Протактиний (Pa)

Металлический протактиний представляет собой плотный серебристо-серый материал с ярким металлическим блеском, который он сохраняет в течение некоторого времени на воздухе, однако 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 гидролизуется, соединяясь с гидроксид-ионами с образованием растворимых или нерастворимых гидроксооксидных твёрдых фаз, которые имеют тенденцию прилипать к поверхностям сосудов, в которых они содержатся. Известен ряд соединений протактиния, некоторые из которых окрашены. Элемент сверхпроводящ ниже 1.4K.

Название происходит от греческого protos (первый) и связано с тем, что элемент предшествует актинию, поскольку его наиболее распространённый изотоп (231Pa) распадается с образованием 227Ac при испускании α-частицы.

В 1913 году немецкие химики К. Фаянс и О. Г. Горинг 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; 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 цепи распада урана. Обнаруженный ими конкретный изотоп, протактиний-234m, имеет период полураспада около 1,17 минуты. Они назвали элемент brevium, что означает «краткий», а затем продолжили свои исследования. Существование протактиния было подтверждено в 1918 году, когда другой изотоп, протактиний-231, был независимо открыт и изучен двумя группами учёных: Отто Ганом и Лизе Мейтнер в Германии и Фредериком Содди и Джоном Кранстоном в Великобритании. Протактиний был впервые выделен Аристидом В. Гроссе в 1934 году. Протактиний — редкий, ядовитый и дорогой элемент, присутствующий в урановых рудах в очень малых количествах. В 1961 году Управление по атомной энергии Великобритании смогло получить 125 г протактиния чистотой 99,9 %, хотя для этого пришлось переработать около 55 000 кг руды и потратить около 500 000 долларов.

Наиболее стабильный изотоп протактиния, протактиний-231, имеет период полураспада около 32 760 лет. Он распадается с образованием актиния-227 посредством α-распада.

Название «протактиний» образовано добавлением 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 урана. Это было сильно радиоактивное вещество, однако он не смог охарактеризовать его как новый химический элемент и 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 естественного ряда распада 238U, и поэтому они назвали его «brevium». В 1917/18 годах две группы учёных — Отто Ган и Лизе Мейтнер в Германии и Фредерик Содди и Джон Кранстон в Великобритании — независимо открыли другой изотоп протактиния, 231Pa, имеющий гораздо более длительный период полураспада, около 32 000 лет. Название было изменено на proto-actinium как более соответствующее более долгоживущим характеристикам наиболее распространённого изотопа. В 1927 году Гроссе приготовил 2 мг белого порошка, который был идентифицирован как Pa2O5. В 1934 году он выделил элемент из 0,1 г чистого Pa2O5 двумя методами, один из которых заключался в превращении оксида в иодид и его «раскалывании» в высоком вакууме электрически нагреваемой нитью по реакции: 2PaI5 > 2Pa + 5I2. В 1949 году IUPAC сократил название protoactinium, официально назвав его protactinium и признав Гана и Мейтнер сооткрыватели. Новое название означало «родитель актиния» и отражало тот факт, что актиний является продуктом распада радиоактивного протактиния.