Протактиний

Протактиний (лат. Protactinium), Ра, радиоактивный химический элемент, атомный номер 91, относится к актиноидам. Первый изотоп Протактиния (точнее, ядерный изомер) - короткоживущий ^234mРа (период полураспада Т_½ =1,18 мин) был обнаружен в 1913 году К. Фаянсом и немецким физиком О. Герингом в радиоактивном ряду урана - радия. В 1918 году О. Тан совместно с Л. Майтнер и независимо от них Ф. Содди и английский химик Дж. Кранстон получили и долгоживущий изотоп ²³¹Ра (Т_½ = 32 400 лет), относящийся к радиоактивному ряду актиноурана. В этом ряду Протактиний- предшественник актиния (изотоп ²²⁷Ас образуется при α-распаде ²³¹Ра), что и отражено в названии протактиний (от греч. рrоtos - первый). Известны изотопы Протактиния с массовыми числами 224-237 и ядерный изомер ^234mРа. Из них наиболее устойчив ²³¹Ра с массой 231,0359. В природе как члены естественных радиоактивных рядов встречаются ²³¹Ра и ²³¹Ра (специальное название последнего уран-зет, символ UZ), а также ^234mРа (уран-икс-2, UX₂).

Протактиний- один из самых малораспространенных элементов, на его долю приходится около 1·10^-10% массы земной коры.

О нахождении и миграции Протактиния в биосфере известно очень мало. В морской воде концентрация ²³⁴Ра составляет около 1·10^-19 г/л, в грунтах его значительно больше. Искусственный ²³³Ра интенсивно аккумулируется растениями и животными: его коэффициент накопления (т. е. отношение концентрации Протактиния в организме к его концентрации во внешней среде) составляет у планктонной водоросли Coscinodiscus janischii 1 000 000, у донной Ulva rigida - 2000, у крабов и мидий (жабры) - 3000.

Протактиний - блестящий светло-серый металл; существует в 2 модификациях: низкотемпературной тетрагональной, устойчивой до 1170 °С, и высокотемпературной кубической объемноцентрированной с t_пл 1560 °С, t_кип 4280 °С (ориентировочно). Плотность металла 15,4 г/см³. Ниже 2 К становится сверхпроводником. Поверхность металла обычно покрыта пленкой оксида РаО.

Конфигурация внешних электронов атома 5f²6d¹7s². В соединениях Протактиний проявляет степени окисления от +2 до +5 (наиболее типичны +5 и в меньшей мере +4). В степени окисления +5 атомы Протактиния не содержат 5f-электронов и по своему поведению похожи не на актиноиды, а на ниобий и тантал. В зависимости от условий окисления могут быть получены оксиды РаО₂, Pa₆O₁₄, Ра₂О₅, а также три фазы переменного состава. Оксид Ра₂O₅ можно сплавить с кислым сульфатом калия (проявляет основные свойства) и с оксидами щелочных и щелочноземельных элементов (кислотные свойства Ра₂О₅). Известны галогениды и оксигалогениды Протактиний, карбид РаС, гидрид РаН₃ и другие. В водных растворах ионы, содержащие Ра(V) или Ра(IV), склонны к гидролизу и полимеризации, их поведение часто невоспроизводимо, что очень затрудняет изучение элемента. Большой интерес к Протактинию связан с возможным использованием тория для получения атомной энергии (при поглощении ядрами тория ²³²Th нейтронов образуется изотоп ²³³Th, который быстро распадается, давая β-радиоактивный ²³³Ра).