento
α ≈100%β+ ?
218 Radioattivo
Massa atomica (u) 218,020059 ± 0,00002
Abbondanza naturale N/D
Emivita 108 us
Modalità di decadimento
α =100%
216 Radioattivo
Massa atomica (u) 216,019109 ± 0,000057
Abbondanza naturale N/D
Emivita 105 ms
Modalità di decadimento
α ≈100%β+ ?
219 Radioattivo
Massa atomica (u) 219,019904 ± 0,000055
Abbondanza naturale N/D
Emivita 56 ns
Modalità di decadimento
α =100%β+ ?
227 Radioattivo
Massa atomica (u) 227,0288054 ± 0,000008
Abbondanza naturale N/D
Emivita 38.3 minuti
Modalità di decadimento
α =85±0.2%ε =15±0.2%

Proprietà estese

Raggi covalenti (dati estesi)

Raggio covalente (Pyykkö)
169 pm
Raggio covalente (Pyykkö, legame doppio)
138 pm
Raggio covalente (Pyykkö, legame triplo)
129 pm

Raggi di van der Waals

Alvarez
288 pm
UFF
342,4 pm
MM3
264 pm

Raggi atomici e metallici

Raggio atomico (Rahm)
285 pm

Scale di numerazione

Mendeleev
18
Pettifor
46
Glawe
35

Scale di elettronegatività

Ghosh
0

Polarizzabilità e dispersione

Polarizzabilità dipolare
154 a.u.
Polarizzabilità dipolare (inc.)
20 a.u.

Transizioni di fase e allotropi

Punto di fusione1845,15 K

Categorie degli stati di ossidazione

+3 extended
+2 extended
+4 extended
+5 main

Dati di riferimento avanzati

Dettaglio dei raggi cristallini (7)
CaricaCNSpinrcrystal (pm)Origine
3VI118estimated,
4VI104from r^3 vs V plots,
4VIII115
5VI92
5VIII105
5IX109
3IX—133,9
Modalità di decadimento degli isotopi (51)
IsotopoModalitàIntensità
211A100%
211B+—
211p—
212A100%
213A100%
214A100%
215A100%
216A100%
216B+—
217A100%
Fattori di diffusione dei raggi X (516)
Energia (eV)f₁f₂
10—1,75788
10,1617—1,76101
10,3261—1,76414
10,4931—1,76728
10,6628—1,73466
10,8353—1,69295
11,0106—1,65224
11,1886—1,61457
11,3696—1,58512
11,5535—1,5562

Dati aggiuntivi

Sources

Sources of this element.

Protactinium is one of the rarest and most expensive naturally occurring elements. The average concentrations of protactinium in the Earth's crust is typically on the order of a few parts per trillion, but may reach up to a few parts per million in some uraninite ore deposits. The element occurs in pitchblende to the extent of about 1 part 231Pa to 10 million parts of ore. Ores from Zaire have about 3 ppm. In 1959 and 1961, it was announced that the Great Britain Atomic Energy Authority extracted by a 12-stage process 125 g of 99.9% protactinium, the world's only stock of the metal for many years following. The extraction was made from 60 tons of waste material at a cost of about $500,000.

Riferimenti (1)

Riferimenti

(9)
2 Atomic Mass Data Center (AMDC), International Atomic Energy Agency (IAEA)
Pa

The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.

3 IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW)
Protactinium

Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.

4 IUPAC Periodic Table of the Elements and Isotopes (IPTEI)

The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.

Nota sulla licenza: Copyright (c) 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry. The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) contribution within Pubchem is provided under a CC-BY-NC-ND 4.0 license, unless otherwise stated.
5 Jefferson Lab, U.S. Department of Energy
Protactinium

Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/

Nota sulla licenza: Please see citation and linking information: https://education.jlab.org/faq/index.html
6 Los Alamos National Laboratory, U.S. Department of Energy
Protactinium

The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.

7 NIST Physical Measurement Laboratory
Protactinium

The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database

8 PubChem Elements
Protactinium

This section provides all form of data related to element Protactinium.

9 PubChem Elements
Protactinium

The element property data was retrieved from publications.

Ultimo aggiornamento:

Dati verificati:

I contenuti vengono verificati sulla base dei dati scientifici più recenti.