字典解釋
镤(鏷)npún一種放射性金屬元素,為最穩定的同位素。n古代稱未經煉制的銅鐵。
曆史
發現
1871年,門得列夫預言钍和鈾之間有元素的存在。當時锕系元素還沒有被發現。因此1950年代出版的周期表,先是鈾、鎢、锆、钍、钽,而钽下面的空格是空的。造成很長一段時間的化學家以Eka-钽作為搜索的結果來搜尋相似的化學性質如钽的元素,而使得發現镤幾乎不可能。在1900年,威廉·克魯克斯從鈾分離出強烈的放射性物質镤,然而他不知道他發現一個新的化學元素,因此将其命名為鈾-X。克魯克斯将[[硝酸鈾酰]溶解]于乙醚中,發現剩餘的水中含有234钍和234镤。他的方法是1950年代從鈾化合物分離出234钍和234镤。镤首次發現于1913年,當時法揚斯巴(KASIMIRFajans)和格林(OswaldHelmuthGöhring),在他們的研究鈾-238衰變鍊:238鈾→234钍→234镤→234鈾,發現了镤的同位素234镤。因為它的半衰期短(6.7小時,234镤),他們将他們發現的新元素命名為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(OttoHahn)和莉斯·麥特納(LiseMeitner),以及德國和英國的弗雷德裡克·索迪(FrederickSoddy)和約翰·克蘭斯登(JohnCranston)的,另外發現了另一種同位素镤231镤,半衰期約32000年。因此,他們将名稱從Brevium變更為镤(protoactinium)(希臘文:πρῶτος,意義為之前,首先),因為镤在鈾-235衰變鍊的在锕之前。
AristidvonGrosse于1927年提取2毫克的Pa2O5,并于1934年首次分離出元素镤于0.1毫克的Pa2O5。他用兩種不同的方法:第一個,氧化镤在真空中照射35keV的電子。在另一種方法中,被稱為範亞克-戴波耳法,将氧化物的化學置換為一個鹵化物(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:
2PaI5→2Pa+5I2
1961年,英國原子能管理局(UKAEA)用125克純度為99.9%镤,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镤的成本約280美元/克。
門得列夫于1869年的周期表,它在最後一行钍和鈾之間留了一個空格。
生成
镤是最稀有,最昂貴的自然産生的元素之一。幾乎是以兩種同位素231Pa和234Pa的形式存在。它是一種鈾-235的α衰變成镤-231,或是鈾-238進行β衰變産生镤-234。幾乎所有的鈾238(99.8%)都繪衰變成镤異構體234m镤。
镤出現在晶質鈾礦(瀝青鈾礦)的濃度約3百萬分濃度(ppm)的231镤礦石,部分礦石從剛果民主共和國生産的有大約3ppm。在大多數的天然材料和在水中,镤被均勻地分布,濃度為一兆分之一以下,即對應的放射性為0.1微居裡/克。
核反應堆
有兩個主要镤同位素,231镤和233镤,在钍核反應堆中産生,兩者都是不需要的産物而被除去,所以添加了反應器的設計和操作的複雜性。特别是,232钍通過中子(n,2n)反應産生231钍然後迅速(半衰期25.5小時)衰變成231镤。最後的同位素,是一個半衰期長,整整有32760年,是用過的核燃的長期放射線的主要産生者。
镤-233是钍-232中子俘獲所形成的。它會衰變成鈾-233或捕捉另一個中子,并将其轉換成非裂變的鈾-234。因此,不是迅速衰減到有用的233鈾,而變成233镤,降低了反應器的效率。為了避免這種情況,233镤從钍熔鹽反應堆活性區提取,在其操作期間,方便它衰變到233鈾,使用數米的高大圓柱锂溶解于熔融铋。在簡化的情況下,锂選擇性降低镤鹽,然後,從熔融鹽循環萃取(铋是載體)。它之所以被選擇,因為其低的熔點(271℃)以及低蒸氣壓,與锕系元素的良好的溶解性,以及與熔融鹵化物的不混溶性。
反應
镤産生于瀝青鈾礦
镤在核反應堆的出現之前,從鈾礦石用于科學實驗方法分離。如今,它主要是钍的高溫反應器中作為中間産物的核衰變産生的:
礦藏分布
在同一時間内自然界中隻有幾個镤原子存在并幾乎都在出現後幾分鐘内衰變掉了,見于鈾、钍和钚的裂變産物中。
元素描述
密度15.37克/厘米³ 。熔點小于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3.4×10⁴。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。化學性質與钽相似。常顯示+4價和+5價。镤是第三罕有元素。它在放射衰變過程中産生锕,是锕的"祖先"。
元素來源:
可用四氟化镤等用鋇還原而制得。也可用酮和醇從鈾精煉廠殘餘物中分離、萃取。
元素輔助資料:
1900年,克魯克斯在提取鈾礦中的鈾時,發現了一種新的放射性元素,稱它為鈾X。到1913年,波蘭出生的美籍化學家法江斯和他的助手戈林證實鈾X是兩種組分的混合物,并分别命名為鈾X1和鈾X2。後來鈾X被稱為鈾X1。此後科學家們還發現了一系列類似的放射性物質。直到1917年間,索迪和克蘭斯頓從瀝青鈾礦中的殘渣中發現一放射性元素,因性質和钽相似,被命名為類钽Ekatantalum。同年,哈恩和邁特納也從同一礦中發現了一種放射性元素,命名為protactinium。元素符号定為Pa。
後來證實鈾X2是镤234,類钽以及protactinium都是镤231。1927年,德國化學家格羅斯首先分離出镤的5價化合物。
元素符号: Pa 英文名: Protactini 中文名: 镤
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 6d¹7s² 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: 1567 ℃ 單質沸點:4027℃
原子半徑:160.6 離子半徑:未知 共價半徑: 未知
常見化合物:
發現人: 哈恩、邁特納、索迪、克蘭斯頓 時間: 1917 地點: 英格蘭/法國
名稱由來:
希臘文:proto和actinium(锕之母)。镤放射性衰變為锕。
元素描述:
極為罕見的銀白色金屬,具有強放射性。
元素來源:
自然界并不存在,見于鈾、钍和钚的裂變産物中。
元素用途:
用于原子能工業。
圖量杯中所顯示的少量樣品是氧化镤。
注意事項
镤是既有毒和放射性很高的,因此它的所有操作在一個密封的手套箱。其主要的同位素231镤0.048居禮/克,它主要是發射α-粒子5MeV,用薄的金屬即可阻擋。然後它會慢慢的衰變(半衰期為32760年),變成227Ac,能量為74居禮/g,進行α和β衰變,半衰期為22年。227Ac,接着會衰變成半衰期更短、能量更大的元素,其結果整理于下表:
镤是存在于自然界少量的天然元素,它是由食物或水攝入,或從空氣吸入。會存在于中的隻會有0.05%,其餘的會排出體外。其中的0.05%會進入骨骼,有15%會進入肝髒,2%進入腎髒,急于的再度離開身體。因此,在肝髒中的镤有70%的半衰期為10天,30%保持60天。腎髒的相應值分别為20%(10天)和80%(60天)。所有這些器官中,镤的放射性會促進腫瘤生成。在人體内的231Pa最大安全劑量是0.03微居裡,相當于0.5微克,.這種同位素是氫氰酸毒性的2.5×108倍。231Pa在空氣中的最大存在量為3×10-4Bq/m3.