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鏷(pu)（protactinium，Pa）是(shi)(shi)一種(zhong)天然放射性元素(su)。原子序(xu)數91，原子量(liang)231.03588。1913年美國化學(xue)家法揚斯發現(xian)(xian)短半衰期的(de)鏷(pu)234，1917年英國化學(xue)家索迪、哈恩等各(ge)自獨立(li)發現(xian)(xian)長半衰期的(de)鏷(pu)231，這也是(shi)(shi)僅(jin)有(you)的(de)兩種(zhong)天然放射性元素(su)，現(xian)(xian)已(yi)發現(xian)(xian)質量(liang)數在215~238之間的(de)鏷(pu)的(de)21個(ge)同位素(su)。

231Pa主要用(yong)于科(ke)學研究。它也是由(n，γ)反應制取(qu)鈾-232的原料(liao)。

鏷可用四氟化鏷等用鋇(bei)還原(yuan)而制(zhi)得(de)。也可用酮和醇從鈾精(jing)煉廠殘余物中分離、萃(cui)取。

發現簡史

發現人(ren)：哈恩、邁特(te)納、索迪、克蘭斯頓

發現年代(dai)：1917年

地點：英格蘭/法國

希(xi)臘(la)文：proto和(he)actinium（錒之母）。鏷(pu)放(fang)射性衰(shuai)變為(wei)錒。

1871年，門捷列(lie)夫預(yu)言釷和(he)鈾之間(jian)有元(yuan)素的(de)存(cun)在。當(dang)時錒系元(yuan)素還沒有被發(fa)現(xian)。因此1950年代出版的(de)周期表，先是鈾、鎢、鋯(gao)、釷、鉭(tan)，而鉭(tan)下面的(de)空格(ge)是空的(de)。造成很長一段時間(jian)的(de)化學家以(yi)EKA-鉭(tan)作為(wei)搜索的(de)結果(guo)來搜尋相似的(de)化學性質如鉭(tan)的(de)元(yuan)素，而使得發(fa)現(xian)鏷幾乎不可能(neng)。

在1903年，威(wei)廉·克魯(lu)克斯(si)從鈾分離出強(qiang)烈的放射性物質鏷，然(ran)而他(ta)不知道他(ta)發(fa)現(xian)(xian)了一(yi)個新的化學元(yuan)素，因此將其命名為鈾-X。克魯(lu)克斯(si)將硝(xiao)酸鈾酰溶解于乙醚中，發(fa)現(xian)(xian)剩(sheng)余的水中含有釷-234和鏷-234。

1913年，當時法揚(yang)斯(Kasimir Fajans)和格林(lin)(Oswald Helmuth G?hring)，在他們(men)的(de)研究鈾-238衰(shuai)變鏈(lian)：鈾-238→釷(tu)-234→鏷-234→鈾-234，發現了(le)鏷的(de)231號同位(wei)素。因為它鏷-231的(de)半衰(shuai)期僅只有6.7小時，他們(men)將這個(ge)新元素命名為Brevium（拉丁語，意(yi)思是短(duan)暫或短(duan)期）。

在1917年(nian)至1918年(nian)，兩組(zu)科學(xue)家奧托·漢恩(Otto Hahn)和莉斯·麥(mai)特(te)納(Lise Meitner)，以及德國和英國的(de)弗雷(lei)德里克·索迪(Frederick Soddy)和約翰·克蘭斯登(John Cranston)的(de)，另(ling)外發現了鏷-231，半衰期約3.2萬(wan)年(nian)。他們將這個元(yuan)素更名(ming)為(wei)(wei)鏷(protoactinium)（proto-源(yuan)于(yu)希(xi)臘(la)文(wen)：πρ?το?，意(yi)義為(wei)(wei)之(zhi)前(qian)(qian)，首(shou)先；-actinium源(yuan)于(yu)錒(a)的(de)英文(wen)名(ming)），因(yin)為(wei)(wei)鏷在鈾-235衰變鏈的(de)在錒(a)之(zhi)前(qian)(qian)。

Aristid von Grosse于(yu)1927年(nian)(nian)提取2毫克的(de)(de)Pa2O5，并(bing)于(yu)1934年(nian)(nian)首(shou)次分離(li)出元素鏷于(yu)0.1毫克的(de)(de)Pa2O5。他用(yong)兩種不(bu)同(tong)的(de)(de)方(fang)法：第一(yi)個(ge)，氧化(hua)鏷在真(zhen)空中(zhong)(zhong)照射35keV的(de)(de)電(dian)子。在另一(yi)種方(fang)法中(zhong)(zhong)，被稱為(wei)范亞克-戴波耳法，將氧化(hua)物的(de)(de)化(hua)學置HF換(huan)為(wei)一(yi)個(ge)鹵化(hua)物（氯(lv)化(hua)物，溴化(hua)物或碘化(hua)物），然后在真(zhen)空用(yong)一(yi)個(ge)電(dian)加熱的(de)(de)金(jin)屬絲:

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

1961年，英國(guo)原子(zi)能管(guan)理(li)局（UKAEA）用125克純度(du)為99.9%鏷，用一(yi)個12級的(de)過程處理(li)60噸(dun)的(de)廢料(liao)，成本約50萬美元。

美國(guo)橡樹嶺(ling)國(guo)家實驗室提供(gong)鏷的成本約280美元/克。

理化性質

密度(du)15.37克/厘米3。熔點小(xiao)于1600℃，具有放射(she)(she)性(xing)(xing)。已知(zhi)同(tong)位素(su)中(zhong)(zhong)(zhong)，231Pa壽命最長，發(fa)射(she)(she)α粒(li)子，半(ban)衰(shuai)期約為(wei)3.4×10^4。233Pa，發(fa)射(she)(she)β和γ射(she)(she)線，半(ban)衰(shuai)期為(wei)27天(tian)。其他幾種同(tong)位素(su)226Pa、237Pa等，都較"短命"。灰白色金(jin)屬，有延(yan)展性(xing)(xing)能，硬度(du)似鈾。空氣(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)穩定，晶格屬正方系。化學性(xing)(xing)質與鉭相似。常顯(xian)示+4價和+5價。鏷是第三罕有元素(su)。它(ta)在放射(she)(she)衰(shuai)變過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)產生(sheng)錒，是錒的(de)"祖先"。

在同一時間內(nei)自然界(jie)中只有幾個(ge)鏷原子存在并幾乎都在出現(xian)后幾分鐘(zhong)內(nei)衰變掉了，見(jian)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：231.0

元素類型：金屬

原子(zi)YY體(ti)積:(立(li)方厘(li)米/摩(mo)爾(er))

15.1

氧化態：

Main Pa+5

Other Pa+3, Pa+3

晶體結構(gou)：晶胞為正(zheng)交晶胞。

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(yuan)子質(zhi)量：231.036 常見化合價：+4,+5 電負(fu)性：1.5

外圍(wei)電子(zi)排布：5f2 6d1 7s2 核外電子(zi)排布：2,8,18,32,20,9,2

同位素及放(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(zi)親合和(he)能：0 KJ·mol-1

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

單質(zhi)密度(du)：15.4 g/cm3 單質(zhi)熔點： 1Y567 ℃ 單質(zhi)沸(fei)點：4027℃

原子(zi)半徑：160.6 離子(zi)半徑：未知(zhi) 共(gong)價半徑：未知(zhi)

表(biao)2 鏷的重要物理性質

性 質 數 據 性 質 數 據

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

Pa5+89

熔(rong)點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(you)兩種(zhong)制取(qu)途徑：一種(zhong)是(shi)從鈾礦(kuang)渣中(zhong)(zhong)提(ti)取(qu)；另一種(zhong)是(shi)在反(fan)應(ying)堆中(zhong)(zhong)，用中(zhong)(zhong)子輻照釷(tu)-230靶(ba)，由核反(fan)應(ying)制得(de)。

從礦渣中分(fen)離提取的(de)化學過(guo)程復雜，一般(ban)要經過(guo)溶劑萃取和離子交換(huan)分(fen)離過(guo)程。英國科學家曾從鈾“醚渣”中回收了125g純(chun)度(du)為99.9%的(de)Pa。

中(zhong)(zhong)(zhong)國研究了從(cong)鈾(you)礦渣中(zhong)(zhong)(zhong)提取鏷(pu)的流程(cheng)。該流程(cheng)以瀝青鈾(you)礦為原料，經硝(xiao)酸(suan)浸出鈾(you)、鐳后，用氫氟(fu)酸(suan)浸出渣中(zhong)(zhong)(zhong)的鏷(pu)，經苯基(ji)磷酸(suan)-2-乙(yi)基(ji)己基(ji)酯(zhi)-二(er)甲苯、三(san)烷基(ji)氧膦-二(er)甲苯、三(san)脂(zhi)肪胺-混合醇-磺化(hua)煤油等三(san)次(ci)溶(rong)劑萃取和(he)陰離子交換樹脂(zhi)色(se)層分(fen)離獲得純(chun)化(hua)鏷(pu)。

海水中的鏷

鏷在(zai)海水(shui)中(zhong)的(de)溶存形態可能是五價(jia)的(de)氧化(hua)態，以PaO(OH)2.5或(huo)Pa(OH)4.5水(shui)解形態存在(zai)。這些水(shui)解產物(wu)被吸附(fu)在(zai)氫(qing)氧化(hua)物(wu)和粘土(tu)礦物(wu)等(deng)天然(ran)吸附(fu)劑的(de)表面(mian)上，最后在(zai)海底沉積物(wu)或(huo)鐵錳結核中(zhong)富(fu)集。

由于鏷在(zai)海水中(zhong)的含量極低，所(suo)以必(bi)須要取大體積(ji)(200-500升)水樣才(cai)能分(fen)析(xi)。通常用(yong)氫(qing)氧(yang)(yang)化鐵和二氧(yang)(yang)化錳進行富(fu)集，然(ran)后再用(yong)溶劑(ji)萃(cui)取或陰離(li)子交換法分(fen)離(li)、純(chun)化。至今，海水中(zhong)測定鏷的實(shi)例還不多。有(you)的報(bao)道說，在(zai)太平(ping)洋赤道海域(yu)其值為(wei)3—5×10克/升，在(zai)北太平(ping)洋和加(jia)勒(le)比(bi)海其值為(wei)1.3-2.4×10克/升。這只不過是(shi)與(yu)U平(ping)衡值的0.15-7%。不平(ping)衡的原因是(shi)與(yu)鏷的水解產(chan)物沉積(ji)在(zai)海底沉積(ji)物所(suo)致。

在(zai)鏷的(de)放(fang)射(she)性同位(wei)素(su)中，較有(you)意義的(de)是Pa。利用(yong)鍰鏷法(Pa/Th)或鏷法，可以測定海底沉(chen)積物的(de)年代及(ji)鐵錳結核和磷塊結核的(de)生長速度。