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鏷（protactinium，Pa）是(shi)一種天然放射性(xing)(xing)元素(su)。原子序數(shu)91，原子量231.03588。1913年美(mei)國(guo)(guo)化(hua)學家法揚斯發(fa)現短(duan)半衰(shuai)期(qi)的(de)鏷234，1917年英(ying)國(guo)(guo)化(hua)學家索迪、哈恩(en)等(deng)各自獨立發(fa)現長半衰(shuai)期(qi)的(de)鏷231，這也是(shi)僅(jin)有的(de)兩種天然放射性(xing)(xing)元素(su)，現已發(fa)現質量數(shu)在215~238之間的(de)鏷的(de)21個同位素(su)。

231Pa主(zhu)要用于科(ke)學研究。它也是由(n，γ)反應制取鈾-232的原料。

鏷可(ke)用(yong)四氟化鏷等(deng)用(yong)鋇還原而制得。也可(ke)用(yong)酮和醇從鈾精煉廠殘余物(wu)中分離、萃取(qu)。

發現簡史

發現人：哈恩、邁特納、索迪、克蘭斯(si)頓

發(fa)現(xian)年代：1917年

地點：英格蘭/法國

希臘文：proto和(he)actinium（錒之(zhi)母）。鏷放射性衰變為錒。

1871年，門捷(jie)列夫預言釷和鈾(you)之(zhi)間有元(yuan)素的(de)(de)存在。當時錒系(xi)元(yuan)素還沒(mei)有被發現(xian)。因此1950年代出版的(de)(de)周(zhou)期表，先是鈾(you)、鎢、鋯、釷、鉭(tan)(tan)(tan)，而(er)鉭(tan)(tan)(tan)下面(mian)的(de)(de)空(kong)格是空(kong)的(de)(de)。造成(cheng)很長(chang)一(yi)段(duan)時間的(de)(de)化(hua)學家以EKA-鉭(tan)(tan)(tan)作(zuo)為搜(sou)索的(de)(de)結(jie)果來(lai)搜(sou)尋(xun)相似的(de)(de)化(hua)學性質如鉭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)元(yuan)素，而(er)使(shi)得發現(xian)鏷幾乎不可能。

在1903年，威廉(lian)·克魯(lu)克斯(si)從鈾分離出強烈的(de)(de)放射性物質鏷(pu)(pu)，然(ran)而他不知道他發(fa)現了一個(ge)新的(de)(de)化(hua)學元素，因此將其命名為鈾-X。克魯(lu)克斯(si)將硝酸鈾酰溶解于乙醚中(zhong)，發(fa)現剩余的(de)(de)水中(zhong)含(han)有(you)釷-234和(he)鏷(pu)(pu)-234。

1913年，當時法揚斯(Kasimir Fajans)和格(ge)林(lin)(Oswald Helmuth G?hring)，在他們的(de)研究鈾-238衰變鏈：鈾-238→釷(tu)-234→鏷(pu)-234→鈾-234，發現了(le)鏷(pu)的(de)231號同(tong)位素(su)。因為它(ta)鏷(pu)-231的(de)半衰期僅只有6.7小時，他們將這個新元素(su)命名為Brevium（拉丁(ding)語，意思是短暫(zan)或短期）。

在(zai)(zai)1917年至1918年，兩組科學(xue)家奧托(tuo)·漢恩(en)(Otto Hahn)和莉斯(si)(si)·麥特納(Lise Meitner)，以(yi)及德國和英國的(de)弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)和約翰·克蘭(lan)斯(si)(si)登(John Cranston)的(de)，另(ling)外(wai)發現了鏷(pu)-231，半(ban)衰期約3.2萬(wan)年。他們將(jiang)這(zhe)個元素更名(ming)為(wei)鏷(pu)(protoactinium)（proto-源(yuan)于(yu)希臘文：πρ?το?，意義為(wei)之前，首先(xian)；-actinium源(yuan)于(yu)錒的(de)英文名(ming)），因(yin)為(wei)鏷(pu)在(zai)(zai)鈾-235衰變鏈的(de)在(zai)(zai)錒之前。

Aristid von Grosse于1927年提取2毫(hao)克(ke)的(de)(de)(de)Pa2O5，并于1934年首次分離出元素鏷于0.1毫(hao)克(ke)的(de)(de)(de)Pa2O5。他用兩(liang)種(zhong)不同的(de)(de)(de)方法(fa)：第一個，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鏷在(zai)(zai)真空(kong)中照(zhao)射35keV的(de)(de)(de)電子(zi)。在(zai)(zai)另一種(zhong)方法(fa)中，被稱為范(fan)亞(ya)克(ke)-戴(dai)波耳法(fa)，將(jiang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學置HF換為一個鹵化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)（氯化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)，溴化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)或碘化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)），然后在(zai)(zai)真空(kong)用一個電加熱的(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)絲(si):

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

1961年，英(ying)國原子能管理局（UKAEA）用(yong)125克(ke)純度為99.9%鏷(pu)，用(yong)一(yi)個12級(ji)的(de)過程處理60噸(dun)的(de)廢料，成本約50萬美元。

美(mei)國橡樹嶺國家實(shi)驗室提供鏷的成本約280美(mei)元(yuan)/克(ke)。

理化性質

密度15.37克/厘米3。熔點小于1600℃，具有放射性。已(yi)知同位(wei)素中(zhong)，231Pa壽命(ming)最(zui)長，發(fa)射α粒子，半衰(shuai)(shuai)期(qi)(qi)約為(wei)3.4×10^4。233Pa，發(fa)射β和γ射線，半衰(shuai)(shuai)期(qi)(qi)為(wei)27天。其他幾種同位(wei)素226Pa、237Pa等，都(dou)較"短命(ming)"。灰白色金屬(shu)，有延展(zhan)性能，硬(ying)度似(si)鈾。空(kong)氣中(zhong)穩定，晶格屬(shu)正方系。化學性質與(yu)鉭(tan)相似(si)。常(chang)顯示(shi)+4價和+5價。鏷是(shi)(shi)第(di)三罕(han)有元(yuan)素。它(ta)在(zai)放射衰(shuai)(shuai)變過程(cheng)中(zhong)產生錒，是(shi)(shi)錒的"祖先"。

在(zai)(zai)同一時間內自然界中只(zhi)有幾個(ge)鏷(pu)原子(zi)存在(zai)(zai)并幾乎都在(zai)(zai)出現后幾分鐘(zhong)內衰變掉了，見于(yu)鈾、釷和(he)钚的裂變產(chan)物中。

元素符號(hao)：Pa 英文名：Protactini

元素名稱：鏷

元素原(yuan)子量：231.0

元素類型：金屬

原子YY體積:(立方(fang)厘米/摩爾)

15.1

氧化態：

Main Pa+5

Other Pa+3, Pa+3

晶體結構：晶胞(bao)為正交晶胞(bao)。

晶胞參數：

a = 392.5 pm

b = 39T2.5 pm

c = 323.8 pm

α = 91°

β = 92°

γ = 91°

相對原子質(zhi)量：231.036 常見(jian)化合價(jia)：+4,+5 電負性：1.5

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

同位素及放(fang)射(she)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(he)和能：0 KJ·mol-1

第一電離(li)能：570 KJ·mol-1 第二電離(li)能： 0 KJ·mol-1 第三電離(li)能： 0 KJ·mol-1

單(dan)質密度：15.4 g/cm3 單(dan)質熔(rong)點： 1Y567 ℃ 單(dan)質沸(fei)點：4027℃

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

表2 鏷(pu)的(de)重要物理性質(zhi)

性 質 數 據 性 質 數 據

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Q/kJ·mol-1 481

密度ρ/kg·m-3 15370

制備方法

鏷有兩種(zhong)制取途(tu)徑(jing)：一種(zhong)是從鈾(you)礦渣(zha)中提取；另一種(zhong)是在(zai)反(fan)應(ying)堆中，用中子(zi)輻照釷(tu)-230靶，由(you)核反(fan)應(ying)制得(de)。

從礦渣中(zhong)(zhong)分離(li)提取(qu)的化學過(guo)(guo)程復(fu)雜，一般要經過(guo)(guo)溶劑萃取(qu)和離(li)子交換分離(li)過(guo)(guo)程。英國(guo)科學家曾從鈾“醚渣”中(zhong)(zhong)回收了(le)125g純度為(wei)99.9%的Pa。

中(zhong)國研究了從鈾礦渣(zha)中(zhong)提取鏷(pu)(pu)的流程。該流程以瀝青鈾礦為(wei)原料，經(jing)硝酸浸出鈾、鐳后(hou)，用氫氟酸浸出渣(zha)中(zhong)的鏷(pu)(pu)，經(jing)苯基(ji)(ji)磷酸-2-乙基(ji)(ji)己基(ji)(ji)酯-二(er)甲苯、三烷基(ji)(ji)氧膦-二(er)甲苯、三脂肪胺-混合醇-磺(huang)化煤油等(deng)三次溶劑萃取和陰離子(zi)交換(huan)樹脂色層分離獲得(de)純化鏷(pu)(pu)。

海水中的鏷

鏷在(zai)(zai)海水中(zhong)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水解形態(tai)存在(zai)(zai)。這些水解產物被吸(xi)附在(zai)(zai)氫氧化物和粘土礦物等天然吸(xi)附劑的表面上，最后在(zai)(zai)海底(di)沉積物或鐵錳(meng)結核(he)中(zhong)富集。

由于鏷在(zai)海(hai)(hai)水中的含量極(ji)低(di)，所以必須要取大體(ti)積(ji)(200-500升)水樣才(cai)能(neng)分(fen)析。通常用氫氧化(hua)鐵(tie)和二氧化(hua)錳進行富集，然后(hou)再用溶劑萃取或陰離(li)子交(jiao)換法分(fen)離(li)、純(chun)化(hua)。至(zhi)今，海(hai)(hai)水中測定鏷的實(shi)例還不(bu)多。有(you)的報(bao)道(dao)說，在(zai)太平洋(yang)赤(chi)道(dao)海(hai)(hai)域其(qi)值為(wei)3—5×10克/升，在(zai)北太平洋(yang)和加勒比(bi)海(hai)(hai)其(qi)值為(wei)1.3-2.4×10克/升。這只不(bu)過是(shi)與U平衡值的0.15-7%。不(bu)平衡的原(yuan)因(yin)是(shi)與鏷的水解產物(wu)(wu)沉(chen)積(ji)在(zai)海(hai)(hai)底沉(chen)積(ji)物(wu)(wu)所致(zhi)。

在(zai)鏷的放射性同(tong)位素(su)中，較(jiao)有意(yi)義的是Pa。利用鍰鏷法(fa)(Pa/Th)或鏷法(fa)，可以測定(ding)海底沉積物(wu)的年(nian)代及(ji)鐵錳結(jie)核(he)和磷(lin)塊結(jie)核(he)的生長速度。