Протактиний

ПРОТАКТИНИЙ (от греч. protos -первый и актиний; лат. Protactinium) Pa, радиоактивный хим. элемент III гр. периодич. системы, ат. н. 91, ат. м. 231,0359; относится к актиноидам. Стабильных изотопов не имеет. Известно 20 изотопов с мае. ч. 216-218, 222-238. Наиб. долгоживущий изотоп-²³¹Ра (Т_1/2 3,28·10⁴ лет. поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 2·10^-26 м²), входит в радиоактивный ряд ²³⁵U. Конфигурация внеш. электронных оболочек атома 5s²5p⁶5d¹⁰5f²6s²6p⁶6d¹7s², степени окисления +4 и +5 (наиб, устойчивая), редко +3; электроотрицательность по Полингу 1,14; атомный радиус 0,163 нм, ионные радиусы для Ра⁴⁺ 0,0944 нм, Ра⁵⁺ 0,090 нм.

Содержание П. в земной коре 1·10^-10 % по массе, в урановых рудах-3·10^-7 частей на 1 часть U.

Свойства. П.-светло-серый металл. Существует в двух модификациях: ниже 1170°С устойчива a-форма с тетрагон. решеткой, а = 0,3925 нм, с = 0,3238 нм; выше 1170°С-форма с кубич. гранецентрированной решеткой, а = 0,381 нм, DH полиморфного перехода 6,7 кДж/моль. Т. пл. 1572°С, т. кип. 4487°С; плотн. 15,37 г/см³; 27,7 ДжДмоль·К); 552 кДж/моль;51,9 ДжДмоль·К).

Характеристики нек-рых соединений П. приведены в таблице. Кубич. модификацию оксида Pa(V) получают нагреванием при 500 °С гидроксида П., осажденного водным NH₃ из р-ров солей Pa(V). При нагр. в присут. BrF₅ при 500 :С кубич. модификация Ра₂О₅ переходит в орторомби-ческую. Диоксид РаО₂ получают восстановлением РаС1₅ до РаС1₄ (цинком с послед, гидролизом РаС1₄). Пента-хлорид РаС1₅ (т. пл. 306°С, т. кип. 420°С, —1154 кДж/моль), пентабромид РаВr₅ (т. пл. 283°С, т. кип. 428°С,—878 кДж/моль) и пентаиодид PaL синтезируют взаимод. Ра₂О₅ соотв. с фосгеном при 550 °С либо смесью С1₂ с СС1₄ при 300-400°С, с А1Вr₃ или АlI₃, а пентафторид РаF₅-р-цкей PaF₄ с F₂ при 100°С. Нагреванием в токе О₂'РаНа1₅ (Hal = Cl, Br, F) при 300 °С получен РаОС1₃, при 350°С-РаОВr₃, а при 160°С-Pa₂OF₈, к-рый также м. б. синтезирован при действии F₂ или смеси HF и О₂ на Ра₂О₅.

Оксисульфид РаОS получают действием смеси H₂S и CS₂ на РаС1₅ при 900 °С в присут. О₂, н и т р и д PaN₂ - восстановлением PaF₄ металлич. Ва в графитовом тигле при 1400 °С в атмосфере N₂ .

В водных р-рах стандартный электродный потенциал для пары Pa(V)/Pa(IV) 0,1 В, Pa(IV)/Pa(III) -1,8В, Ра(III)/Ра° -1,6 В,/Pa(IV) 0,1 В,/Ра° -1,35 В. При действии в водных р-рах на ион Ра⁵⁺ сильных восстановителей (амальгама Zn, Cr²⁺, Ti³⁺ и V²⁺) образуется неустойчивый ион Ра⁴⁺.

Получение. Изотоп ²³¹Ра выделяют из уранового сырья с применением осадительных, экстракционных и ионообменных методов. Всего к 1988 выделено ок. 150 г П. Он м. б. также получен при переработке ядерного топлива реакторов с торий-урановым циклом. ²³³Ра(T_1/2 27,4 сут) образуется при облучении Th нейтронами в ядерных реакторах. Металлический П. получают восстановлением PaF₄ парами Ва или Са при 1500°С.

Применение. ²³¹ Ра -исходный нуклид для получения ²³²U, к-рый используют для изготовления атомных батарей. ²³³Ра (у-излучатель) применяют в научных исследованиях.

П. высокотоксичен. ПДК ²³¹Ра в открытых водоемах и воздухе рабочих помещений соотв. 12,2 и 5,6·10^-7 Бк/л.

П. открыли в 1918 О. Ган и Л. Майтнер в- Германии и независимо от них-Ф. Содди и Дж. Кранстон в Великобритании.

Лит. Пальшин Е. С., Мясоедов Б. Ф., Давыдов А. В., Аналитическая химия протактиния, М., 1968; Keller С, "Chem. Ztg", 1978, Bd 102, №9, S. 301 23. Б. Ф. Мясоедов