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鏷（protactinium，Pa）是一種(zhong)天(tian)然放射性(xing)元(yuan)(yuan)素。原子(zi)序數91，原子(zi)量231.03588。1913年美國化學(xue)家法揚斯發現短半(ban)衰期(qi)的(de)鏷234，1917年英國化學(xue)家索迪(di)、哈恩等各自獨立發現長半(ban)衰期(qi)的(de)鏷231，這(zhe)也是僅有(you)的(de)兩(liang)種(zhong)天(tian)然放射性(xing)元(yuan)(yuan)素，現已發現質量數在215~238之間的(de)鏷的(de)21個(ge)同位素。

231Pa主要用(yong)于科(ke)學研究(jiu)。它也是由(n，γ)反(fan)應制取鈾-232的(de)原料。

鏷(pu)可(ke)用(yong)(yong)四氟化鏷(pu)等用(yong)(yong)鋇還(huan)原而(er)制得。也可(ke)用(yong)(yong)酮和醇(chun)從鈾精煉廠殘余物中分離、萃取。

發現簡史

發現人：哈(ha)恩(en)、邁(mai)特納(na)、索迪(di)、克蘭斯頓(dun)

發現年代：1917年

地點：英格蘭/法國

希(xi)臘文：proto和actinium（錒之母）。鏷(pu)放射性衰變(bian)為(wei)錒。

1871年(nian)，門捷列夫(fu)預言(yan)釷和鈾(you)之(zhi)間有元素(su)的存(cun)在。當時(shi)(shi)錒系元素(su)還沒有被發現。因此1950年(nian)代出(chu)版的周期表，先(xian)是鈾(you)、鎢、鋯(gao)、釷、鉭，而鉭下面的空格(ge)是空的。造(zao)成很長一段時(shi)(shi)間的化(hua)學家以EKA-鉭作為搜索的結果來搜尋(xun)相似的化(hua)學性質如(ru)鉭的元素(su)，而使(shi)得發現鏷幾乎不可能。

在1903年(nian)，威廉(lian)·克(ke)(ke)魯克(ke)(ke)斯從鈾(you)分離出強烈的放(fang)射性物(wu)質鏷，然而(er)他不知道他發現了一個新的化學元素(su)，因此將(jiang)其命(ming)名(ming)為鈾(you)-X。克(ke)(ke)魯克(ke)(ke)斯將(jiang)硝酸鈾(you)酰溶解于乙醚中，發現剩余(yu)的水中含有釷-234和鏷-234。

1913年，當時(shi)法揚斯(Kasimir Fajans)和格(ge)林(Oswald Helmuth G?hring)，在他(ta)們(men)(men)的研(yan)究鈾-238衰變(bian)鏈：鈾-238→釷-234→鏷(pu)-234→鈾-234，發現了(le)鏷(pu)的231號同位素(su)。因為(wei)它鏷(pu)-231的半衰期僅只有6.7小時(shi)，他(ta)們(men)(men)將(jiang)這個新(xin)元素(su)命名(ming)為(wei)Brevium（拉(la)丁語(yu)，意思是短暫(zan)或(huo)短期）。

在(zai)(zai)1917年(nian)至1918年(nian)，兩組科學家奧托·漢恩(Otto Hahn)和(he)(he)莉斯·麥特納(na)(Lise Meitner)，以及(ji)德(de)國和(he)(he)英(ying)國的(de)弗雷德(de)里(li)克(ke)·索迪(Frederick Soddy)和(he)(he)約翰·克(ke)蘭斯登(John Cranston)的(de)，另外發現(xian)了鏷-231，半(ban)衰期約3.2萬(wan)年(nian)。他(ta)們(men)將這(zhe)個元素更名(ming)為(wei)鏷(protoactinium)（proto-源于希臘文：πρ?το?，意義為(wei)之(zhi)前，首先；-actinium源于錒的(de)英(ying)文名(ming)），因為(wei)鏷在(zai)(zai)鈾-235衰變鏈的(de)在(zai)(zai)錒之(zhi)前。

Aristid von Grosse于(yu)1927年提取2毫克的(de)Pa2O5，并于(yu)1934年首(shou)次分離出元素鏷于(yu)0.1毫克的(de)Pa2O5。他用(yong)(yong)兩(liang)種不同的(de)方(fang)法(fa)(fa)：第一(yi)個，氧化(hua)鏷在(zai)(zai)(zai)真(zhen)(zhen)空中(zhong)照射(she)35keV的(de)電子。在(zai)(zai)(zai)另一(yi)種方(fang)法(fa)(fa)中(zhong)，被稱為范(fan)亞克-戴波(bo)耳法(fa)(fa)，將(jiang)氧化(hua)物的(de)化(hua)學置HF換為一(yi)個鹵化(hua)物（氯化(hua)物，溴化(hua)物或碘化(hua)物），然后在(zai)(zai)(zai)真(zhen)(zhen)空用(yong)(yong)一(yi)個電加(jia)熱的(de)金屬絲(si):

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

1961年，英(ying)國(guo)原子能管理(li)(li)局(ju)（UKAEA）用125克(ke)純度為99.9%鏷，用一個12級的過程處理(li)(li)60噸的廢(fei)料，成本約(yue)50萬美(mei)元。

美國(guo)橡樹嶺國(guo)家實驗室提(ti)供鏷的成本約280美元(yuan)/克。

理化性質

密度(du)(du)15.37克/厘米3。熔點小(xiao)于1600℃，具有放(fang)射性(xing)。已知(zhi)同位素(su)(su)中，231Pa壽(shou)命最長(chang)，發(fa)射α粒子，半衰期(qi)約為3.4×10^4。233Pa，發(fa)射β和γ射線，半衰期(qi)為27天。其他幾(ji)種同位素(su)(su)226Pa、237Pa等，都較(jiao)"短命"。灰白色金屬(shu)，有延展性(xing)能，硬度(du)(du)似鈾(you)。空(kong)氣中穩定，晶格屬(shu)正方系。化學性(xing)質與鉭相似。常顯示(shi)+4價(jia)和+5價(jia)。鏷是(shi)第三罕有元素(su)(su)。它在放(fang)射衰變(bian)過(guo)程中產生錒，是(shi)錒的"祖(zu)先(xian)"。

在(zai)同(tong)一時間內自然界中只有(you)幾個鏷(pu)原(yuan)子存(cun)在(zai)并幾乎(hu)都在(zai)出現(xian)后(hou)幾分(fen)鐘內衰變掉了，見于鈾、釷和钚(bu)的裂(lie)變產物中。

元素符號(hao)：Pa 英(ying)文名：Protactini

元素名稱：鏷

元素原子量(liang)：231.0

元素類型：金屬

原子YY體積:(立(li)方(fang)厘米/摩爾)

15.1

氧化態：

Main Pa+5

Other Pa+3, Pa+3

晶體結構：晶胞為正交(jiao)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(xiang)對原(yuan)子質量：231.036 常見化(hua)合價(jia)：+4,+5 電(dian)負性：1.5

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

同位素(su)及(ji)放射線：Pa-230[17.4d] Pa-231(放 α[32800y]) Pa-233[27d]Pa-234[6.69h]Pa-234m[1.17m]

電子親合和能：0 KJ·mol-1

第一電(dian)離能：570 KJ·mol-1 第二(er)電(dian)離能： 0 KJ·mol-1 第三電(dian)離能： 0 KJ·mol-1

單質(zhi)(zhi)密度：15.4 g/cm3 單質(zhi)(zhi)熔點： 1Y567 ℃ 單質(zhi)(zhi)沸點：4027℃

原子半(ban)(ban)徑(jing)(jing)：160.6 離子半(ban)(ban)徑(jing)(jing)：未知 共價(jia)半(ban)(ban)徑(jing)(jing)：未知

表2 鏷的重要物理性質

性(xing) 質(zhi) 數(shu) 據(ju) 性(xing) 質(zhi) 數(shu) 據(ju)

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

Pa5+89

熔(rong)點T/K 2113

沸點T/K 4300

熔化(hua)熱Q/kJ·mol-1 16.7

氣化熱(re)Q/kJ·mol-1 481

密(mi)度ρ/kg·m-3 15370

制備方法

鏷(pu)有兩種制取途徑：一種是(shi)從(cong)鈾礦(kuang)渣中提取；另一種是(shi)在反(fan)應(ying)堆中，用中子輻照釷-230靶，由核反(fan)應(ying)制得。

從(cong)礦渣中分離提(ti)取的化學(xue)過(guo)程復雜(za)，一般要經(jing)過(guo)溶(rong)劑萃取和離子交換分離過(guo)程。英國科學(xue)家曾從(cong)鈾“醚渣”中回收(shou)了125g純度(du)為99.9%的Pa。

中(zhong)國研究了從鈾(you)(you)礦渣(zha)中(zhong)提(ti)取(qu)鏷的流(liu)程。該流(liu)程以瀝青鈾(you)(you)礦為(wei)原料，經(jing)硝酸浸出(chu)鈾(you)(you)、鐳(lei)后，用(yong)氫氟酸浸出(chu)渣(zha)中(zhong)的鏷，經(jing)苯(ben)基(ji)磷酸-2-乙基(ji)己基(ji)酯-二(er)甲苯(ben)、三烷基(ji)氧膦-二(er)甲苯(ben)、三脂(zhi)肪(fang)胺-混合(he)醇-磺(huang)化煤油等三次溶(rong)劑(ji)萃取(qu)和陰離(li)子(zi)交換樹(shu)脂(zhi)色層分離(li)獲得純化鏷。

海水中的鏷

鏷在海水(shui)(shui)中的溶存形態(tai)可能是五價的氧化態(tai)，以PaO(OH)2.5或Pa(OH)4.5水(shui)(shui)解(jie)形態(tai)存在。這些水(shui)(shui)解(jie)產物被吸(xi)附(fu)在氫氧化物和粘土礦物等(deng)天(tian)然吸(xi)附(fu)劑的表面上，最(zui)后在海底(di)沉(chen)積物或鐵錳(meng)結核(he)中富(fu)集。

由(you)于鏷(pu)在(zai)(zai)海(hai)水(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)含量極(ji)低，所以必須要取(qu)大體積(ji)(ji)(200-500升)水(shui)(shui)樣才(cai)能分(fen)析。通常用(yong)(yong)氫氧(yang)化鐵(tie)和二氧(yang)化錳(meng)進行(xing)富集，然(ran)后再用(yong)(yong)溶劑(ji)萃(cui)取(qu)或(huo)陰(yin)離子交換法分(fen)離、純化。至(zhi)今，海(hai)水(shui)(shui)中(zhong)測定鏷(pu)的(de)(de)(de)實例還不多。有的(de)(de)(de)報道說，在(zai)(zai)太(tai)平洋(yang)赤(chi)道海(hai)域其(qi)值為3—5×10克/升，在(zai)(zai)北太(tai)平洋(yang)和加勒比(bi)海(hai)其(qi)值為1.3-2.4×10克/升。這只不過是(shi)與U平衡(heng)值的(de)(de)(de)0.15-7%。不平衡(heng)的(de)(de)(de)原因是(shi)與鏷(pu)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)解(jie)產(chan)物(wu)沉積(ji)(ji)在(zai)(zai)海(hai)底沉積(ji)(ji)物(wu)所致。

在(zai)鏷的(de)放(fang)射性同位素中，較有(you)意義(yi)的(de)是Pa。利用鍰(huan)鏷法(Pa/Th)或(huo)鏷法，可(ke)以測定海底沉積物的(de)年(nian)代及鐵錳結(jie)核和(he)磷塊結(jie)核的(de)生長速度。