字典解释
镤(鏷)npún一种放射性金属元素,为最稳定的同位素。n古代称未经炼制的铜铁。
历史
发现
1871年,门得列夫预言钍和铀之间有元素的存在。当时锕系元素还没有被发现。因此1950年代出版的周期表,先是铀、钨、锆、钍、钽,而钽下面的空格是空的。造成很长一段时间的化学家以Eka-钽作为搜索的结果来搜寻相似的化学性质如钽的元素,而使得发现镤几乎不可能。在1900年,威廉·克鲁克斯从铀分离出强烈的放射性物质镤,然而他不知道他发现一个新的化学元素,因此将其命名为铀-X。克鲁克斯将[[硝酸铀酰]溶解]于乙醚中,发现剩余的水中含有234钍和234镤。他的方法是1950年代从铀化合物分离出234钍和234镤。镤首次发现于1913年,当时法扬斯巴(KASIMIRFajans)和格林(OswaldHelmuthGöhring),在他们的研究铀-238衰变链:238铀→234钍→234镤→234铀,发现了镤的同位素234镤。因为它的半衰期短(6.7小时,234镤),他们将他们发现的新元素命名为Brevium(拉丁语,意思是短暂或短期)。在1917年至1918年,两组科学家奥托·汉恩(OttoHahn)和莉斯·麦特纳(LiseMeitner),以及德国和英国的弗雷德里克·索迪(FrederickSoddy)和约翰·克兰斯登(JohnCranston)的,另外发现了另一种同位素镤231镤,半衰期约32000年。因此,他们将名称从Brevium变更为镤(protoactinium)(希腊文:πρῶτος,意义为之前,首先),因为镤在铀-235衰变链的在锕之前。
AristidvonGrosse于1927年提取2毫克的Pa2O5,并于1934年首次分离出元素镤于0.1毫克的Pa2O5。他用两种不同的方法:第一个,氧化镤在真空中照射35keV的电子。在另一种方法中,被称为范亚克-戴波耳法,将氧化物的化学置换为一个卤化物(氯化物,溴化物或碘化物),然后在真空用一个电加热的金属丝:
2PaI5→2Pa+5I2
1961年,英国原子能管理局(UKAEA)用125克纯度为99.9%镤,用一个12级的过程处理60吨的废料,成本约50万美元。
美国橡树岭国家实验室提供目前镤的成本约280美元/克。
门得列夫于1869年的周期表,它在最后一行钍和铀之间留了一个空格。
生成
镤是最稀有,最昂贵的自然产生的元素之一。几乎是以两种同位素231Pa和234Pa的形式存在。它是一种铀-235的α衰变成镤-231,或是铀-238进行β衰变产生镤-234。几乎所有的铀238(99.8%)都绘衰变成镤异构体234m镤。
镤出现在晶质铀矿(沥青铀矿)的浓度约3百万分浓度(ppm)的231镤矿石,部分矿石从刚果民主共和国生产的有大约3ppm。在大多数的天然材料和在水中,镤被均匀地分布,浓度为一兆分之一以下,即对应的放射性为0.1微居里/克。
核反应堆
有两个主要镤同位素,231镤和233镤,在钍核反应堆中产生,两者都是不需要的产物而被除去,所以添加了反应器的设计和操作的复杂性。特别是,232钍通过中子(n,2n)反应产生231钍然后迅速(半衰期25.5小时)衰变成231镤。最后的同位素,是一个半衰期长,整整有32760年,是用过的核燃的长期放射线的主要产生者。
镤-233是钍-232中子俘获所形成的。它会衰变成铀-233或捕捉另一个中子,并将其转换成非裂变的铀-234。因此,不是迅速衰减到有用的233铀,而变成233镤,降低了反应器的效率。为了避免这种情况,233镤从钍熔盐反应堆活性区提取,在其操作期间,方便它衰变到233铀,使用数米的高大圆柱锂溶解于熔融铋。在简化的情况下,锂选择性降低镤盐,然后,从熔融盐循环萃取(铋是载体)。它之所以被选择,因为其低的熔点(271℃)以及低蒸气压,与锕系元素的良好的溶解性,以及与熔融卤化物的不混溶性。
反应
镤产生于沥青铀矿
镤在核反应堆的出现之前,从铀矿石用于科学实验方法分离。如今,它主要是钍的高温反应器中作为中间产物的核衰变产生的:
矿藏分布
在同一时间内自然界中只有几个镤原子存在并几乎都在出现后几分钟内衰变掉了,见于铀、钍和钚的裂变产物中。
元素描述
密度15.37克/厘米³ 。熔点小于1600℃,具有放射性。已知同位素中,²³¹Pa寿命最长,发射α粒子,半衰期约为3.4×10⁴。²³³Pa,发射β和γ射线,半衰期为27天。其他几种同位素²²⁶Pa、²³⁷Pa等,都较"短命"。灰白色金属,有延展性能,硬度似铀。空气中稳定,晶格属正方系。化学性质与钽相似。常显示+4价和+5价。镤是第三罕有元素。它在放射衰变过程中产生锕,是锕的"祖先"。
元素来源:
可用四氟化镤等用钡还原而制得。也可用酮和醇从铀精炼厂残余物中分离、萃取。
元素辅助资料:
1900年,克鲁克斯在提取铀矿中的铀时,发现了一种新的放射性元素,称它为铀X。到1913年,波兰出生的美籍化学家法江斯和他的助手戈林证实铀X是两种组分的混合物,并分别命名为铀X1和铀X2。后来铀X被称为铀X1。此后科学家们还发现了一系列类似的放射性物质。直到1917年间,索迪和克兰斯顿从沥青铀矿中的残渣中发现一放射性元素,因性质和钽相似,被命名为类钽Ekatantalum。同年,哈恩和迈特纳也从同一矿中发现了一种放射性元素,命名为protactinium。元素符号定为Pa。
后来证实铀X2是镤234,类钽以及protactinium都是镤231。1927年,德国化学家格罗斯首先分离出镤的5价化合物。
元素符号: Pa 英文名: Protactini 中文名: 镤
相对原子质量: 231.036 常见化合价: +4,+5 电负性: 1.5
外围电子排布: 5f² 6d¹7s² 核外电子排布: 2,8,18,32,20,9,2
同位素及放射线: Pa-230[17.4d] Pa-231(放 α[32800y]) Pa-233[27d] Pa-234[6.69h] Pa-234m[1.17m]
电子亲合和能: 0 KJ·mol⁻¹
第一电离能: 570 KJ·mol⁻¹第二电离能: 0 KJ·mol⁻¹第三电离能: 0 KJ·mol⁻¹
单质密度: 15.4 g/cm³ 单质熔点: 1567 ℃ 单质沸点:4027℃
原子半径:160.6 离子半径:未知 共价半径: 未知
常见化合物:
发现人: 哈恩、迈特纳、索迪、克兰斯顿 时间: 1917 地点: 英格兰/法国
名称由来:
希腊文:proto和actinium(锕之母)。镤放射性衰变为锕。
元素描述:
极为罕见的银白色金属,具有强放射性。
元素来源:
自然界并不存在,见于铀、钍和钚的裂变产物中。
元素用途:
用于原子能工业。
图量杯中所显示的少量样品是氧化镤。
注意事项
镤是既有毒和放射性很高的,因此它的所有操作在一个密封的手套箱。其主要的同位素231镤0.048居礼/克,它主要是发射α-粒子5MeV,用薄的金属即可阻挡。然后它会慢慢的衰变(半衰期为32760年),变成227Ac,能量为74居礼/g,进行α和β衰变,半衰期为22年。227Ac,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3×10-4Bq/m3.