芒果视频

鏷（protactinium，Pa）是(shi)一種天然放(fang)射(she)性(xing)元素(su)。原子序數91，原子量231.03588。1913年美國化學家法揚斯發現(xian)(xian)短(duan)半(ban)(ban)衰(shuai)期的(de)鏷234，1917年英國化學家索迪、哈恩等各自獨立(li)發現(xian)(xian)長(chang)半(ban)(ban)衰(shuai)期的(de)鏷231，這也(ye)是(shi)僅有(you)的(de)兩種天然放(fang)射(she)性(xing)元素(su)，現(xian)(xian)已(yi)發現(xian)(xian)質量數在215~238之間的(de)鏷的(de)21個(ge)同位素(su)。

231Pa主要用于科學研(yan)究。它也是由(n，γ)反應制(zhi)取鈾(you)-232的(de)原(yuan)料。

鏷可用四氟(fu)化鏷等(deng)用鋇還原而制得。也可用酮和醇從鈾精煉(lian)廠殘余物中分離(li)、萃取。

發現簡史

發現人：哈恩、邁(mai)特納、索迪、克蘭斯頓

發現年代(dai)：1917年

地點：英格蘭/法國

希臘文：proto和(he)actinium（錒之母）。鏷放射性衰變為錒。

1871年，門捷列夫預言釷和鈾之間有(you)元素(su)的(de)(de)(de)存在。當時錒(a)系元素(su)還沒(mei)有(you)被發現(xian)。因此1950年代(dai)出版的(de)(de)(de)周期表，先是(shi)(shi)鈾、鎢(wu)、鋯、釷、鉭，而鉭下面的(de)(de)(de)空格是(shi)(shi)空的(de)(de)(de)。造成很長一(yi)段時間的(de)(de)(de)化學家以(yi)EKA-鉭作為搜索的(de)(de)(de)結果來搜尋相似的(de)(de)(de)化學性質如鉭的(de)(de)(de)元素(su)，而使得發現(xian)鏷幾乎(hu)不可(ke)能。

在1903年，威廉·克魯(lu)(lu)克斯從(cong)鈾(you)(you)分離出強烈(lie)的(de)放射(she)性(xing)物(wu)質鏷，然而他不知道他發(fa)(fa)現了(le)一個新的(de)化學元(yuan)素，因此將其命名為鈾(you)(you)-X。克魯(lu)(lu)克斯將硝酸鈾(you)(you)酰溶解于乙(yi)醚中(zhong)(zhong)，發(fa)(fa)現剩余的(de)水中(zhong)(zhong)含有釷(tu)-234和(he)鏷-234。

1913年，當時法(fa)揚斯(Kasimir Fajans)和格(ge)林(Oswald Helmuth G?hring)，在他們的研究鈾(you)-238衰(shuai)變鏈：鈾(you)-238→釷(tu)-234→鏷(pu)-234→鈾(you)-234，發現了鏷(pu)的231號同位(wei)素。因為它鏷(pu)-231的半衰(shuai)期僅只有6.7小時，他們將這(zhe)個(ge)新元素命名為Brevium（拉丁語，意(yi)思是短暫或短期）。

在(zai)(zai)1917年至1918年，兩組科學家奧托·漢恩(Otto Hahn)和莉(li)斯·麥(mai)特納(na)(Lise Meitner)，以及德國和英國的(de)弗(fu)雷德里(li)克·索迪(Frederick Soddy)和約(yue)翰·克蘭斯登(John Cranston)的(de)，另外發現了(le)鏷-231，半衰(shuai)期約(yue)3.2萬年。他們將這(zhe)個元素更名為(wei)(wei)(wei)鏷(protoactinium)（proto-源于希臘(la)文：πρ?το?，意義為(wei)(wei)(wei)之(zhi)前，首先(xian)；-actinium源于錒的(de)英文名），因為(wei)(wei)(wei)鏷在(zai)(zai)鈾-235衰(shuai)變鏈的(de)在(zai)(zai)錒之(zhi)前。

Aristid von Grosse于(yu)1927年提(ti)取2毫克(ke)的(de)(de)Pa2O5，并于(yu)1934年首次分離出(chu)元(yuan)素鏷于(yu)0.1毫克(ke)的(de)(de)Pa2O5。他用兩種不同的(de)(de)方(fang)法：第一個(ge)，氧(yang)化(hua)(hua)鏷在真(zhen)空(kong)中(zhong)照射35keV的(de)(de)電子。在另(ling)一種方(fang)法中(zhong)，被稱為范(fan)亞克(ke)-戴波耳法，將氧(yang)化(hua)(hua)物的(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)置HF換為一個(ge)鹵化(hua)(hua)物（氯(lv)化(hua)(hua)物，溴(xiu)化(hua)(hua)物或(huo)碘化(hua)(hua)物），然后在真(zhen)空(kong)用一個(ge)電加熱(re)的(de)(de)金屬(shu)絲:

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

1961年，英國原子能管理(li)局（UKAEA）用125克純度(du)為(wei)99.9%鏷(pu)，用一個12級的(de)(de)過程處(chu)理(li)60噸的(de)(de)廢料，成本約50萬美元。

美國(guo)橡樹嶺(ling)國(guo)家實驗(yan)室提供鏷的成(cheng)本(ben)約280美元/克。

理化性質

密度(du)15.37克/厘米3。熔點小于1600℃，具有(you)放射(she)(she)性(xing)。已知同位(wei)素(su)中(zhong)，231Pa壽命最長，發射(she)(she)α粒子，半衰期(qi)約(yue)為3.4×10^4。233Pa，發射(she)(she)β和(he)γ射(she)(she)線，半衰期(qi)為27天。其他幾種同位(wei)素(su)226Pa、237Pa等，都(dou)較"短(duan)命"。灰白色金屬(shu)，有(you)延展性(xing)能(neng)，硬度(du)似鈾。空氣中(zhong)穩定，晶格屬(shu)正方系。化(hua)學性(xing)質與鉭(tan)相(xiang)似。常(chang)顯示+4價和(he)+5價。鏷是第三罕有(you)元素(su)。它在放射(she)(she)衰變過(guo)程中(zhong)產生錒(a)，是錒(a)的"祖先(xian)"。

在(zai)(zai)同一時間內(nei)自然界中只有(you)幾(ji)個鏷原(yuan)子(zi)存在(zai)(zai)并幾(ji)乎都在(zai)(zai)出現后幾(ji)分(fen)鐘內(nei)衰變掉了，見于鈾、釷和钚的(de)裂變產物中。

元素符號：Pa 英文名：Protactini

元素名稱：鏷

元素原子量(liang)：231.0

元素類型：金屬

原子YY體積(ji):(立方厘米/摩爾)

15.1

氧化態：

Main Pa+5

Other Pa+3, Pa+3

晶(jing)體結構：晶(jing)胞為正交晶(jing)胞。

晶胞參數：

a = 392.5 pm

b = 39T2.5 pm

c = 323.8 pm

α = 91°

β = 92°

γ = 91°

相對(dui)原子質(zhi)量：231.036 常見化合價：+4,+5 電負性：1.5

外(wai)圍電(dian)子排(pai)布(bu)：5f2 6d1 7s2 核(he)外(wai)電(dian)子排(pai)布(bu)：2,8,18,32,20,9,2

同位素及(ji)放(fang)射線：Pa-230[17.4d] Pa-231(放(fang) α[32800y]) Pa-233[27d]Pa-234[6.69h]Pa-234m[1.17m]

電子親合和能：0 KJ·mol-1

第一電離能(neng)：570 KJ·mol-1 第二電離能(neng)： 0 KJ·mol-1 第三電離能(neng)： 0 KJ·mol-1

單(dan)質密度：15.4 g/cm3 單(dan)質熔點(dian)： 1Y567 ℃ 單(dan)質沸點(dian)：4027℃

原(yuan)子半徑：160.6 離子半徑：未(wei)(wei)知(zhi) 共價半徑：未(wei)(wei)知(zhi)

表(biao)2 鏷的重要(yao)物理性質

性(xing) 質(zhi) 數(shu) 據 性(xing) 質(zhi) 數(shu) 據

半徑r/pm Pa3+113，Pa4+98，熱導率(lv)λ/W·m-1·K-1 47(300K)

Pa5+89

熔點T/K 2113

沸(fei)點T/K 4300

熔化(hua)熱Q/kJ·mol-1 16.7

氣(qi)化(hua)熱Q/kJ·mol-1 481

密度ρ/kg·m-3 15370

制備方法

鏷有兩種制(zhi)取途徑：一種是(shi)從鈾礦(kuang)渣中(zhong)(zhong)提取；另(ling)一種是(shi)在(zai)反應(ying)堆中(zhong)(zhong)，用中(zhong)(zhong)子輻照釷-230靶，由(you)核反應(ying)制(zhi)得。

從礦渣中分(fen)離提取(qu)(qu)的化學過程復雜，一般要(yao)經(jing)過溶劑萃取(qu)(qu)和離子(zi)交(jiao)換分(fen)離過程。英國(guo)科(ke)學家(jia)曾從鈾“醚渣”中回收了(le)125g純度為99.9%的Pa。

中(zhong)國研究了從鈾礦渣(zha)中(zhong)提取(qu)鏷的流(liu)程(cheng)(cheng)。該流(liu)程(cheng)(cheng)以瀝青鈾礦為原(yuan)料，經(jing)硝酸浸(jin)(jin)出(chu)鈾、鐳(lei)后，用氫(qing)氟酸浸(jin)(jin)出(chu)渣(zha)中(zhong)的鏷，經(jing)苯(ben)基(ji)磷(lin)酸-2-乙(yi)基(ji)己基(ji)酯(zhi)-二甲苯(ben)、三(san)烷基(ji)氧膦-二甲苯(ben)、三(san)脂肪胺-混合醇-磺(huang)化(hua)煤油等(deng)三(san)次(ci)溶劑(ji)萃取(qu)和陰離子交(jiao)換樹脂色層分(fen)離獲得純(chun)化(hua)鏷。

海水中的鏷

鏷在(zai)海水(shui)中的溶存形態(tai)可能是(shi)五價的氧化態(tai)，以PaO(OH)2.5或(huo)Pa(OH)4.5水(shui)解形態(tai)存在(zai)。這些水(shui)解產(chan)物(wu)被吸(xi)(xi)附在(zai)氫氧化物(wu)和粘土礦(kuang)物(wu)等天然(ran)吸(xi)(xi)附劑的表面上，最后在(zai)海底沉積物(wu)或(huo)鐵錳結核中富集(ji)。

由(you)于鏷(pu)在(zai)海(hai)(hai)水中的(de)含量極低(di)，所(suo)以(yi)必須要(yao)取大(da)體積(200-500升)水樣才能(neng)分析。通常(chang)用氫氧化(hua)鐵和二氧化(hua)錳進行富集，然后再用溶(rong)劑(ji)萃取或(huo)陰離(li)子交換法分離(li)、純化(hua)。至今，海(hai)(hai)水中測定(ding)鏷(pu)的(de)實(shi)例還(huan)不(bu)多。有的(de)報道說，在(zai)太(tai)平洋赤道海(hai)(hai)域其值為3—5×10克/升，在(zai)北太(tai)平洋和加勒比(bi)海(hai)(hai)其值為1.3-2.4×10克/升。這只不(bu)過(guo)是與U平衡值的(de)0.15-7%。不(bu)平衡的(de)原因是與鏷(pu)的(de)水解產物(wu)沉積在(zai)海(hai)(hai)底(di)沉積物(wu)所(suo)致。

在鏷(pu)的放射性同位(wei)素中，較有意(yi)義的是Pa。利(li)用(yong)鍰(huan)鏷(pu)法(Pa/Th)或鏷(pu)法，可以測(ce)定海底(di)沉積物(wu)的年代及鐵錳結核(he)和磷塊結核(he)的生長速度。