← К таблице
Pa 91

Протактиний (Pa)

Актиноид
Период: 7 Блок: s

Твердое вещество

Стандартный атомный вес

231.03588 u

Электронная конфигурация

[Rn] 7s2 5f2 6d1

Температура плавления

1571.85 °C (1845 K)

Температура кипения

N/A

Плотность

1.537000e+4 kg/m³

Степени окисления

+2, +3, +4, +5

Электроотрицательность (Полинг)

1.5

Энергия ионизации (1-я)

Год открытия

1913

Атомный радиус

180 pm

Дополнительно

Происхождение названия Греческий: proto и actinium (прародитель актиния); при радиоактивном распаде образует актиний.
Страна открытия Англия/Франция
Первооткрыватели Фредрих Содди, Джон Кранстон, Отто Ган, Лиза Мейтнер

Протактиний — плотный, серебристый актинудный металл с атомным номером 91. Он расположен между торием и ураном и химически примечателен устойчивостью степени окисления +5, хотя соединения +4 также известны. Все изотопы радиоактивны. Природный протактиний содержится лишь в следовых количествах, главным образом как ²³¹Pa в рядах распада ²³⁵U и как короткоживущие продукты в других цепочках распада, поэтому он почти не имеет технологической роли вне ядерных и геохимических исследований.

Металлический протактиний — это плотный серебристо-серый материал с ярким металлическим блеском, который он сохраняет в воздухе некоторое время, однако он легко реагирует с кислородом, водяным паром и неорганическими кислотами с образованием различных соединений. В твёрдых соединениях протактиний наиболее устойчив в степени окисления +5, но он также существует в степенях окисления +4, +3 и +2. В растворе состояние +5 быстро подвергается гидролизу, соединяясь с гидроксид-ионами с образованием растворимых или нерастворимых гидроксиоксидных твёрдых фаз, которые имеют тенденцию прилипать к поверхностям сосудов, в которых он находится. Известен ряд соединений протактиния, некоторые из которых окрашены. Элемент является сверхпроводящим ниже 1.4K.

Название происходит от греческого protos (первый) и связано с тем, что элемент предшествует актинию, поскольку его наиболее распространенный изотоп (231Pa) распадается в 227Ac с потерей альфа-частицы.

В 1913 году немецкие химики К. Фаянс и О. Х. Гёринг идентифицировали первый изотоп протактиния, 234Pa, и предложили название brevium из-за короткого периода полураспада этого изотопа, составляющего 6,7 ч. 231Pa с более длительным периодом полураспада 3.25(1)×104 a был идентифицирован в 1918 году немецким химиком О. Ганом и австрийским физиком Л. Мейтнер, а независимо от них в Великобритании — Ф. Содди и Дж. А. Кранстоном.

Протактиний был впервые идентифицирован Касимиром Фаянсом и О.Х. Гёрингом в 1913 году при изучении цепочки распада урана. Обнаруженный ими конкретный изотоп, протактиний-234m, имеет период полураспада около 1,17 минуты. Они назвали элемент brevium, что означает «краткий», и продолжили свои исследования. Существование протактиния было подтверждено в 1918 году, когда другой изотоп, протактиний-231, был независимо открыт и изучен двумя группами ученых: Отто Ганом и Лизе Мейтнер в Германии и Фредериком Содди и Джоном Кранстоном в Великобритании. Протактиний был впервые выделен Арстидом В. Гроссе в 1934 году. Протактиний — редкий, ядовитый и дорогой элемент, присутствующий в урановых рудах в очень небольших количествах. В 1961 году Управление по атомной энергии Великобритании смогло получить 125 граммов протактиния чистотой 99,9%, хотя для этого пришлось переработать около 55 000 килограммов руды и потратить около 500 000 долларов.

Наиболее стабильный изотоп протактиния, протактиний-231, имеет период полураспада около 32 760 лет. Он распадается в актиний-227 посредством альфа-распада.

Название «протактиний» происходит от добавления греческого protos, означающего «первый», перед словом «актиний». В 1871 году Дмитрий Менделеев предсказал существование элемента между торием и ураном. В 1900 году Уильям Крукс выделил протактиний из урания. Однако это было интенсивно радиоактивное вещество, и он не смог охарактеризовать его как новый химический элемент, поэтому назвал его uranium-X. В 1913 году первый изотоп элемента 91, 234Pa, был открыт К. Фаянсом и О.Х. Гёрингом. Это был очень короткоживущий член естественной серии распада 238U, и поэтому они назвали его «brevium». В 1917/18 годах две группы ученых — Отто Ган и Лизе Мейтнер в Германии и Фредерик Содди и Джон Кранстон в Великобритании — независимо открыли другой изотоп протактиния, 231Pa, имеющий значительно более длительный период полураспада около 32 000 лет. Название было изменено на proto-actinium, чтобы оно было более согласовано с более долгоживущими характеристиками наиболее распространенного изотопа. В 1927 году Гроссе приготовил 2 мг белого порошка, который оказался Pa2O5. В 1934 году он выделил элемент из 0,1 г чистого Pa2O5 двумя методами, один из которых состоял в превращении оксида в иодид и его «раскалывании» в высоком вакууме электрически нагреваемой нитью по реакции: 2PaI5 > 2Pa + 5I2. В 1949 году IUPAC сократила название protoactinium, официально назвав его protactinium и подтвердив Гана и Мейтнер в качестве сооткрывателей. Новое название означало «родитель актиния» и отражало тот факт, что актиний является продуктом распада протактиния.

Изображения

Свойства

Физические

Атомный радиус (эмпир.)
180 pm
Ковалентный радиус
200 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса
243 pm
Плотность
Молярный объём
0.015 L/mol
Агрегатное состояние (НУ)
solid
Температура плавления
1571.85 °C
Кристаллическая структура
tetragonal

Химические

Электроотрицательность (Полинг)
1.5
Сродство к электрону
Энергия ионизации (1-я)
Энергия ионизации (2-я)
Энергия ионизации (3-я)
Энергия ионизации (4-я)
Энергия ионизации (5-я)
Степени окисления
+2, +3, +4, +5
Валентные электроны
3
Электронная конфигурация

Термодинамические

Теплота плавления
0.15546458 eV
Теплота парообразования
4.974867 eV
Теплота возгонки
6.291133 eV
Теплота атомизации
6.291133 eV
Энтальпия атомизации

Ядерные

Протоны
91
Нейтроны
140
Известные изотопы
31
Стабильные изотопы
0
Наиболее стабильный изотоп
Pa-231
Год открытия
1913

Распространённость

Распространённость (земная кора)
1.400e-6 мг/кг
Распространённость (океан)

Кристаллическая структура

Параметр решётки a
392 pm

Электронная структура

Электронов на оболочке
2, 8, 18, 32, 20, 9, 2

Идентификаторы

Номер CAS
7440-13-3
Термный символ
InChI
InChI=1S/Pa
InChI Key
XLROVYAPLOFLNU-UHFFFAOYSA-N

Электронная конфигурация Измерено

Заряд иона
Протоны 91
Электроны 91
Заряд Нейтральный
Конфигурация Pa: 5f² 6d¹ 7s²
Электронная конфигурация
Измерено
[Rn] 5f² 6d¹ 7s²
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 5f² 6d¹ 7s²
Орбитальная диаграмма
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↑
Всего электронов: 91 Неспаренных: 3 ?

Модель атома

Протоны 91
Нейтроны 128
Электроны 91
Массовое число 219
Стабильность Радиоактивный

Изотопы меняют число нейтронов, массу и стабильность — но не электронную конфигурацию нейтрального атома.

Схематическая модель атома, не в масштабе.

Атомный отпечаток

Спектр испускания / поглощения

0 / 0 (0 0 с интенсивностью)
Измерено
Испускание Видимый: 380–750 нм

Распределение изотопов

Нет стабильных изотопов.

Массовое числоАтомная масса (а.е.м.)Природная распространённостьПериод полураспада
224 Радиоактивный224,0256176 ± 0,0000082N/A844 мс
218 Радиоактивный218,020059 ± 0,00002N/A108 us
216 Радиоактивный216,019109 ± 0,000057N/A105 мс
219 Радиоактивный219,019904 ± 0,000055N/A56 ns
227 Радиоактивный227,0288054 ± 0,000008N/A38.3 минут
Измерено

Фазовое состояние

1 атм / 101,325 кПа
Твёрдое 25 °C (298.15 K)

Причина: на 1546.8 °C ниже точки плавления (1571.85 °C)

Температура плавления 1571.85 °C
0 K Текущая температура: 25 °C 6000 K
Шкала фаз

Схематично, не в масштабе

Твёрдое
Жидкое + газ
Плавление
25°C
Твёрдое
Жидкое
Газообразное
Текущая

Точки фазовых переходов

Температура плавления Литература
1571.85 °C
Текущая фаза Расчёт
Твёрдое

Энергии переходов

Теплота плавления Литература
0.15546458 eV

Энергия для плавления 1 моля при tплав

Теплота испарения Литература
4.974867 eV

Энергия для испарения 1 моля при tкип

Теплота возгонки Литература
6.291133 eV

Энергия для возгонки 1 моля при tвозг

Плотность

Справочная плотность Литература
1.537000e+4 kg/m³

При нормальных условиях

Текущая плотность Расчёт
1.537000e+4 kg/m³

При нормальных условиях

Атомные спектры

Показано 10 из 91 Атомные спектры. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).

Состав спектральных линий ?

ИонЗарядВсего линийВероятности переходовОбозначения уровней
Pa I 05500
Pa II +13300
NIST спектральные линии →

Состав энергетических уровней ?

IonЗарядУровни
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
NIST энергетические уровни →
91 Pa 231.03588

Protactinium — Визуализатор атомных орбиталей

[Rn]7s25f26d1
Уровни энергии 2 8 18 32 20 9 2
Степени окисления +2, +3, +4, +5
HOMO 6d n=6 · l=2 · m=-2
Protactinium — превью визуализатора атомных орбиталей
Three.js загружается только по запросу
91 Pa 231.03588

Protactinium — Визуализатор кристаллической структуры

Tetragonal · Pearson N/A
Экспериментальные
Pearson N/A
Protactinium — превью визуализатора кристаллической решётки
Three.js загружается только по запросу

Ионные радиусы

ЗарядКоординацияСпинРадиус
+36N/A104 пм
+39N/A119.9 пм
+46N/A90 пм
+48N/A101 пм
+56N/A78 пм
+58N/A91 пм
+59N/A95 пм

Соединения

Pa
231.036 а.е.м.
Pa
231.036 а.е.м.
Pa
234.043 а.е.м.
Pa
233.040 а.е.м.
Pa
230.035 а.е.м.
Pa
232.039 а.е.м.
Pa
228.031 а.е.м.
Pa
227.029 а.е.м.

Изотопы (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.

Массовое числоАтомная масса (а.е.м.)Природная распространённостьПериод полураспадаРежим распада
224 Радиоактивный224,0256176 ± 0,0000082N/A844 мс
α ≈100%β+ ?
218 Радиоактивный218,020059 ± 0,00002N/A108 us
α =100%
216 Радиоактивный216,019109 ± 0,000057N/A105 мс
α ≈100%β+ ?
219 Радиоактивный219,019904 ± 0,000055N/A56 ns
α =100%β+ ?
227 Радиоактивный227,0288054 ± 0,000008N/A38.3 минут
α =85±0.2%ε =15±0.2%
224 Радиоактивный
Атомная масса (а.е.м.) 224,0256176 ± 0,0000082
Природная распространённость N/A
Период полураспада 844 мс
Режим распада
α ≈100%β+ ?
218 Радиоактивный
Атомная масса (а.е.м.) 218,020059 ± 0,00002
Природная распространённость N/A
Период полураспада 108 us
Режим распада
α =100%
216 Радиоактивный
Атомная масса (а.е.м.) 216,019109 ± 0,000057
Природная распространённость N/A
Период полураспада 105 мс
Режим распада
α ≈100%β+ ?
219 Радиоактивный
Атомная масса (а.е.м.) 219,019904 ± 0,000055
Природная распространённость N/A
Период полураспада 56 ns
Режим распада
α =100%β+ ?
227 Радиоактивный
Атомная масса (а.е.м.) 227,0288054 ± 0,000008
Природная распространённость N/A
Период полураспада 38.3 минут
Режим распада
α =85±0.2%ε =15±0.2%

Расширенные свойства

Ковалентные радиусы (расш.)

Ковалентный радиус (Пюккё)
 
Ковалентный радиус (Пюккё, двойная связь)
 
Ковалентный радиус (Пюккё, тройная связь)
 

Радиусы Ван-дер-Ваальса

Alvarez
 
UFF
 
MM3
 

Атомные и металлические радиусы

Атомный радиус (Рам)
 

Шкалы нумерации

Mendeleev
Pettifor
Glawe

Шкалы электроотрицательности

Ghosh

Поляризуемость и дисперсия

Дипольная поляризуемость
 
Дипольная поляризуемость (погр.)
 

Фазовые переходы и аллотропы

Температура плавления1845.15 K

Категории степеней окисления

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

Расширенные справочные данные

Детализация кристаллических радиусов (7)
ЗарядCNСпинrcrystal (pm)Источник
3VI118estimated,
4VI104from r^3 vs V plots,
4VIII115
5VI92
5VIII105
5IX109
3IX133.9
Режимы распада изотопов (51)
ИзотопРежимИнтенсивность
211A100%
211B+
211p
212A100%
213A100%
214A100%
215A100%
216A100%
216B+
217A100%
Факторы рассеяния X‑лучей (516)
Энергия (eV)f₁f₂
101.75788
10.16171.76101
10.32611.76414
10.49311.76728
10.66281.73466
10.83531.69295
11.01061.65224
11.18861.61457
11.36961.58512
11.55351.5562

Дополнительные данные

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.

Источники (1)

Источники

(9)
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.

Примечание к лицензии: 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/

Примечание к лицензии: 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.

Последнее обновление:

Данные проверены:

Содержимое проверено на основе последних научных данных.