鏷(化學元素)

鏷，原子序數91，原子量231.03588，是天然放射性元素。1913年美國化學家法揚斯發現短半衰期的鏷234，1917年英國化學家索迪、哈恩等各自獨立發現長半衰期的鏷231，這也是僅有的兩種天然放射性元素，現已發現質量數在215～238之間的鏷的21個同位素。

231Pa主要用於科學研究。它也是由 (n，γ)反應製取鈾-232的原料。

鏷可用四氟化鏷等用鋇還原而製得。也可用酮和醇從鈾精煉廠殘餘物中分離、萃取。

基本介紹

• 中文名：鏷
• 外文名：protactinium
• 化學符號：Pa
• 原子序數：91
• 原子量：231.03588
• 發現時間：1913年
• 發現人：哈恩、邁特納、索迪、克蘭斯頓
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發現簡史

發現人： 哈恩、邁特納、索迪、克蘭斯頓

五氧化二鏷

發現年代：1917年

地點： 英格蘭/法國

希臘文：proto和actinium（錒之母）。鏷放射性衰變為錒。

1871年，門捷列夫預言釷和鈾之間有元素的存在。當時錒系元素還沒有被發現。因此1950年代出版的周期表，先是鈾、鎢、鋯、釷、鉭，而鉭下面的空格是空的。造成很長一段時間的化學家以EKA-鉭作為搜尋的結果來搜尋相似的化學性質如鉭的元素，而使得發現鏷幾乎不可能。

在1903年，威廉·克魯克斯從鈾分離出強烈的放射性物質鏷，然而他不知道他發現了一個新的化學元素，因此將其命名為鈾-X。克魯克斯將硝酸鈾醯溶解於乙醚中，發現剩餘的水中含有釷-234和鏷-234。

1913年，當時法揚斯(Kasimir Fajans)和格林(Oswald Helmuth Göhring)，在他們的研究鈾-238衰變鏈：鈾-238→釷-234→鏷-234→鈾-234，發現了鏷的231號同位素。因為它鏷-231的半衰期僅只有6.7小時，他們將這個新元素命名為Brevium（拉丁語，意思是短暫或短期）。

在1917年至1918年，兩組科學家奧托·漢恩(Otto Hahn)和莉斯·麥特納(Lise Meitner)，以及德國和英國的弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)和約翰·克蘭斯登(John Cranston)的，另外發現了鏷-231，半衰期約3.2萬年。他們將這個元素更名為鏷(protoactinium)（proto- 源於希臘文：πρῶτος，意義為之前，首先；-actinium 源於錒的英文名），因為鏷在鈾-235衰變鏈的在錒之前。

Aristid von Grosse於1927年提取2毫克的Pa2O5，並於1934年首次分離出元素鏷於0.1毫克的Pa2O5。他用兩種不同的方法：第一個，氧化鏷在真空中照射35 keV的電子。在另一種方法中，被稱為范亞克-戴波耳法，將氧化物的化學置HF換為一個鹵化物（氯化物，溴化物或碘化物），然後在真空用一個電加熱的金屬絲:

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

1961年，英國原子能管理局（UKAEA）用125克純度為99.9%鏷，用一個12級的過程處理60噸的廢料，成本約50萬美元。

美國橡樹嶺國家實驗室提供目前鏷的成本約280美元/克。

理化性質

密度15.37克/厘米3。熔點小於1600℃，具有放射性。已知同位素中，231Pa壽命最長，發射α粒子，半衰期約為3.4×10^4。233Pa，發射β和γ射線，半衰期為27天。其他幾種同位素226Pa、237Pa等，都較"短命"。灰白色金屬，有延展性能，硬度似鈾。空氣中穩定，晶格屬正方系。化學性質與鉭相似。常顯示+4價和+5價。鏷是第三罕有元素。它在放射衰變過程中產生錒，是錒的"祖先"。

在同一時間內自然界中只有幾個鏷原子存在並幾乎都在出現後幾分鐘內衰變掉了，見於鈾、釷和鈽的裂變產物中。

元素符號： Pa 英文名： Protactini

元素名稱：鏷

元素原子量：231.0

元素類型：金屬

原子YY體積:(立方厘米/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°

相對原子質量： 231.036 常見化合價： +4,+5 電負性： 1.5

外圍電子排布： 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

第一電離能： 570 KJ·mol-1 第二電離能： 0 KJ·mol-1 第三電離能： 0 KJ·mol-1

單質密度： 15.4 g/cm3 單質熔點： 1Y567 ℃ 單質沸點：4027℃

原子半徑：160.6 離子半徑：未知 共價半徑： 未知

表2 鏷的重要物理性質

性 質	數 據	性 質	數 據
半徑r/pm	Pa3+113，Pa4+98，; Pa5+89	熱導率λ/W·m-1·K-1	47(300K)
熔點T/K; 沸點T/K; 熔化熱Q/kJ·mol-1; 氣化熱Q/kJ·mol-1; 密度ρ/kg·m-3	2113; 4300; 16.7; 481; 15370

製備方法

鏷有兩種製取途徑： 一種是從鈾礦渣中提取；另一種是在反應堆中，用中子輻照釷-230靶，由核反應製得。

從礦渣中分離提取的化學過程複雜，一般要經過溶劑萃取和離子交換分離過程。英國科學家曾從鈾“醚渣”中回收了125g純度為99.9%的Pa。

中國研究了從鈾礦渣中提取鏷的流程。該流程以瀝青鈾礦為原料，經硝酸浸出鈾、鐳後，用氫氟酸浸出渣中的鏷，經苯基磷酸-2-乙基己基酯-二甲苯、三烷基氧膦-二甲苯、三脂肪胺-混合醇-磺化煤油等三次溶劑萃取和陰離子交換樹脂色層分離獲得純化鏷。

海水中的鏷

鏷在海水中的溶存形態可能是五價的氧化態，以PaO(OH)_2.5或Pa(OH)_4.5水解形態存在。這些水解產物被吸附在氫氧化物和粘土礦物等天然吸附劑的表面上，最後在海底沉積物或鐵錳結核中富集。

由於鏷在海水中的含量極低，所以必須要取大體積(200-500升)水樣才能分析。通常用氫氧化鐵和二氧化錳進行富集，然後再用溶劑萃取或陰離子交換法分離、純化。至今，海水中測定鏷的實例還不多。有的報導說，在太平洋赤道海域其值為3—5×10克/升，在北太平洋和加勒比海其值為1.3-2.4×10克/升。這只不過是與U平衡值的0.15-7%。不平衡的原因是與鏷的水解產物沉積在海底沉積物所致。

在鏷的放射性同位素中，較有意義的是Pa。利用鍰鏷法( Pa/Th)或鏷法，可以測定海底沉積物的年代及鐵錳結核和磷塊結核的生長速度。