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Protactinium

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Protactinium, Pa, 91
Serie Actinoide
Gruppe, Periode, Block Ac, 7, f
Aussehen hell, silbrig, metallisch glänzend
CAS-Nummer 7440-13-3
Atomar
Atommasse 231,03588 u
Atomradius (berechnet) 180 () pm
Elektronenkonfiguration [Rn]7s²5f²6d¹
Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
1. Ionisierungsenergie 568 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur orthorhombisch
Dichte 15,37 g/cm3
Schmelzpunkt 2113 K (1840 °C)
Siedepunkt 4300 K (4027 °C)
Molares Volumen 15,18 · 10-6 m3/mol
Verdampfungswärme 470 kJ/mol
Schmelzwärme 15 kJ/mol
Dampfdruck 5,1 · 10-5 Pa bei 2200 K
Spezifische Wärmekapazität 120 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 5,29 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit 47W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände 5
Oxide (Basizität) (schwach basisch)
Normalpotential
Elektronegativität 1,5 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP
229Pa

{syn.}

1,5 d ε 0,316 229Th
α 5,841 225Ac
230Pa

{syn.}

17,4 d ε 1,310 230Th
β 0,563 230U
α 5,439 226Ac
231Pa

{syn.}

32760 a α 5,149 227Ac
232Pa

{syn.}

1,31 d β 1,337 232U
ε 0,495 232Th
233Pa

{syn.}

26,967 d β 0,571 233U
234Pa

{syn.}

6,7 h β 234U
234mPa

{syn.}

1170 m β 2,197 234U
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung [1]

Keine Einstufung verfügbar

R- und S-Sätze R: siehe oben
S: siehe oben
weitere Sicherheitshinweise
Radioaktivität

Radioaktives Element
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Protactinium (Symbol Pa) ist ein chemisches Element des Periodensystems der Elemente mit der Ordnungszahl 91. Das Element gehört zur Gruppe der Actinoide (7. Periode, f-Block). Es ist silbrig metallisch und wird supraleitend unterhalb von 1,4 K.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

234Pa wurde 1913 von Kasimir Fajans und O. H. Göring entdeckt, sie gaben ihm wegen seiner kurzen Halbwertszeit (1,14 Minuten) den Namen Brevium. Das langlebige 231Pa (ca. 32.000 Jahre) wurde 1918 von Otto Hahn und Lise Meitner gefunden, sie nannten es Protoactinium (das chemische Element, das in der Zerfallsreihe des Uran-235 vor dem Actinium steht).

Im Jahre 1922 machte Otto Hahn die weitere Entdeckung, dass es zu dem von Fajans gefundenen Brevium 234 noch ein zweites betastrahlendes Isotop mit der gleichen Massenzahl 234 gibt, das sich von dem Brevium lediglich durch seine längere Halbwertszeit von 6,7 Stunden unterscheidet; es handelt sich hierbei um den seltenen Fall einer Kernisomerie.

Der offizielle Name für alle drei Isotope sowie alle künstlich herstellbaren Isotope mit der Ordnungszahl 91 wurde 1949 von der IUPAC zu Protactinium bestimmt, statt des schwerer auszusprechenden Protoactinium von Hahn/Meitner.

Vorkommen

Protactinium, ein radioaktives Zerfallsprodukt des Urans, findet sich in der Natur in Form der beiden Isotope 231Pa und 234Pa, wobei das Isotop 234Pa in zwei unterschiedlichen Energiezuständen auftreten kann. Protactinium 231Pa, ein Alphastrahler, entsteht beim Zerfall von 235U (siehe Uran-Actinium-Reihe), das betastrahlende Protactinium 234Pa beim Zerfall von Uran 238U (siehe Uran-Radium-Reihe).

Anwendung

Wegen seiner Seltenheit, hohen Radioaktivität und Giftigkeit findet Protactinium außer in der Forschung keine praktische Anwendung.

In Protactinium 231Pa, das beim Zerfall von Uran 235U entsteht und sich in Kernreaktoren auch durch die Reaktion 232Th + n  231Th + 2n und anschließenden Betazerfall bildet, kann möglicherweise eine Kettenreaktion zustande kommen, die prinzipiell auch zum Bau von Atomwaffen genutzt werden könnte. Die kritische Masse beträgt nach Angabe von Walter Seifritz 750±180 kg.[2] Andere Autoren kommen zum Schluss, dass eine Kettenreaktion selbst bei beliebig großer Masse in Protactinium 231Pa nicht möglich ist.[3]

1961 wurden in Großbritannien 125 g Protactinium aus 60 t abgebrannter Kernbrennstäbe extrahiert.

Protactinium 233Pa ist ein Zwischenprodukt im Brutprozess von Thorium 232Th zu Uran 233U in Thorium-Hochtemperaturreaktoren.

Die Zeitangaben sind Halbwertszeiten.

Seit der Verfügbarkeit moderner, sehr sensibler Massenspektrometer, ist eine Anwendung des 231Pa beispielsweise als Tracer in der Paläozeanographie möglich geworden.[4]

Einzelnachweise

  1. In Bezug auf ihre Gefährlichkeit wurde die Substanz von der EU noch nicht eingestuft, eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  2. Nukleare Sprengkörper - Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit, Walter Seifritz, Thiemig-Verlag (1984), ISBN 3-521-06143-4.
  3. Ganesan et al., Berechnung der Kritikalität von Pa-231 (1999) (engl.).
  4. McManus et al., Anwendung von Pa-231 als Tracer für Ozeanzirkulation (2004) (engl.).
 Commons: Protactinium – Bilder, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Protactinium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik