Protactinium

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Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Protactinium, Pa, 91
Serie 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 (berechnet) 180 () pm
Kovalenter Radius 200 pm
Elektronenkonfiguration [Rn] 5f2 6d1 7s2
1. Ionisierungsenergie 568 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur tetragonal
Dichte 15,37 g/cm3
Schmelzpunkt 1840 K (1568 °C)
Molares Volumen 15,18 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme 470 kJ/mol
Schmelzwärme 15 kJ/mol
Elektrische Leitfähigkeit 5,56 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit 47 W/(m · K)
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
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [3]
keine Einstufung verfügbar
H- und P-Sätze H: siehe oben
P: siehe oben
Radioaktivität
Radioaktives Element

Radioaktives Element
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.

Geschichte[Bearbeiten]

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‘). 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).

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.

Aristid von Grosse isolierte aus Abfällen der Radiumherstellung 1927 Protactiniumoxid.[4] Später stellte er auch metallisches Protactinium aus Protactiniumiodid dar.[5][6]

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[Bearbeiten]

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).

Verwendung[Bearbeiten]

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.[7] Andere Autoren kommen zum Schluss, dass eine Kettenreaktion selbst bei beliebig großer Masse in Protactinium 231Pa nicht möglich ist.[8]

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

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

\mathrm{^{232}_{\ 90}Th \ + \ ^{1}_{0}n \ \longrightarrow \ ^{233}_{\ 90}Th \ \xrightarrow[22,3\ min]{\beta^-} \ ^{233}_{\ 91}Pa \ \xrightarrow[26,967\ d]{\beta^-} \ ^{233}_{\ 92}U}
Die Zeitangaben sind Halbwertszeiten.

Seit der Verfügbarkeit moderner, sehr sensibler Massenspektrometer ist eine Anwendung des 231Pa beispielsweise als Tracer in der Paläozeanographie möglich geworden.[9]

Verbindungen[Bearbeiten]

→ Kategorie: Protactiniumverbindung

Protactinium(V)-chlorid (PaCl5) bildet gelbe monokline Kristalle und besitzt eine Kettenstruktur bestehend aus 7-fach koordinierten pentagonalen Bipyramiden.[10]

Sicherheitshinweise[Bearbeiten]

Einstufungen nach der Gefahrstoffverordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen, die im Fall des Protactiniums eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren spielt. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  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. Dieses Element wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  4. Aristid von Grosse: Das Element 91; seine Eigenschaften und seine Gewinnung. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 61, Nr. 1, 1928, S. 233–245. doi:10.1002/cber.19280610137.
  5. Aristid von Grosse: Element 91. In: Science. 80, Nr. 2084, 1934, S. 512–516. doi:10.1126/science.80.2084.512. PMID 17734249.
  6. Aristid V. Grosse: Zur Herstellung von Protactinium. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series). 68, Nr. 2, 1935, S. 307. doi:10.1002/cber.19350680218.
  7. Nukleare Sprengkörper - Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit, Walter Seifritz, Thiemig-Verlag (1984), ISBN 3-521-06143-4.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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[Bearbeiten]

  • Boris F. Myasoedov, Harold W. Kirby, Ivan G. Tananaev: Protactinium, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S. 161–252; doi:10.1007/1-4020-3598-5_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)

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Protactinium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Protactinium – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien