Pa

Protactinium


Protactinium is zeer schaars, radioactief en giftig. Als vervalproduct van uranium-238 is het te vinden in uraniumertsen. Het heeft een proton méér dan thorium en staat dus een positie hoger in het periodiek systeem. Opmerkelijk genoeg heeft het een lager atoomgewicht, omdat de meest voorkomende isotopen minder neutronen in hun kern hebben dan thorium. Deze situatie komt vier keer voor in het periodiek systeem.
Symbool Pa Protonen/elektronen 91
Groep 5 Isotopen 231Pa
Periode Elektronenconfiguratie [Rn] 7s2 5f3
Blok f Elektronegativiteit 1,5 (Pauling)
Bij kamertemperatuur vast Atoomstraal 156 10-12m
Dichtheid 15400 kg m-3 Relatieve atoommassa 231
Smeltpunt 1527 oC
(1800 K)
Soortelijke warmte J kg-1K-1
Kookpunt 4127 oC
(4400 K)
Warmtegeleidingscoëfficiënt W m-1K-1

Wetenschappelijk onderzoek

De toepassingen van het schaarse en lastig te hanteren protactinium zijn beperkt tot wetenschappelijk onderzoek, onder andere als stralingsbron en als tracer (233Pa-verbindingen). Het is tevens een tussenschakel in de productie van 233U, een splijtstof voor bepaalde typen kernreactoren.

Naam

De naam protactinium is samengesteld uit het Griekse woord protos en de naam van element 89: actinium. Protos betekent 'vooraf­gaand aan' of 'stamvader van'. De naam is gegeven omdat het radioactieve protactinium vervalt tot actinium onder de uitzending van ?-deeltjes. De oorspronkelijke naam was protOactinium. In 1949 werd dit vereenvoudigd tot protactini­um.

Ontdekking

Het bestaan van protactinium werd al in 1871 door Mendelejev afgeleid uit de structuur van het periodiek systeem. 

 

In 1913 ontdekten de Pools-Amerikaanse chemicus Kasimierz Fajans (foto) en zijn Duitse collega Oswald Helmuth Göhring het protactinium isotoop 234Pa als instabiel tussenpro­duct in de radioac­tieve vervalreeks van 238U:

238
92
U
    ???  234
90
Th + 
?
234
90
Th
  ???  234
91
Pa
 + e
234
91
Pa
  ???  234
92
U
 + e


(Zij stelden de naam brevium voor, vanwege de korte levens­duur).

Het isotoop 231Pa werd in 1917 ontdekt in de radio­ac­tieve verval­reeks van 235U:

235
92
U
    ???  231
90
Th + 
?
231
90
Th
  ???  231
91
Pa
 + e
231
91
Pa
  ???  227
89
Ac
 + ?


Dit gebeurde - onafhankelijk van elkaar - zowel door de Engelse radiochemici John Cranston en Frederick Soddy als door hun Duitse collega's Otto Hahn en Lise Meitner. De laatsten onderzochten de chemische eigenschappen van protactinium en zijn verbindingen. Zij stelden de naam prot(o)actinium voor omdat het radioactief verval immers actinium oplevert.

Voorkomen

Protactinium is bijzonder zeldzaam: met een aandeel van 1,4.10-10 % van de aardkost staat het op plaats 84e in de rangorde van in de natuur voorkomende elementen. Vrijwel al het natuurlijke protactinium is 231Pa, een vervalproduct van 238U. In het mineraal pekblende of uraniet, dat hoofdzakelijk uit UO2 bestaat (foto), komt protactinium gewoonlijk voor in enkele tienden ppm.

 

Winning

In de Democratische Republiek Congo is uraniumerts te vinden met ongeveer 3 ppm protactinium. Verbindingen van protactinium worden tegenwoordig (op de schaal van enkele grammen) gewonnen bij de opwer­king van splijtstofstaven van kernre­actoren.

Vroeger 

De Duitse nuclair chemicus Aristid von Grosse was in 1934 de eerste die een minuscule hoeveelheid elementair protactinium wist te vervaardigen. Hij deed dat door ontleding van het jodide (PaI5) in hoogvacuüm, waarbij het metaal zich afzette op een gloei­ende wol­fraamdraad. Het jodide verkreeg hij uit protactiniumoxide (Pa2O5) waarvan hij in 1927 als eerste 2 mg had weten te ïsoleren.

In 1961 wist de Atomic Energy Authority van het Verenigd Koninkrijk (UKAEA) 125 gram 99,9% zuivere protactinium te produceren, uitgaand van 60 ton afvalmateriaal, via een dozijn processtappen. In totaal kostte dat bijna tweehonderdduizend Britse ponden (destijds een half miljoen dollar). Gedurende enkele jaren was het de enige bron van protactinium. 

Tegenwoordig

Verbindingen van protactinium worden tegenwoordig (op de schaal van enkele grammen) gewonnen bij de opwer­king van splijtstofstaven van kernre­actoren.

Deel dit op: