Протактиний (Pa)

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.