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
92U ??? 234
90Th + ?
- 234
90Th ??? 234
91Pa + e
- 234
91Pa ??? 234
92U + 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
92U ??? 231
90Th + ?
- 231
90Th ??? 231
91Pa + e
- 231
91Pa ??? 227
89Ac + ?
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.
