✍ dations ◷ 2025-09-18 18:37:06 #锕系元素,第7周期元素,镤,化学元素

5f26d17s2
2,8,18,32,20,9,2

主条目:镤的同位素

镤(英语:Protactinium,旧译作鎃)是一种放射性化学元素,化学符号为Pa,原子序为91。镤是一种银灰色、密度大的锕系元素,容易与氧、水蒸汽和无机酸反应。

镤在自然界中非常稀少,在地壳中的平均浓度是通常为兆分之一,但在一些晶质铀矿的矿床中可能达到百万分之一。镤因为稀少,具有高放射性和高毒性,除了科学研究之外没有其他用途。由于由于镤和其他锕系元素的化学和物理特性过于接近,难以分离,故目前研究用的镤主要是从用过核燃料中提炼。镤寿命最长且最主要的天然同位素为235U的衰变产物231Pa,半衰期为32760年。

早在1871年,德米特里·门得列夫便预测钍和铀之间有元素的存在,并在周期表中预留位置。由于当时锕系元素还没有被发现,所以在1871版年门得列夫周期表的排序方式中,铀位于第Ⅵ族,钍位于第Ⅳ族中,并在第V组中的钽以下的位置留空。这样的编排方式一直持续到1950年代,并造成很长一段时间化学家都积极在寻找与钽相似性质的元素,而使发现镤的机率趋近于零。实际上,下一个与钽有相似化性的元素为人造元素�。

1900年,威廉·克鲁克斯将硝酸铀酰溶解于乙醚中,发现剩馀的水中含有234Th和另一未知强烈放射性物质。他将它从硝酸铀酰分离,这个物质便是镤。但他不知道他发现了一个新的化学元素,并将其命名为铀-X。

镤真正首次发现于1913年,当时法扬斯和奥斯瓦尔德·格林(西班牙语:Oswald Helmuth Göhring),在他们的研究的铀-238衰变链(238铀→234钍→234镤→234铀)中,发现了镤的同位素234镤。因为它的半衰期短只有6.7小时,所以他们将他们发现的新元素命名为(拉丁语,意思是短暂、短期)。

1917年至1918年间,两组科学家奥托·哈恩和莉泽·迈特纳,以及德国和英国的弗雷德里克·索迪和约翰·克兰斯登(John Cranston)的,发现了镤的另一个同位素231镤,半衰期约32000年。因此,他们将名称从Brevium变更为镤(proto-actinium)(希腊文:πρῶτος,意义为之前,首先),因为镤在铀-235衰变链的位置在锕之前。

1927年,阿里斯蒂德·冯·格罗斯(英语:Aristid von Grosse)提取出2毫克的五氧化二镤(Pa2O5),并于1934年首次在0.1毫克的五氧化二镤中分离出纯镤。

英国原子能管理局(英语:United Kingdom Atomic Energy Authority)(UKAEA)在1961年花了50万美元处理了60吨的用过核燃料,提炼出约125克纯度为99.9%的镤 ,并成为多年来世界上唯一的镤来源,提供给各实验室进行科学研究。镤目前的价格非常昂贵,美国橡树岭国家实验室于2011年公布1克的镤约为280美元。

镤是天然存在的最罕见和最昂贵元素之一。由于铀-235的α衰变(产生镤-231),以及铀-238的β衰变(产生镤-234),以至于镤通常是以231Pa和234Pa的形式存在。而几乎所有的铀238(99.8%)都会衰变成234mPa。

镤-233是钍-232中子俘获所形成的。而它会再衰变成铀-233,或者捕捉另一个中子,并转换成非裂变的铀-234。

镤出现在晶质铀矿(沥青铀矿)的浓度约0.3至3百万分浓度(ppm)。大部分的浓度为0.3ppm,但部分从刚果民主共和国产的矿物约有3ppm。在大多数的天然材料和在水中,镤以一兆分之一以下的浓度均匀分布,放射性约为0.1微居里/克。

在核反应堆的出现之前,镤是从铀矿石用科学实验方法分离。如今,它主要是钍的高温反应器中的中间产物:

镤是银灰色光泽的金属,可保存于空气中一段时间。

镤是周期表中位于铀的左侧;钍的右侧,而其物理性质正介于这两个锕系元素之间。镤的密度比钍大,而比铀轻;其熔点低于钍,而比铀高。这三个元素的热膨胀,电导率和导热程度互相媲美,是典型的“穷金属”。

估计镤的剪切模量类似钛。

在室温下,镤是体心四方结构,其可以被视为扭曲的体心立方晶格结晶;而这种结构在被压缩高达53 GPa时仍然不改变。镤目前已知在任何温度下具有顺磁性而不会转变磁性。在温度低于1.4K时将成为超导体。在室温下镤四氯化碳是顺磁性的,而冷却至182K后会变成铁磁。

镤容易与氧,水蒸气和酸反应,但不与碱金属反应。

无论是在固体和水溶液,镤存在两个主要的氧化态:+4和+5,而+3和+2的状态存在于一些固相。由于它的电子组态是7s26d15f2,+5氧化态对应的低能量有利于5f0的电子填入。+4和+5都状态很容易在水中形成氢氧化物,主要离子包括Pa(OH)3+, Pa(OH)2+
2, Pa(OH)+
3 a以及 Pa(OH)4,皆无色。其他已知的离子包括PaCl2+
2, PaSO2+
4, PaF3+, PaF2+
2, PaF6-, PaF2−
7 以及 PaF3−
8。

a,b和c是指每皮米的晶格常数,空间群编码和Z是每单位晶格的数目;fcc表示面心立方对称性。

目前已发现29个镤的同位素,其中最稳定的是231Pa,半衰期为32760年,233Pa的半衰期为27天,230Pa的半衰期为17.4天。其它的大部分都小于1.6天,其中的大部分又小于1.8秒。镤还有两个核异构体:217mPa(半衰期 1.2毫秒)和234mPa(半衰期 1.17分)。

镤主要有两种衰变模式:变成较轻原子的α衰变231Pa(212Pa 至 231Pa)以及变成较重原子的β衰变(232Pa 至 240Pa)。 同位素镤 231Pa主要的衰变产物为较轻的锕、较重的240Pa以及右的同位素。

镤既有毒性,又有很高的放射性,因此须在一个密封的手套箱进行操作。

其主要的同位素231镤0.048居里/克,主要是发射α-粒子5 MeV,用薄的金属即可阻挡。 然后它会慢慢的衰变(半衰期为32760年)成227Ac, 能量为 74 居里/g,进行α和β衰变,半衰期为22年。接着会衰变成半衰期更短、能量更大的元素 , 其结果整理于下表:

镤是存在于自然界少量的天然元素,它是由食物或水摄入,或从空气吸入。 会存在于中的只会有0.05%,其余的会排出体外。其中的0.05%会进入骨骼, 有15%会进入肝脏,2% 进入肾脏,急于的再度离开身体。因此,在肝脏中的镤有70%的半衰期为10天,30%保持60天。肾脏的相应值分别为20%(10天)和80%(60天)。所有这些器官中,镤的放射性会促进肿瘤生成。 在人体内的231Pa最大安全剂量是0.03 微居里,相当于0.5微克,这种同位素是氢氰酸毒性的2.5 × 108倍。 231Pa 在空气中的最大存在量为 3×10-4 Bq/m3.

相关

  • 包装包装是指物件外部的保护层和装饰,不同的物件有不同的包装方式和材质,一些容器如盒子等也是专作为包装之用。关于盒子的部分,有分为产品包装及礼品包装,因应品牌及产业需求,各有不
  • 刘秀汉光武帝刘秀(前5年1月15日-57年3月29日),字文叔,南阳郡蔡阳县人(今湖北省襄阳枣阳市),东汉第一位皇帝,25年8月5日-57年3月29日在位。庙号世祖,谥号光武皇帝。刘秀为汉高帝九世孙,汉景帝
  • 奥凯德鲁恩之子奥凯德(Eochaid mac Run),英语化简称为奥凯德王(Eochaid),可能是878-889年在位的皮特克人之王。他的父亲是斯特拉斯克莱德国王鲁恩,他的母亲可能是肯尼思一世的女儿。若吉
  • 浮雕浮雕是雕刻的一种,艺术家在一块平板上将他要塑造的形象雕刻出来,使它脱离原来材料的平面。浮雕的材料有石头、木头、象牙和金属等,一般分为浅浮雕、高浮雕和凹雕3种。浮雕艺术
  • 蒙特维多国家权利义务公约蒙特维多国家权利义务公约(英语:Montevideo Convention on the Rights and Duties of States,简称:蒙特维多公约 / Montevideo Convention)是1933年12月26日于第七届美洲国家国
  • 投影向量 · 向量空间  · 行列式  · 矩阵标量 · 向量 · 向量空间 · 向量投影 · 外积 · 内积 · 数量积 · 向量积矩阵 · 行列式 · 线性方程组 · 秩 · 核 · 迹
  • 敌百虫敌百虫(英语:trichlorfon,也称为美曲磷酯,Metrifonate)是一种有机磷酸酯杀虫剂和乙酰胆碱酯酶抑制剂(英语:acetylcholinesterase inhibitor),是一种前体药物,可在非酶促情况下转化为敌
  • Dennett, Daniel丹尼尔·丹尼特(Daniel Clement Dennett,1942年3月28日-)是美国哲学家、作家及认知科学家。其研究集中于科学哲学、生物学哲学,特别是与演化生物学及认知科学有关的课题。他目前
  • 公视+公视+是由台湾公广集团公共电视文化事业基金会推出的行动影音串流平台,前身为“公视+7”。可由智能手机、平板电脑透过浏览器线上收看。以下列出于公视+首播之节目。
  • 凌元凌元(1917年-2012年1月20日),原名张敏,女,吉林省吉林市人,中国电影表演艺术家。代表作《内蒙人民的胜利》、《平原游击队》、《锦上添花》、《红旗谱》、《甜蜜的事业》、《黑三角