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Pa 91

Protactinium (Pa)

actinide
Período: 7 Bloco: f

Solid

Peso atômico padrão

231,03588 u

Configuração eletrônica

[Rn] 7s2 5f2 6d1

Ponto de fusão

1571,85 °C

Ponto de ebulição

N/D

Densidade

1,537e+4 kg/m³

Estados de oxidação

+2, +3, +4, +5

Eletronegatividade (Pauling)

1,5

Energia de ionização (1ª)

5,89 eV

Ano da descoberta

1913

Raio atômico

180 pm

Detalhes

Origem do nome Greek: proto and actinium (parent of actinium); it forms actinium when it radioactively decays.
País da descoberta England/France
Descobridores 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.

Imagens

Propriedades

Química

Eletronegatividade (Pauling)
1,5 Comparar Eletronegatividade (Pauling) de todos os elementos →
Afinidade eletrônica
0,123 eV
Energia de ionização (1ª)
5,89 eV Comparar Energia de ionização (1ª) de todos os elementos →
Energia de ionização (2ª)
11,900041 eV Comparar Energia de ionização (2ª) de todos os elementos →
Energia de ionização (3ª)
18,600064 eV Comparar Energia de ionização (3ª) de todos os elementos →
Energia de ionização (4ª)
30,900106 eV Comparar Energia de ionização (4ª) de todos os elementos →
Energia de ionização (5ª)
44,300152 eV Comparar Energia de ionização (5ª) de todos os elementos →
Estados de oxidação
+2, +3, +4, +5 Comparar Estados de oxidação de todos os elementos →
Elétrons de valência
3 Comparar Elétrons de valência de todos os elementos →
Configuração eletrônica
[Rn] 7s2 5f2 6d1

Termodinâmica

Calor de fusão
0,15546458 eV Comparar Calor de fusão de todos os elementos →
Calor de vaporização
4,974867 eV Comparar Calor de vaporização de todos os elementos →
Calor de sublimação
6,291133 eV
Calor de atomização
6,291133 eV
Entalpia de atomização
5,835104 eV

Nuclear

Prótons
91 Comparar Prótons de todos os elementos →
Nêutrons
140 Comparar Nêutrons de todos os elementos →
Isótopos conhecidos
31 Comparar Isótopos conhecidos de todos os elementos →
Isótopos estáveis
0 Comparar Isótopos estáveis de todos os elementos →
Isótopo mais estável
Pa-231
Ano da descoberta
1913

Abundância

Abundância (crosta terrestre)
1,4e-6 mg/kg Comparar Abundância (crosta terrestre) de todos os elementos →
Abundância (oceano)
5 × 10−11 mg/L Comparar Abundância (oceano) de todos os elementos →

Estrutura cristalina

Constante de rede a
392 pm

Estrutura eletrônica

Elétrons por camada
2, 8, 18, 32, 20, 9, 2 Comparar Elétrons por camada de todos os elementos →

Identificadores

Número CAS
7440-13-3 Comparar Número CAS de todos os elementos →
Símbolo de termo
4K11/2
InChI
InChI=1S/Pa
Chave InChI
XLROVYAPLOFLNU-UHFFFAOYSA-N

Configuração eletrônica Medido

Carga do íon
Prótons 91
Elétrons 91
Carga Neutro
Configuração Pa: 5f² 6d¹ 7s²
Configuração eletrônica
Medido
[Rn] 5f² 6d¹ 7s²
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 5f² 6d¹ 7s²
Diagrama de orbitais
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↑
Total de elétrons: 91 Desemparelhados: 3 ?

Modelo atômico

Prótons 91
Nêutrons 128
Elétrons 91
Número de massa 219
Estabilidade Radioativo

Os isótopos alteram o número de nêutrons, a massa e a estabilidade — não a configuração eletrônica de um átomo neutro.

Modelo atômico esquemático, sem escala.

Assinatura atômica

Espectro de emissão / absorção

0 / 0 (0 0 com intensidade)
Medido
Emissão Visível: 380–750 nm

Distribuição isotópica

Sem isótopos estáveis.

Número de massaMassa atômica (u)Abundância naturalMeia-vida
224 Radioativo224,0256176 ± 0,0000082N/D844 ms
218 Radioativo218,020059 ± 0,00002N/D108 us
216 Radioativo216,019109 ± 0,000057N/D105 ms
219 Radioativo219,019904 ± 0,000055N/D56 ns
227 Radioativo227,0288054 ± 0,000008N/D38.3 minutos
Medido

Fase / Estado

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

Motivo: 1546,8 °C abaixo do ponto de fusão (1571,85 °C)

Ponto de fusão 1571,85 °C
0 K Temperatura atual: 25 °C 6000 K
Linha do tempo das fases

Esquemático, sem escala

Sólido
Líquido + Gás
Fusão
25°C
Sólido
Líquido
Gás
Atual

Pontos de transição de fase

Ponto de fusão Literatura
1571,85 °C
Fase atual Calculado
Sólido

Energias de transição

Calor de fusão Literatura
0,15546458 eV

Energia necessária para fundir 1 mol no ponto de fusão

Calor de vaporização Literatura
4,974867 eV

Energia necessária para vaporizar 1 mol no ponto de ebulição

Calor de sublimação Literatura
6,291133 eV

Energia necessária para sublimar 1 mol no ponto de sublimação

Densidade

Densidade de referência Literatura
1,537e+4 kg/m³

Em condições padrão

Densidade atual Calculado
1,537e+4 kg/m³

Em condições padrão

Espectros atômicos

Mostrando 10 de 91. Ordenado por carga do íon (ordem crescente).

Dados de linhas disponíveis ?

ÍonCargaTotal de linhasProbabilidades de transiçãoDesignações dos níveis
Pa I 05500
Pa II +13300
Dados de linhas disponíveis no NIST →

Dados de níveis disponíveis ?

ÍonCargaNíveis
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
Dados de níveis disponíveis no NIST →
91 Pa 231.03588

Protactinium — Visualizador de orbitais atômicos

[Rn]7s25f26d1
Níveis de energia 2 8 18 32 20 9 2
Estados de oxidação +2, +3, +4, +5
HOMO 6d n=6 · l=2 · m=-2
Protactinium — Prévia do visualizador de orbitais atômicos
O Three.js é carregado apenas quando solicitado
91 Pa 231.03588

Protactinium — Visualizador de estruturas cristalinas

Tetragonal · Pearson N/A
Experimental
Pearson N/A
Protactinium — Prévia do visualizador de estruturas cristalinas
O Three.js é carregado apenas quando solicitado

Raios iônicos

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

Compostos

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

Isótopos (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.

Número de massaMassa atômica (u)Abundância naturalMeia-vidaModo de decaimento
224 Radioativo224,0256176 ± 0,0000082N/D844 ms
α ≈100%β+ ?
218 Radioativo218,020059 ± 0,00002N/D108 us
α =100%
216 Radioativo216,019109 ± 0,000057N/D105 ms
α ≈100%β+ ?
219 Radioativo219,019904 ± 0,000055N/D56 ns
α =100%β+ ?
227 Radioativo227,0288054 ± 0,000008N/D38.3 minutos
α =85±0.2%ε =15±0.2%
224 Radioativo
Massa atômica (u) 224,0256176 ± 0,0000082
Abundância natural N/D
Meia-vida 844 ms
Modo de decaimento
α ≈100%β+ ?
218 Radioativo
Massa atômica (u) 218,020059 ± 0,00002
Abundância natural N/D
Meia-vida 108 us
Modo de decaimento
α =100%
216 Radioativo
Massa atômica (u) 216,019109 ± 0,000057
Abundância natural N/D
Meia-vida 105 ms
Modo de decaimento
α ≈100%β+ ?
219 Radioativo
Massa atômica (u) 219,019904 ± 0,000055
Abundância natural N/D
Meia-vida 56 ns
Modo de decaimento
α =100%β+ ?
227 Radioativo
Massa atômica (u) 227,0288054 ± 0,000008
Abundância natural N/D
Meia-vida 38.3 minutos
Modo de decaimento
α =85±0.2%ε =15±0.2%

Propriedades ampliadas

Raios covalentes (dados ampliados)

Raio covalente (Pyykkö)
169 pm
Raio covalente (Pyykkö, ligação dupla)
138 pm
Raio covalente (Pyykkö, ligação tripla)
129 pm

Raios de van der Waals

Alvarez
288 pm
UFF
342,4 pm
MM3
264 pm

Raios atômicos e metálicos

Raio atômico (Rahm)
285 pm

Escalas de numeração

Mendeleev
18
Pettifor
46
Glawe
35

Escalas de eletronegatividade

Ghosh
0

Polarizabilidade e dispersão

Polarizabilidade dipolar
154 a.u.
Polarizabilidade dipolar (incerteza)
20 a.u.

Transições de fase e alótropos

Ponto de fusão1845,15 K

Categorias de estados de oxidação

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

Dados de referência avançados

Detalhes dos raios cristalinos (7)
CargaCNSpinrcrystal (pm)Origem
3VI118estimated,
4VI104from r^3 vs V plots,
4VIII115
5VI92
5VIII105
5IX109
3IX—133,9
Modos de decaimento dos isótopos (51)
IsótopoModoIntensidade
211A100%
211B+—
211p—
212A100%
213A100%
214A100%
215A100%
216A100%
216B+—
217A100%
Fatores de espalhamento de raios 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

Dados adicionais

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.

Referências (1)

Referências

(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 sobre a licença: 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 sobre a licença: 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.

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