протактиний

ПРОТАКТИНИЙ (от греч. protos — первый и актиний; лат. Protactinium) Pa

радиоактивный хим. элемент III гр. периодической системы, ат. н. 91, ат. м. 231,0359; относится к актиноидам. Стабильных изотопов не имеет. Известно 20 изотопов с мас. 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 °C устойчива α-форма с тетрагон. решеткой, а = 0,3925 нм, с = 0,3238 нм; выше 1170 °C-форма с кубич. гранецентрированной решеткой, а = 0,381 нм, ΔH полиморфного перехода 6,7 кДж/моль. Т. пл. 1572 °C, т. кип. 4487 °C; плотн. 15,37 г/см³; 27,7 Дж/(моль∙К); 552 кДж/моль; 51,9 Дж/(моль∙К).

Характеристики некоторых соединений П. приведены в таблице. Кубич. модификацию оксида Pa(V) получают нагреванием при 500 °C гидроксида П., осажденного водным NH₃ из растворов солей Pa(V). При нагр. в присутствии BrF₅ при 500 :С кубич. модификация Ра₂O₅ переходит в орторомби-ческую. Диоксид РаO₂ получают восстановлением РаCl₅ до РаCl₄ (цинком с послед, гидролизом РаCl₄). Пента-хлорид РаCl₅ (т. пл. 306 °C, т. кип. 420 °C, −1154 кДж/моль), пентабромид РаBr₅ (т. пл. 283 °C, т. кип. 428 °C, —878 кДж/моль) и пентаиодид PaL синтезируют взаимод. Ра₂O₅ соотв. с фосгеном при 550 °C либо смесью Cl₂ с CCl₄ при 300–400 °C, с А1Br₃ или AlI₃, а пентафторид РаF₅-р-цкей PaF₄ с F₂ при 100 °C. Нагреванием в токе O₂'РаНа1₅ (Hal = Cl, Br, F) при 300 °C получен РаOCl₃, при 350 °C-РаОBr₃, а при 160 °C-Pa₂OF₈, который также м. б. синтезирован при действии F₂ или смеси HF и O₂ на Ра₂O₅.

Оксисульфид РаОS получают действием смеси H₂S и CS₂ на РаCl₅ при 900 °C в присутствии O₂, н и т р и д PaN₂ — восстановлением PaF₄ металлич. Ba в графитовом тигле при 1400 °C в атмосфере N₂ .

В водных растворах 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 растворах 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 Ba или Ca при 1500 °C.

Применение. ²³¹ Ра — исходный нуклид для получения ²³²U, который 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}