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鏷(pu)(pu)（protactinium，Pa）是一種(zhong)天然(ran)放射性(xing)元(yuan)素(su)。原(yuan)子序數91，原(yuan)子量231.03588。1913年(nian)美國(guo)化學家法(fa)揚斯發(fa)(fa)現(xian)(xian)短半衰(shuai)期的(de)鏷(pu)(pu)234，1917年(nian)英國(guo)化學家索迪(di)、哈恩等(deng)各自(zi)獨(du)立發(fa)(fa)現(xian)(xian)長半衰(shuai)期的(de)鏷(pu)(pu)231，這也是僅有的(de)兩種(zhong)天然(ran)放射性(xing)元(yuan)素(su)，現(xian)(xian)已發(fa)(fa)現(xian)(xian)質量數在215~238之間(jian)的(de)鏷(pu)(pu)的(de)21個同位素(su)。

231Pa主要(yao)用(yong)于科學(xue)研究。它也是由(n，γ)反應制取鈾-232的(de)原(yuan)料。

鏷可(ke)用四(si)氟化(hua)鏷等用鋇還原而制(zhi)得。也(ye)可(ke)用酮和醇從鈾精煉廠殘余(yu)物(wu)中分離、萃(cui)取。

發現簡史

發現人：哈(ha)恩、邁(mai)特納、索迪(di)、克蘭(lan)斯頓

發現年代：1917年

地點：英格蘭/法國

希臘(la)文：proto和actinium（錒之母(mu)）。鏷放射性衰變為錒。

1871年，門捷列(lie)夫預言釷和鈾(you)之間有(you)元(yuan)(yuan)素的(de)(de)(de)存(cun)在。當(dang)時(shi)錒系元(yuan)(yuan)素還沒(mei)有(you)被(bei)發現(xian)。因此1950年代出版的(de)(de)(de)周期表(biao)，先是鈾(you)、鎢、鋯(gao)、釷、鉭，而(er)鉭下(xia)面的(de)(de)(de)空格(ge)是空的(de)(de)(de)。造(zao)成很長一段時(shi)間的(de)(de)(de)化學家以EKA-鉭作為搜索的(de)(de)(de)結(jie)果來搜尋相(xiang)似的(de)(de)(de)化學性(xing)質如鉭的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素，而(er)使得發現(xian)鏷幾乎不可(ke)能(neng)。

在1903年，威(wei)廉·克(ke)魯克(ke)斯從鈾(you)分離出(chu)強烈(lie)的放(fang)射性物質鏷，然而他(ta)不知道(dao)他(ta)發現了一個新的化學元素，因此將其命(ming)名為鈾(you)-X。克(ke)魯克(ke)斯將硝酸鈾(you)酰(xian)溶解于(yu)乙醚(mi)中，發現剩余的水中含有釷-234和(he)鏷-234。

1913年(nian)，當(dang)時法揚斯(si)(Kasimir Fajans)和格林(lin)(Oswald Helmuth G?hring)，在他們(men)(men)的(de)研究鈾(you)-238衰變鏈：鈾(you)-238→釷(tu)-234→鏷(pu)(pu)-234→鈾(you)-234，發現了(le)鏷(pu)(pu)的(de)231號同位(wei)素。因為(wei)它鏷(pu)(pu)-231的(de)半衰期(qi)僅(jin)只有6.7小時，他們(men)(men)將(jiang)這(zhe)個新元素命名(ming)為(wei)Brevium（拉(la)丁(ding)語，意思是短暫或短期(qi)）。

在1917年至1918年，兩組科學家奧托·漢恩(en)(Otto Hahn)和莉斯(si)·麥(mai)特納(na)(Lise Meitner)，以及(ji)德國和英國的(de)(de)弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)和約翰·克蘭(lan)斯(si)登(John Cranston)的(de)(de)，另外發現(xian)了鏷(pu)-231，半衰期(qi)約3.2萬年。他們將這個(ge)元素更名為(wei)鏷(pu)(protoactinium)（proto-源(yuan)于(yu)希臘文：πρ?το?，意義為(wei)之(zhi)前(qian)，首先；-actinium源(yuan)于(yu)錒的(de)(de)英文名），因為(wei)鏷(pu)在鈾(you)-235衰變鏈的(de)(de)在錒之(zhi)前(qian)。

Aristid von Grosse于(yu)1927年(nian)提取2毫(hao)克(ke)的(de)(de)(de)Pa2O5，并(bing)于(yu)1934年(nian)首次分(fen)離出元(yuan)素鏷于(yu)0.1毫(hao)克(ke)的(de)(de)(de)Pa2O5。他用兩種不同(tong)的(de)(de)(de)方法(fa)(fa)：第一(yi)個(ge)，氧化(hua)(hua)鏷在真空中照射35keV的(de)(de)(de)電子(zi)。在另一(yi)種方法(fa)(fa)中，被稱為范亞克(ke)-戴波耳(er)法(fa)(fa)，將氧化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學置HF換為一(yi)個(ge)鹵化(hua)(hua)物（氯化(hua)(hua)物，溴化(hua)(hua)物或(huo)碘化(hua)(hua)物），然(ran)后(hou)在真空用一(yi)個(ge)電加熱的(de)(de)(de)金屬絲:

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

1961年，英(ying)國原子能管理(li)局(ju)（UKAEA）用(yong)125克純度為99.9%鏷，用(yong)一個12級的(de)過程處(chu)理(li)60噸的(de)廢料，成(cheng)本(ben)約50萬美元(yuan)。

美國(guo)橡樹嶺國(guo)家實驗(yan)室(shi)提供(gong)鏷(pu)的成本約280美元/克。

理化性質

密度(du)15.37克/厘米3。熔點(dian)小于1600℃，具(ju)有放射(she)性(xing)。已知同位素中(zhong)，231Pa壽命最長，發射(she)α粒(li)子(zi)，半衰期(qi)約為3.4×10^4。233Pa，發射(she)β和γ射(she)線，半衰期(qi)為27天(tian)。其他幾(ji)種同位素226Pa、237Pa等，都較"短(duan)命"。灰白色金屬，有延展性(xing)能(neng)，硬度(du)似鈾。空氣(qi)中(zhong)穩定，晶格屬正方系。化學性(xing)質(zhi)與鉭(tan)相似。常顯示+4價和+5價。鏷是(shi)(shi)第三(san)罕有元素。它在放射(she)衰變過(guo)程中(zhong)產(chan)生錒(a)，是(shi)(shi)錒(a)的"祖先"。

在同一(yi)時間內自然界中只有(you)幾個鏷原子(zi)存在并幾乎都在出現后幾分鐘內衰變(bian)(bian)掉了(le)，見于鈾(you)、釷和钚的裂變(bian)(bian)產物中。

元素符號：Pa 英(ying)文名：Protactini

元素名稱：鏷

元素原子量：231.0

元素類型：金屬

原子(zi)YY體(ti)積(ji):(立方厘米/摩(mo)爾)

15.1

氧化態：

Main Pa+5

Other Pa+3, Pa+3

晶(jing)體(ti)結(jie)構(gou)：晶(jing)胞(bao)為正(zheng)交晶(jing)胞(bao)。

晶胞參數：

a = 392.5 pm

b = 39T2.5 pm

c = 323.8 pm

α = 91°

β = 92°

γ = 91°

相對原子(zi)質量：231.036 常見化合價：+4,+5 電負性：1.5

外圍電子(zi)排(pai)布：5f2 6d1 7s2 核外電子(zi)排(pai)布：2,8,18,32,20,9,2

同(tong)位(wei)素及放射線：Pa-230[17.4d] Pa-231(放 α[32800y]) Pa-233[27d]Pa-234[6.69h]Pa-234m[1.17m]

電子親合(he)和能(neng)：0 KJ·mol-1

第(di)一電(dian)離(li)(li)能(neng)：570 KJ·mol-1 第(di)二電(dian)離(li)(li)能(neng)： 0 KJ·mol-1 第(di)三電(dian)離(li)(li)能(neng)： 0 KJ·mol-1

單質密度：15.4 g/cm3 單質熔點： 1Y567 ℃ 單質沸點：4027℃

原子半(ban)(ban)徑：160.6 離子半(ban)(ban)徑：未知(zhi)(zhi) 共價(jia)半(ban)(ban)徑：未知(zhi)(zhi)

表2 鏷的重要物理性質

性 質(zhi) 數 據 性 質(zhi) 數 據

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

Pa5+89

熔(rong)點(dian)T/K 2113

沸點T/K 4300

熔化熱Q/kJ·mol-1 16.7

氣化熱Q/kJ·mol-1 481

密度ρ/kg·m-3 15370

制備方法

鏷有兩種(zhong)制(zhi)取(qu)途徑：一(yi)(yi)種(zhong)是從鈾礦渣(zha)中(zhong)提取(qu)；另一(yi)(yi)種(zhong)是在反應堆(dui)中(zhong)，用中(zhong)子輻照釷(tu)-230靶，由核(he)反應制(zhi)得。

從(cong)礦渣中(zhong)分離提取(qu)的化學(xue)(xue)過程(cheng)復雜，一般要經過溶(rong)劑萃取(qu)和離子交換分離過程(cheng)。英(ying)國科學(xue)(xue)家曾從(cong)鈾“醚(mi)渣”中(zhong)回收(shou)了(le)125g純度(du)為99.9%的Pa。

中(zhong)國研(yan)究(jiu)了從鈾礦渣中(zhong)提取鏷(pu)(pu)的(de)(de)流(liu)程(cheng)。該流(liu)程(cheng)以瀝青鈾礦為(wei)原(yuan)料，經(jing)硝酸(suan)浸出(chu)鈾、鐳后，用氫(qing)氟酸(suan)浸出(chu)渣中(zhong)的(de)(de)鏷(pu)(pu)，經(jing)苯基(ji)磷酸(suan)-2-乙基(ji)己基(ji)酯-二(er)(er)甲(jia)(jia)苯、三(san)烷基(ji)氧膦-二(er)(er)甲(jia)(jia)苯、三(san)脂肪胺-混(hun)合醇(chun)-磺(huang)化煤油等三(san)次溶(rong)劑(ji)萃取和陰(yin)離子交換樹(shu)脂色層分離獲得純化鏷(pu)(pu)。

海水中的鏷

鏷在海水(shui)中的溶存形(xing)態(tai)(tai)可能是五(wu)價的氧化(hua)態(tai)(tai)，以PaO(OH)2.5或(huo)Pa(OH)4.5水(shui)解形(xing)態(tai)(tai)存在。這些水(shui)解產物被吸(xi)附(fu)在氫氧化(hua)物和粘土礦物等天然吸(xi)附(fu)劑的表面上，最后在海底沉(chen)積物或(huo)鐵錳(meng)結核(he)中富集。

由于鏷(pu)在(zai)海(hai)水(shui)中的(de)(de)含量極低(di)，所以必須要取大體積(200-500升(sheng))水(shui)樣才(cai)能(neng)分(fen)析(xi)。通常用(yong)氫氧化(hua)鐵和二(er)氧化(hua)錳進行富集，然后再用(yong)溶劑萃(cui)取或陰離子(zi)交(jiao)換(huan)法分(fen)離、純化(hua)。至(zhi)今，海(hai)水(shui)中測定鏷(pu)的(de)(de)實(shi)例(li)還不(bu)多。有的(de)(de)報道說，在(zai)太平洋赤(chi)道海(hai)域其(qi)值為3—5×10克(ke)/升(sheng)，在(zai)北(bei)太平洋和加勒比海(hai)其(qi)值為1.3-2.4×10克(ke)/升(sheng)。這只不(bu)過是與U平衡值的(de)(de)0.15-7%。不(bu)平衡的(de)(de)原(yuan)因是與鏷(pu)的(de)(de)水(shui)解產物(wu)(wu)沉積在(zai)海(hai)底沉積物(wu)(wu)所致。

在鏷(pu)的(de)放(fang)射(she)性(xing)同(tong)位素中，較有意義的(de)是Pa。利用鍰鏷(pu)法(fa)(Pa/Th)或鏷(pu)法(fa)，可以測定海底沉積物的(de)年代及鐵錳結(jie)核和磷塊(kuai)結(jie)核的(de)生長速度。