„Protactinium“ – Versionsunterschied

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== Geschichte ==
== Geschichte ==
[[Dmitri Mendelejew]] postulierte im Jahre 1871 die Existenz eines Elements zwischen [[Thorium]] und [[Uran]].<ref>Siegfried Niese: ''Die Entdeckung des Elementes 91 durch Kasimir Fajans und Oswald Göhring im Jahr 1913 und die Namensgebung durch Otto Hahn und Lise Meitner 1918'' ([http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-105988 Digitalisat]).</ref> Die Reihe der [[Actinoide]]n-Elemente war zu der Zeit noch unbekannt. Daher wurde Uran unterhalb des [[Wolframs]] gesetzt, und Thorium unterhalb des [[Zirconium]]s, wobei der Platz unterhalb des [[Tantal]]s freiblieb. Bis in die 1950er Jahre wurde das Periodensystem in dieser Form dargestellt.<ref>Michael Laing: „A Revised Periodic Table: With the Lanthanides Repositioned“, ''[[Foundations of Chemistry]]'', '''2005''', ''7''&nbsp;(3), S.&nbsp;203 ({{DOI|10.1007/s10698-004-5959-9}}).</ref> Für lange Zeit suchten Chemiker nach Eka-Tantal mit ähnlichen chemischen Eigenschaften zum Tantal, wodurch die Entdeckung des Protactiniums nahezu unmöglich wurde.

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Im Jahre 1900 isolierte [[William Crookes]] ein stark radioaktives Material aus Uran; allerdings konnte es es nicht als neues chemisches Element charakterisieren und nannte es ''Uranium-X'' (UX).<ref>William Crookes: „Radio-Activity of Uranium“, ''[[Proceedings of the Royal Society of London]]'', '''1899''', ''66'', S.&nbsp;409–423 ({{DOI|10.1098/rspl.1899.0120}}).</ref><ref name="Emsley">John Emsley ''Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements'', Oxford University Press, Oxford, England, UK 2001, ISBN 0-19-850340-7, S.&nbsp;347–349, Kapitel: ''Protactinium'' ({{Google Buch | BuchID = j-Xu07p3cKwC | Seite = 348 }}).</ref><ref>''A Glossary of Terms in Nuclear Science and Technology'', S.&nbsp;180 ({{Google Buch | BuchID =-zgrAAAAYAAJ | Seite = 180}}).</ref>

<sup>234''m''</sup>Pa wurde 1913 von [[Kasimir Fajans]] und [[Oswald Helmuth Göhring]] entdeckt, sie gaben ihm wegen seiner kurzen Halbwertszeit (1,17 Minuten) den Namen Brevium ({{laS|''brevis''}} ‚kurz‘).<ref>K. Fajans: ''Die Stellung der Radioelemente im periodischen System'', in: ''[[Physikalische Zeitschrift]]'', '''1913''', ''14''&nbsp;(4), S.&nbsp;136–142.</ref><ref>Kasimir Fajans: ''Radioactive transformations and the periodic system of the elements'', in: ''[[Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft]]'', '''1913''', ''46'', S.&nbsp;422–439.</ref> Das langlebige <sup>231</sup>Pa (t<sub>½</sub> = 32.760 Jahre) wurde 1918 von [[Otto Hahn]] und [[Lise Meitner]] gefunden, sie nannten es Protoactinium (das chemische Element, das in der [[Zerfallsreihe]] des [[Uran]]-235 vor dem [[Actinium]] steht).<ref>Otto Hahn, Lise Meitner: Die Muttersubstanz des Actiniums, ein Neues Radioaktives Element von Langer Lebensdauer, in: ''[[Phys. Z]]'', '''1918''', ''19'', S.&nbsp;208–218 ({{DOI|10.1002/bbpc.19180241107}}).</ref><ref>Lise Meitner, Otto Hahn: Über das Protactinium und die Frage nach der Möglichkeit seiner Herstellung als chemisches Element, in: ''[[Die Naturwissenschaften]]'', '''1919''', ''33''&nbsp;(7), S.&nbsp;611–612 ({{DOI|10.1007/BF01498184}}).</ref><ref>Siegfried Niese: ''Die Entdeckung des Elementes 91 durch Kasimir Fajans und Oswald Göhring im Jahr 1913 und die Namensgebung durch Otto Hahn und Lise Meitner 1918'' ([http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-105988 Digitalisat]).</ref>
<sup>234''m''</sup>Pa wurde 1913 von [[Kasimir Fajans]] und [[Oswald Helmuth Göhring]] entdeckt, sie gaben ihm wegen seiner kurzen Halbwertszeit (1,17 Minuten) den Namen Brevium ({{laS|''brevis''}} ‚kurz‘).<ref>K. Fajans: ''Die Stellung der Radioelemente im periodischen System'', in: ''[[Physikalische Zeitschrift]]'', '''1913''', ''14''&nbsp;(4), S.&nbsp;136–142.</ref><ref>Kasimir Fajans: ''Radioactive transformations and the periodic system of the elements'', in: ''[[Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft]]'', '''1913''', ''46'', S.&nbsp;422–439.</ref> Das langlebige <sup>231</sup>Pa (t<sub>½</sub> = 32.760 Jahre) wurde 1918 von [[Otto Hahn]] und [[Lise Meitner]] gefunden, sie nannten es Protoactinium (das chemische Element, das in der [[Zerfallsreihe]] des [[Uran]]-235 vor dem [[Actinium]] steht).<ref>Otto Hahn, Lise Meitner: Die Muttersubstanz des Actiniums, ein Neues Radioaktives Element von Langer Lebensdauer, in: ''[[Phys. Z]]'', '''1918''', ''19'', S.&nbsp;208–218 ({{DOI|10.1002/bbpc.19180241107}}).</ref><ref>Lise Meitner, Otto Hahn: Über das Protactinium und die Frage nach der Möglichkeit seiner Herstellung als chemisches Element, in: ''[[Die Naturwissenschaften]]'', '''1919''', ''33''&nbsp;(7), S.&nbsp;611–612 ({{DOI|10.1007/BF01498184}}).</ref><ref>Siegfried Niese: ''Die Entdeckung des Elementes 91 durch Kasimir Fajans und Oswald Göhring im Jahr 1913 und die Namensgebung durch Otto Hahn und Lise Meitner 1918'' ([http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-105988 Digitalisat]).</ref>


Version vom 19. Mai 2014, 12:27 Uhr

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Protactinium, Pa, 91
Elementkategorie Actinoide
Gruppe, Periode, Block Ac, 7, f
Aussehen hell, silbrig, metallisch glänzend
CAS-Nummer

7440-13-3

Massenanteil an der Erdhülle 9 · 10−8 ppm[1]
Atomar[2]
Atommasse 231,03588 u
Atomradius 180 pm
Kovalenter Radius 200 pm
Elektronenkonfiguration [Rn] 5f2 6d1 7s2
1. Ionisierungsenergie 568
Physikalisch[2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur tetragonal
Dichte 15,37 g/cm3
Schmelzpunkt 1840 K (1568 °C)
Molares Volumen 15,18 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 470 kJ/mol
Schmelzenthalpie 15 kJ·mol−1
Elektrische Leitfähigkeit 5,56 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit 47 W·m−1·K−1
Chemisch[2]
Oxidationszustände 5
Elektronegativität 1,5 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
229Pa {syn.} 1,50 d ε 0,316 229Th
α 5,841 225Ac
230Pa {syn.} 17,4 d ε 1,310 230Th
β− 0,563 230U
α 5,439 226Ac
231Pa in Spuren 32760 a α 5,149 227Ac
232Pa {syn.} 1,31 d β− 1,337 232U
ε 0,495 232Th
233Pa {syn.} 26,967 d β− 0,571 233U
234Pa in Spuren 6,70 h β− 2,197 234U
234mPa in Spuren 1,17 min β− 2,271 234U
IT 0,074 234Pa
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Gefahren- und Sicherheitshinweise
Radioaktiv
Radioaktiv
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine Einstufung verfügbar[3]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Protactinium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Pa und der Ordnungszahl 91. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Actinoide (7. Periode, f-Block). Es ist silbrig metallisch und wird supraleitend unterhalb von 1,4 K. Es ist radioaktiv und kommt in der Natur extrem selten vor. Die größte Menge an Protactinium wird künstlich erzeugt.

Geschichte

Dmitri Mendelejew postulierte im Jahre 1871 die Existenz eines Elements zwischen Thorium und Uran.[4] Die Reihe der Actinoiden-Elemente war zu der Zeit noch unbekannt. Daher wurde Uran unterhalb des Wolframs gesetzt, und Thorium unterhalb des Zirconiums, wobei der Platz unterhalb des Tantals freiblieb. Bis in die 1950er Jahre wurde das Periodensystem in dieser Form dargestellt.[5] Für lange Zeit suchten Chemiker nach Eka-Tantal mit ähnlichen chemischen Eigenschaften zum Tantal, wodurch die Entdeckung des Protactiniums nahezu unmöglich wurde.

Mendelejews Periodensystem von 1871 mit einer Lücke für Protactinium am unteren Rand, zwischen Thorium (Th = 231) und Uran (U = 240)

Im Jahre 1900 isolierte William Crookes ein stark radioaktives Material aus Uran; allerdings konnte es es nicht als neues chemisches Element charakterisieren und nannte es Uranium-X (UX).[6][7][8]

234mPa wurde 1913 von Kasimir Fajans und Oswald Helmuth Göhring entdeckt, sie gaben ihm wegen seiner kurzen Halbwertszeit (1,17 Minuten) den Namen Brevium (lateinisch brevis ‚kurz‘).[9][10] Das langlebige 231Pa (t½ = 32.760 Jahre) wurde 1918 von Otto Hahn und Lise Meitner gefunden, sie nannten es Protoactinium (das chemische Element, das in der Zerfallsreihe des Uran-235 vor dem Actinium steht).[11][12][13]

Im Jahre 1922 machte Otto Hahn die weitere Entdeckung, dass es zu dem von Fajans gefundenen Brevium 234 noch ein zweites betastrahlendes Isotop mit der gleichen Massenzahl 234 gibt, das sich von dem Brevium lediglich durch seine längere Halbwertszeit von 6,7 Stunden unterscheidet; es handelt sich hierbei um den seltenen Fall einer Kernisomerie.

Der offizielle Name für alle drei Isotope sowie alle künstlich herstellbaren Isotope mit der Ordnungszahl 91 wurde 1949 von der IUPAC zu Protactinium bestimmt, statt des schwerer auszusprechenden Protoactinium von Hahn und Meitner.

Vorkommen

Protactinium, ein radioaktives Zerfallsprodukt des Urans, findet sich in der Natur in Form der beiden Isotope 231Pa und 234Pa, wobei das Isotop 234Pa in zwei unterschiedlichen Energiezuständen auftreten kann. Protactinium 231Pa, ein Alphastrahler, entsteht beim Zerfall von 235U (siehe Uran-Actinium-Reihe), das betastrahlende Protactinium 234Pa beim Zerfall von Uran 238U (siehe Uran-Radium-Reihe).

Gewinnung

Aristid von Grosse isolierte aus Abfällen der Radiumherstellung 1927 Protactiniumoxid.[14] Später stellte er auch metallisches Protactinium aus Protactiniumiodid dar.[15][16]

1961 wurden in Großbritannien 125 g Protactinium aus 60 t abgebrannter Kernbrennstäbe extrahiert.

Verwendung

Wegen seiner Seltenheit, hohen Radioaktivität und Giftigkeit findet Protactinium außer in der Forschung keine praktische Anwendung.

In Protactinium 231Pa, das beim Zerfall von Uran 235U entsteht und sich in Kernreaktoren auch durch die Reaktion 232Th + n → 231Th + 2n und anschließenden Betazerfall bildet, kann möglicherweise eine nukleare Kettenreaktion zustande kommen, die prinzipiell auch zum Bau von Atomwaffen genutzt werden könnte. Die kritische Masse beträgt nach Angabe von Walter Seifritz 750±180 kg.[17] Andere Autoren kommen zum Schluss, dass eine Kettenreaktion selbst bei beliebig großer Masse in Protactinium 231Pa nicht möglich ist.[18]

Protactinium 233Pa ist ein Zwischenprodukt im Brutprozess von Thorium 232Th zu Uran 233U in Thorium-Hochtemperaturreaktoren.

Die Zeitangaben sind Halbwertszeiten.

Seit der Verfügbarkeit moderner, sehr sensibler Massenspektrometer ist eine Anwendung des 231Pa beispielsweise als Tracer in der Paläozeanographie möglich geworden.[19]

Verbindungen

→ Kategorie: Protactiniumverbindung

Protactinium(V)-chlorid (PaCl5) bildet gelbe monokline Kristalle und besitzt eine Kettenstruktur bestehend aus 7-fach koordinierten pentagonalen Bipyramiden.[20]

Sicherheitshinweise

Einstufungen nach der GHS-Verordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen, die eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

Einzelnachweise

  1. ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Protactinium) entnommen.
  3. ↑ Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung. In Bezug auf weitere Gefahren wurde dieses Element entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  4. ↑ Siegfried Niese: Die Entdeckung des Elementes 91 durch Kasimir Fajans und Oswald Göhring im Jahr 1913 und die Namensgebung durch Otto Hahn und Lise Meitner 1918 (Digitalisat).
  5. ↑ Michael Laing: „A Revised Periodic Table: With the Lanthanides Repositioned“, Foundations of Chemistry, 2005, 7 (3), S. 203 (doi:10.1007/s10698-004-5959-9).
  6. ↑ William Crookes: „Radio-Activity of Uranium“, Proceedings of the Royal Society of London, 1899, 66, S. 409–423 (doi:10.1098/rspl.1899.0120).
  7. ↑ John Emsley Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, Oxford University Press, Oxford, England, UK 2001, ISBN 0-19-850340-7, S. 347–349, Kapitel: Protactinium (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  8. ↑ A Glossary of Terms in Nuclear Science and Technology, S. 180 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  9. ↑ K. Fajans: Die Stellung der Radioelemente im periodischen System, in: Physikalische Zeitschrift, 1913, 14 (4), S. 136–142.
  10. ↑ Kasimir Fajans: Radioactive transformations and the periodic system of the elements, in: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 1913, 46, S. 422–439.
  11. ↑ Otto Hahn, Lise Meitner: Die Muttersubstanz des Actiniums, ein Neues Radioaktives Element von Langer Lebensdauer, in: Phys. Z, 1918, 19, S. 208–218 (doi:10.1002/bbpc.19180241107).
  12. ↑ Lise Meitner, Otto Hahn: Über das Protactinium und die Frage nach der Möglichkeit seiner Herstellung als chemisches Element, in: Die Naturwissenschaften, 1919, 33 (7), S. 611–612 (doi:10.1007/BF01498184).
  13. ↑ Siegfried Niese: Die Entdeckung des Elementes 91 durch Kasimir Fajans und Oswald Göhring im Jahr 1913 und die Namensgebung durch Otto Hahn und Lise Meitner 1918 (Digitalisat).
  14. ↑ Aristid von Grosse: Das Element 91; seine Eigenschaften und seine Gewinnung. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 61. Jahrgang, Nr. 1, 1928, S. 233–245, doi:10.1002/cber.19280610137.
  15. ↑ Aristid von Grosse: Element 91. In: Science. 80. Jahrgang, Nr. 2084, 1934, S. 512–516, doi:10.1126/science.80.2084.512, PMID 17734249.
  16. ↑ Aristid V. Grosse: Zur Herstellung von Protactinium. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series). 68. Jahrgang, Nr. 2, 1935, S. 307–309, doi:10.1002/cber.19350680218.
  17. ↑ Nukleare Sprengkörper - Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit, Walter Seifritz, Thiemig-Verlag (1984), ISBN 3-521-06143-4.
  18. ↑ S. Ganesan, Umasankari Kannan, P. D. Krishnani, V. Jagannathan, R. P. Jain, R. Karthikeyan: „A Re-calculation of Criticality Property of 231Pa Using New Nuclear Data“, in: Current Science, 1999, 77 (5), S. 667–671 (PDF).
  19. ↑ J. F. McManus, R. Francois, J.-M. Gherardi, L. D. Keigwin & S. Brown-Leger: „Collapse and rapid resumption of Atlantic meridional circulation linked to deglacial climate changes“, in: Nature, 2004, 428, S. 834–837 (doi:10.1038/nature02494; PDF).
  20. ↑ R. P. Dodge, G. S. Smith, Q. Johnson, R. E. Elson: „The crystal structure of protactinium pentachloride“, in: Acta Cryst., 1967, 22, S. 85–89 (doi:10.1107/S0365110X67000155).

Literatur

Weblinks

Wiktionary: Protactinium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Protactinium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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