 | Protactínio |  |
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| Aparência |
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branco prateado brilhante
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| Informações gerais |
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| Nome,símbolo,número | Protactínio, Pa, 91 |
| Série química | Actinídeo |
| Grupo,período,bloco | n/a, 7, f |
| Densidade,dureza | 15370kg/m3,dureza desconhecida |
| Número CAS | 7440-13-3 |
| Número EINECS | |
| Propriedade atómicas |
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| Massa atómica | 231,03588u |
| Raio atómico(calculado) | 163pm |
| Raio covalente | 200pm |
| Raio de Van der Waals | pm |
| Configuração electrónica | [Rn] 7s2 6d1 5f2 |
| Elétrons(pornível de energia) | 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2(ver imagem) |
| Estado(s) de oxidação | 2, 3, 4,5 |
| Óxido | fracamente básico |
| Estrutura cristalina | tetragonal |
| Propriedades físicas |
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| Estado da matéria | sólido |
| Ponto de fusão | 1841 K |
| Ponto de ebulição | 4300 K |
| Entalpia de fusão | 12,34kJ/mol |
| Entalpia de vaporização | 481kJ/mol |
| Temperatura crítica | K |
| Pressão crítica | Pa |
| Volume molar | m3/mol |
| Pressão de vapor | |
| Velocidade do som | m/s a 20°C |
| Classe magnética | |
| Susceptibilidade magnética | |
| Permeabilidade magnética | |
| Temperatura de Curie | K |
| Diversos |
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| Eletronegatividade(Pauling) | 1,5 |
| Calor específico | 120J/(kg·K) |
| Condutividade elétrica | 5,29·106S/m |
| Condutividade térmica | 47W/(m·K) |
| 1.ºPotencial de ionização | 568kJ/mol |
| 2.º Potencial de ionização | kJ/mol |
| 3.º Potencial de ionização | kJ/mol |
| 4.º Potencial de ionização | kJ/mol |
| 5.º Potencial de ionização | kJ/mol |
| 6.º Potencial de ionização | kJ/mol |
| 7.º Potencial de ionização | kJ/mol |
| 8.º Potencial de ionização | kJ/mol |
| 9.º Potencial de ionização | kJ/mol |
| 10.º Potencial de ionização | kJ/mol |
| Isótopos mais estáveis |
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| iso | AN | Meia-vida | MD | Ed | PD | | MeV | | 229Pa | sintético | 1,4d | α | 5,58 | 225Ac | | 230Pa | sintético | 17,4d | ε
β− | 1,310
1,310 | 230Th
230U | | 231Pa | ~100% | 32760a | α | 5,149 | 227Ac | | 232Pa | sintético | 1,31d | β− | 0,31 | 232U | | 233Pa | sintético | 26,967d | β− | 0,571 | 233U | | 234mPa | traços | 1,17min | β−
TI | 2,29
0,0694 | 234U
234Pa | | 234Pa | traços | 6,75h | β− | 0,23 | 234U |
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| Unidades doSI &CNTP, salvo indicação contrária. |
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Oprotactínio é umelemento químico de símboloPa e denúmero atômico igual a 91 (91prótons e 91elétrons), commassa atómica aproximada de 231,0u.[1] À temperatura ambiente, o protactínio encontra-se noestado sólido. Não existe atualmente nenhum uso para o protactínio fora do âmbito da pesquisa científica básica. Foi identificado pela primeira vez em1913 porKasimir Fajans eO. H. Göhring.[2]
O protactínio é um elementometálico prateado que pertence ao grupo dosactinídios, com lustre metálico brilhante que se conserva noar por poucas horas. Torna-se umsupercondutor em temperaturas abaixo de 1,4 K.
Devido a sua escassez, altaradioatividade etoxicidade, não existe atualmente nenhum uso para o protactínio fora do âmbito da pesquisa científica básica
Em 1871, Dmitri Mendeleev previu a existência de um elemento entre tório e urânio.[2] O grupo de elementos de actinídeo era desconhecido na época. Portanto, o urânio foi posicionado abaixo dotungstênio, e tório abaixo de zircônio, deixando o espaço abaixo de tântalo vazio e, até 1950, tabelas periódicas foram publicados com esta estrutura. Por muito tempo os químicos procuraram o eka-tântalo como um elemento com propriedades químicas similares ao tântalo, fazendo uma descoberta do protactínio quase impossível. O análogo mais pesado do tântalo foi posteriormente encontrado como o elemento transurânico dubnium.
O protactínio (do grego "protos", "primeiro") foi identificado pela primeira vez em1913, quandoKasimir Fajans eO. H. Göhring encontraram oisótopo de curta duração 234m-Pa, commeia-vida de aproximadamente 1,17 minutos, durante seus estudos sobre asérie de decaimento do U-238. Deram ao novo elemento o nome de "Brevium" (do latim "brevis", "breve"). O nome foi mudado para "Protoactinium" ("protoactínio") em1918 quando dois grupos de cientistas (Otto Hahn eLise Meitner, naAlemanha, eFrederick Soddy eJohn Cranston noReino Unido), independentemente, descobriram o 231-Pa.[3] Em1949, o nome foi abreviado para "protactínio".
Em1927,Aristid V. Grosse preparou 2 mg de Pa2O5, do qual o protactínio foi isolado.[4] Em1934, foi isolado pela primeira vez a partir de 0.1 mg de Pa2O5, primeiro convertendo o óxido em iodeto e, em seguida, decompondo o iodeto eletricamente com uso de um filamento aquecido em alto vácuo,[4] conforme a reação:
- 2PaI5 → 2Pa + 5I2.
É possível recuperá-lo dosminerais de urânio por extração comsolvente. O PaF4 obtido éreduzido combário.
Em1961, no Reino Unido, produziu-se 125 gramas de protactínio 99,9% puro, processando 60 toneladas de minérios de urânio. Esta foi a única fonte de protactínio do mundo por muitos anos seguintes
O protactínio é um produto da fissão dotório,plutônio eurânio. É o mais raro dos elementos de ocorrência natural.
Quase todo o protactínio natural é encontrado na forma de protactínio-231. É um emissor alfa e é formado pela decadência do urânio-235, enquanto que o protactínio-234 (emissor de radiaçãobeta) é produzido como resultado da degradação do urânio-238. Quase todo o urânio-238 (99,8%) decai primeiro para o isômero de 234mPa.
O protactínio ocorre napechblenda na proporção de 1parte de Pa-231 para 10 milhões de partes do minério. Os minérios doZaire tem aproximadamente 3ppm. O protactínio é um dos elementos mais raros e caros.
Dois principais isótopos de protactínio, 231 Pa e 233 Pa, são produzidos a partir de tório em reatores nucleares. Ambos são indesejáveis e são usualmente removidos, adicionando assim complexidade ao projeto e operação do reator. Em particular, as reações 232 Th via ( n, 2 n ) produzem 231 Th (meia-vida 25,5 horas) que rapidamente decai para 231 Pa. O último isótopo, embora não seja um resíduo transurânico, tem uma meia-vida longa de 32,760 anos, sendo um dos principais contribuintes para a radio toxicidade a longo prazo de combustíveis nucleares usados nas usinas.
O protactínio-233 é formado após a captura de neutrões por 232 Th. Além disso, decai para urânio-233 ou capta outro nêutron e converte-se em urânio não fissível-234. 233 Pa tem uma meia-vida relativamente longa de 27 dias e alta seção transversal para captura de nêutrons (o chamado " veneno de nêutrons "). Assim, em vez de decrescer rapidamente para o 233 U útil, uma fracção significativa de 233 Pa converte-se em isótopos não fissíveis e consome nêutrons, degradando a eficiência do reactor. Para evitar isso, 233 Pa é extraído da zona ativa de reatores de sal fundido de tório, durante sua operação, de modo que só decai para 233 U. Isto é conseguido usando várias colunas de bismuto fundido com lítio dissolvido nele. Num cenário simplificado, o lítio reduz seletivamente os sais de protactínio para o metal de protactínio que é então extraído do ciclo de sal fundido. É escolhido devido ao seu baixo ponto de fusão (271 ° C), baixa pressão de vapor, boa solubilidade para lítio e actinídeos e imiscibilidade com fusão de halogêneos.
Embora protactínio esteja situado na tabela periódica entre o urânio e o tório (ambos com aplicações numerosas), devido a sua escassez, radioatividade elevada e toxicidade elevada, não há atualmente nenhum uso para o protactínio fora da pesquisa científica.
O Protactínio-231 surge da decomposição de urânio-235 formada em reatores nucleares, e pela reação 232 Th + n →231 Th + 2n e posterior decaimento beta. Uma vez pensou-se ser capaz de suportar uma reação em cadeia nuclear, que poderia, em princípio, ser usada para construir armas nucleares : o físico Walter Seifritz ( de ) uma vez estimou a massa crítica associada como 750 ± 180 kg. No entanto, a possibilidade de criticidade de 231 Pa foi descartada desde então.
Com o advento de espectrômetros de massa altamente sensíveis, uma aplicação de 231 Pa como um traçador em geologia e pale oceanografia tornou-se possível. Assim, a proporção de protactínio-231 para Tório-230 é usada para datação radiométrica de sedimentos que têm até 175.000 anos de idade e na modelagem da formação de minerais. Em particular, a sua avaliação em sedimentos oceânicos permitiu reconstruir os movimentos dos corpos de água do Atlântico Norte durante a últimaIdade do Gelo. Algumas das variações de datação relacionadas ao protactínio dependem da análise das concentrações relativas de vários membros de longa vida da cadeia de decaimento do urânio - urânio, tório e protactínio, por exemplo. Esses elementos possuem 6, 5 e 4 elétrons f na camada externa e, portanto, favorecem os estados de oxidação +6, +5 e +4, respectivamente, e mostram propriedades físicas e químicas diferentes. Assim, o tório e o protactínio, (exceto os compostos com urânio), são pouco solúveis em soluções aquosas e precipitam nos sedimentos; A taxa de precipitação é mais rápida para o tório do que para o protactínio. Além disso, a análise de concentração tanto para o protactínio-231 (meia-vida 32.760 anos) quanto para o tório-230 (meia-vida 75.380 anos) permite melhorar a precisão. Este método de duplo isótopo é também fracamente sensível a não homogeneidades na distribuição espacial dos isótopos e a variações na sua taxa de precipitação.
Os halogenetos são conhecidos nos estados de oxidação de +5.
Contém 29radioisótopos do protactínio foram identificados, sendo os mais estáveis 231-Pa commeia-vida de 32760 anos, 233-Pa com meia-vida de 26.967 dias, e 230-Pa com meia vida de 17.4 dias. Todos os demais isótoposradioativos apresentam meias-vidas abaixo de 1.6 dias, e maioria destes abaixo de 18 segundos. Este elemento apresenta 2meta estados, 217m-Pa (t½ 1.15 milisegundos) e 234m-Pa (t½ 1.7 minutos).
O principalmodo de decaimento anterior ao isótopo mais estável, 231-Pa, é aemissão alfa, e o modo dos posteriores é aemissão beta menos. Osprodutos de decaimento primários antes do 231-Pa são os isótopos do elemento Ac (actínio e os produtos primários após são os isótopos do elemento U (urânio).
O protactínio étóxico e altamenteradioativo, portanto requer precauções de manuseio semelhantes àquelas usadas com oplutônio.
Referências
- Emsley, John (2003).Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press.ISBN 9780198503408
