Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos, sino una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² para cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que hace posible el enlace químico.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa protactinio entre los 118 elementos para esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radius 179 pm — that is 0.179 nm, so about 2793 million of them side by side would span a millimetre.
Intervalo térmico
Protactinio is liquid over a 2455 K window, from 1845 K to 4300 K.
La historia
One of the rarest and most expensive natural elements — extracting 125 g once cost half a million dollars.
El protactinio tiene una historia de descubrimiento compleja, con múltiples afirmaciones contrapuestas. Las primeras pruebas fueron encontradas en 1913 por Kazimierz Fajans y Oswald Helmuth Göhring, investigadores alemanes que identificaron un isótopo de vida corta (Pa-234m) y lo llamaron "brevium" debido a su breve periodo de semidesintegración de poco más de un minuto.
El isótopo de vida más larga y más importante, protactinio-231, fue descubierto en 1917 por los científicos británicos Frederick Soddy y John Cranston, que trabajaban de forma independiente de Otto Hahn y Lise Meitner en Alemania. Ambos grupos investigaban la serie de desintegración del uranio e identificaron el mismo isótopo de vida larga.
El primer aislamiento exitoso del metal protactinio fue logrado en 1927 por Aristid von Grosse, quien obtuvo 2 miligramos de Pa₂O₅ a partir de aproximadamente 2 toneladas de residuos de pechblenda. Esto representó la culminación de años de minucioso trabajo de separación química que implicó miles de cristalizaciones fraccionadas.
El nombre del elemento cambió de "brevium" a "protactinio" (que significa "antes del actinio") cuando se caracterizó el isótopo de vida más larga Pa-231. Este nombre refleja su posición en la cadena de desintegración del uranio-235, donde se desintegra para formar actinio-227, por lo que es el "progenitor" del actinio.
El descubrimiento ejemplificó tanto la colaboración internacional como la competencia en la radioquímica de principios del siglo XX. A pesar de trabajar durante la Primera Guerra Mundial, científicos de diferentes países compartieron información y desarrollaron el trabajo de los demás, demostrando la naturaleza universal de la investigación científica incluso en tiempos de conflicto.
El aislamiento del protactinio requirió desarrollar nuevas técnicas radioquímicas para manipular cantidades extremadamente pequeñas de materiales altamente radiactivos. Los métodos desarrollados para la separación del protactinio se convirtieron en técnicas fundamentales utilizadas en toda la química nuclear y siguen influyendo en las prácticas radioquímicas modernas.
Aplicaciones
El protactinio se utiliza principalmente como herramienta de investigación en física nuclear y en laboratorios de radioquímica. Los científicos utilizan isótopos de protactinio para estudiar los procesos de desintegración nuclear, los mecanismos de emisión alfa y las propiedades fundamentales de los elementos actínidos. Su posición entre el torio y el uranio lo hace crucial para comprender la transición de los elementos transuránicos naturales a los artificiales.
La aplicación práctica más importante del protactinio se encuentra en los métodos de datación uranio-protactinio para muestras geológicas. La cadena de desintegración del uranio-235 al protactinio-231 proporciona un método fiable para datar sedimentos marinos y determinar la edad de formaciones geológicas que abarcan cientos de miles de años, especialmente útil para la investigación de la paleoclimatología.
Los isótopos de protactinio son valiosos para investigar la sistemática de la desintegración alfa y las teorías sobre la estructura nuclear. Los investigadores utilizan protactinio-233 y otros isótopos para probar modelos de estabilidad nuclear, estudiar el efecto de túnel de la mecánica cuántica en la desintegración alfa y comprender las propiedades nucleares que influyen en las tasas de desintegración radiactiva.
En química analítica, los compuestos de protactinio sirven como trazadores y patrones de referencia para estudiar el comportamiento químico de los elementos actínidos. Las propiedades químicas únicas del elemento ayudan a los investigadores a desarrollar técnicas de separación para otros elementos radiactivos y a comprender la química de los actínidos en diversos entornos químicos.
Se utilizan pequeñas cantidades de protactinio en la formación avanzada en química nuclear y en programas de capacitación para científicos y técnicos nucleares. Su periodo de semidesintegración relativamente largo (protactinio-231: 32,760 años) lo hace adecuado para experimentos de laboratorio controlados sobre la desintegración radiactiva y los principios de la química nuclear.
La investigación sobre el protactinio contribuye a comprender la estabilidad de los elementos superpesados y a predecir las propiedades de los elementos aún no descubiertos. Los estudios de las propiedades químicas y nucleares del protactinio ayudan a validar modelos teóricos utilizados para predecir el comportamiento de los elementos más allá de la tabla periódica actual.
El uso moderno principal del protactinio es la datación radiométrica de sedimentos marinos y muestras geológicas. El método de datación Pa-231/U-235 es especialmente valioso para datar materiales de entre 10,000 y 300,000 años de antigüedad, ya que cubre una importante laguna en las técnicas geocronológicas.
Las instituciones científicas utilizan protactinio para la investigación en química nuclear, el estudio del comportamiento de los actínidos y la formación de científicos nucleares. Sus propiedades lo convierten en un elemento de referencia importante para comprender toda la serie de los actínidos y desarrollar técnicas para manipular otros materiales radiactivos.
Las proporciones de protactinio en los sedimentos oceánicos ayudan a reconstruir las condiciones climáticas del pasado y los patrones de circulación oceánica. Los científicos utilizan las proporciones Pa-231/Th-230 para estudiar los cambios en la circulación del océano Atlántico y comprender cómo ha variado el clima a lo largo de escalas de tiempo geológicas.
Los investigadores utilizan isótopos de protactinio para investigar los mecanismos de desintegración nuclear y probar modelos teóricos de la estructura nuclear. Estos estudios contribuyen a nuestra comprensión fundamental de los núcleos atómicos y de los procesos de desintegración radiactiva.
De dónde procede
1.40e-6 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 29% of elements
El protactinio se encuentra en la naturaleza en cantidades extremadamente pequeñas dentro de los minerales de uranio, con concentraciones típicas de alrededor de 1-3 partes por billón. Se forma como producto intermedio en la cadena de desintegración del uranio-235, donde el uranio-235 se desintegra a través de varios pasos hasta producir finalmente protactinio-231.
El protactinio natural puede encontrarse dondequiera que existan depósitos de uranio, incluidas importantes regiones productoras de uranio en Canadá, Australia, Kazajistán, Níger y Estados Unidos. Sin embargo, las cantidades son tan diminutas que su extracción de fuentes naturales resulta impracticable para cualquier finalidad comercial.
Los sedimentos marinos contienen trazas medibles de protactinio-231 depositadas a lo largo del tiempo geológico mediante la desintegración natural del uranio. Estos depósitos, aunque extremadamente diluidos, son suficientes para aplicaciones de datación radiométrica e investigación paleoclimatológica. Los testigos de sedimentos oceánicos proporcionan la principal fuente de protactinio natural para los estudios científicos.
Prácticamente todo el protactinio utilizado en investigación se produce artificialmente en reactores nucleares mediante el bombardeo con neutrones de blancos de torio-230. Este proceso produce protactinio-231, que puede separarse químicamente del material objetivo para utilizarlo en aplicaciones científicas.
El protactinio natural está compuesto casi por completo por el isótopo Pa-231 (periodo de semidesintegración: 32,760 años), con trazas de isótopos de vida más corta procedentes de diversas cadenas de desintegración. Se estima que la cantidad total de protactinio natural en la corteza terrestre es inferior a unos cientos de kilogramos en todo el mundo.
Manejo
Protactinio es radiactivo. It has no stable isotope — every nucleus decays. La manipulación requiere blindaje y licencias adecuados.
PELIGRO: El protactinio es extremadamente radiactivo y tóxico. Todos los isótopos presentan riesgos importantes para la salud debido a la radiación alfa; el protactinio-231 tiene un periodo de semidesintegración de 32,760 años, lo que lo convierte en un riesgo de contaminación a largo plazo.
La exposición al protactinio puede causar síndrome agudo de irradiación, un mayor riesgo de cáncer y daños graves en los tejidos. Las partículas alfa procedentes de la desintegración del protactinio son especialmente peligrosas si se inhalan o ingieren, ya que pueden causar daños celulares y en el ADN importantes en los órganos internos.
El protactinio solo debe manipularse en instalaciones nucleares especializadas con blindaje adecuado, equipos de manipulación remota y protocolos de seguridad exhaustivos. El personal necesita formación avanzada en seguridad radiológica y vigilancia continua de la salud debido a los peligros extremos implicados.
Cualquier sospecha de contaminación por protactinio requiere una evacuación inmediata y procedimientos especializados de descontaminación. La respuesta de emergencia debe incluir a profesionales cualificados en seguridad radiológica y especialistas en medicina nuclear capacitados para gestionar incidentes graves de contaminación radiactiva.
Respuestas rápidas
Protactinio (symbol Pa) is element 91 on the periodic table, a actínido in period 7. One of the rarest and most expensive natural elements — extracting 125 g once cost half a million dollars. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
[Rn] 5f² 6d¹ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2 electrons respectively.Protactinio melts at 1845 K (1571.9 °C) and boils at 4300 K (4026.9 °C).
The standard atomic weight of Protactinio is 231.036 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Protactinio has a density of 15.37 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of protactinio is about 15.4× heavier.
Protactinio has a Pauling electronegativity of 1.5. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Protactinio was discovered in 1913 by Fajans & Gohring. It is named after greek protos + actinium, "before actinium".
Protactinio makes up about 1.40e-6 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.
Yes. Protactinio has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.