镤

化学元素

镤（protactinium，Pa）是一种天然放射性元素。原子序数91，原子量231.03588。1913年美国化学家法扬斯发现短半衰期的镤-234，1917年英国化学家索迪、哈恩等各自独立发现长半衰期的镤-231，这也是仅有的两种天然放射性元素，现已发现质量数在215~238之间的镤的21个同位素。231Pa主要用于科学研究。它也是由 (n，γ)反应制取铀-232的原料。

研究简史

发现人：哈恩、迈特纳、索迪、克兰斯顿

发现年代：1917年

地点：英格兰/法国

希腊文：proto和actinium（锕之母）。镤放射性衰变为锕。

1871年，门捷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1903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了一个新的化学元素，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钍-234和镤-234。

1913年，当时法扬斯（Kasimir Fajans）和格林（Oswald Helmuth Göhring），在他们的研究铀-238衰变链：铀-238→钍-234→镤-234→铀-234，发现了镤的231号同位素。因为它镤-231的半衰期仅只有6.7小时，他们将这个新元素命名为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（Otto Hahn）和莉斯·麦特纳（Lise Meitner），以及德国和英国的弗雷德里克·索迪（Frederick Soddy）和约翰·克兰斯登（John Cranston）的，另外发现了镤-231，半衰期约3.2万年。他们将这个元素更名为镤（protoactinium）（proto- 源于希腊文：πρῶτος，意义为之前，首先；-actinium 源于锕的英文名），因为镤在铀-235衰变链的在锕之前。

Aristid von Grosse于1927年提取2毫克的五氧化二镤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35 keV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HF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镤的成本约280美元/克。

理化性质

物理性质

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、237晶格镤金属的电阻率小于钍，并在102.3K时出现不能解释的斜率变化。超导转变温度为Tc=(0.42+0.02)K，位于钍(Tc=1.4K)和铀(Tc≤0.1K)之间。

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。

元素符号： Pa 英文名： Protactini

元素名称：镤

元素原子量：231.0

元素类型：金属

原子YY体积：（立方厘米/摩尔）

15.1

氧化态：

Main Pa+5

Other Pa+3，Pa+4

晶体结构：晶胞为正交晶胞。

晶胞参数：

a = 392.5pm

b = 392.5pm

c = 323.8pm

α = 91°

β = 92°

γ = 91°

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 6d1 7s2 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]

第一电离能： 570KJ·mol-1 第二电离能： 0KJ·mol-1 第三电离能： 0KJ·mol-1

原子半径：160.6 离子半径：未知共价半径：未知

表镤的重要物理性质

化学性质

常见氧化态为+4、+5，在空气中被氧化成组成不定的氧化物，在250～300℃下与氢作用生成PaH3，与碘作用生成挥发性碘化物PaI5。新鲜制成的金属是银色，当暴露于空气中后，在表面上很快形成一层薄的PaO和PaO2组成的膜。由于它的电子组态是[Rn]5f2 6d1 7s2 ，+5氧化态对应的低能量有利于5f0的电子填入。+4和+5的状态很容易在水中形成羟基络合物，主要离子包括Pa(OH)3+，Pa(OH)22+，Pa(OH)3+以及Pa(OH)4+，皆无色。其他已知的离子包括PaCl22+, PaSO42+，PaF3+, PaF22+，PaF6−，PaF72−以及PaF83−。

镤化合物

1.氢化物：用氢气与金属镤在250-300℃作用生成氢化镤PaH3。它是黑色的化合物，与氢化铀β-UH3属相同的β-W型立方晶体结构，晶格常数a=6.648Å，Pa-H键长2.32Å。

2.氮化物：1954年报道，在800℃将氨与PaCl4或PaCl5反应，能制得氮化镤PaN，但没有X射线的支持数据。

3.碳化物：1969年报道，成功地用碳热还原法将Pa2O5还原为碳化镤，约在1100℃时先得PaO2，温度超过1900℃时得PaC。一碳化镤具有面心立方NaCl型晶体结构，a=5.0608Å。PaC2是四方晶系，a=3.61Å，c=6.11Å。

4.氧化物：镤的主要的氧化物是五氧化二镤、二氧化镤和一氧化镤，此外镤氧化物有许多非化学计量的中间产物，在锕系元素中它是最突出的。例如，四方晶系的Pa2O5实际上其成分有一个有限的区间PaO2.476-PaO2.500。

制备方法

镤有两种制取途径：一种是从铀矿渣中提取；另一种是在反应堆中，用中子辐照钍-230靶，由核反应制得。

从矿渣中分离提取的化学过程复杂，一般要经过溶剂萃取和离子交换分离过程。英国科学家曾从铀“醚渣”中回收了125g纯度为99.9%的Pa。

中国研究了从铀矿渣中提取镤的流程。该流程以沥青铀矿为原料，经硝酸浸出铀、镭后，用氢氟酸浸出渣中的镤，经苯基磷酸-2-乙基己基酯-二甲苯、三烷基氧膦-二甲苯、三脂肪胺-混合醇-磺化煤油等三次溶剂萃取和阴离子交换树脂色层分离获得纯化镤。

应用领域

在19世纪50年代以前，对镤的研究是十分困难的。随着铀矿的大规模开采和处理，以及钍反应堆的研究和发展，为镤的常量化学工作创造了条件，并起了积极的促进作用。镤的化学有了较多的发展，但总的来说还是研究得极其不够的。因此镤仅有理论研究的意义。

计算化学数据

数据：

1.疏水参数计算参考值（XlogP）:无

2.氢键供体数量:0

3.氢键受体数量:0

4.可旋转化学键数量:0

5.互变异构体数量:无

6.拓扑分子极性表面积0

7.重原子数量:1

8.表面电荷:0

9.复杂度:0

10.同位素原子数量:0

11.确定原子立构中心数量:0

12.不确定原子立构中心数量:0

13.确定化学键立构中心数量:0

14.不确定化学键立构中心数量:0

15.共价键单元数量:1

海水中的镤

镤在海水中的溶存形态可能是五价的氧化态，以PaO(OH)2.5或Pa(OH)4.5水解形态存在。这些水解产物被吸附在氢氧化物和粘土矿物等天然吸附剂的表面上，最后在海底沉积物或铁锰结核中富集。

由于镤在海水中的含量极低，所以必须要取大体积(200-500升)水样才能分析。通常用氢氧化铁和二氧化锰进行富集，然后再用溶剂萃取或阴离子交换法分离、纯化。如今，海水中测定镤的实例还不多。有的报道说，在太平洋赤道海域其值为3-5×10克/升，在北太平洋和加勒比海其值为1.3-2.4×10克/升。这只不过是与U平衡值的0.15-7%。不平衡的原因是与镤的水解产物沉积在海底沉积物所致。

在镤的放射性同位素中，较有意义的是Pa。利用钍镤法(Pa/Th)或镤法，可以测定海底沉积物的年代及铁锰结核和磷块结核的生长速度。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省