Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa protactinio entre los 118 elementos según 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
Radio de 163 pm: es decir, 0,163 nm, por lo que aproximadamente 3,07 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Protactinio es líquido en un intervalo de 2455 K, desde 1845 K hasta 4300 K.
La historia
Uno de los elementos naturales más raros y costosos: extraer 125 g llegó a costar medio millón de dólares.
El protactinio tiene una historia de descubrimiento compleja, con múltiples atribuciones en competencia. Las primeras evidencias 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, el 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 de metal de 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 en el que se realizaron miles de cristalizaciones fraccionadas.
El nombre del elemento cambió de «brevium» a «protactinio» (que significa «antes del actinio») cuando se caracterizó el isótopo Pa-231, de vida más larga. Este nombre refleja su posición en la cadena de desintegración del uranio-235, donde se desintegra para formar actinio-227 y, por tanto, 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 distintos 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.
Pequeñas cantidades de protactinio se utilizan en la educación avanzada en química nuclear y en programas de formación 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 los modelos teóricos utilizados para predecir el comportamiento de los elementos que están más allá de la tabla periódica actual.
El principal uso moderno 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 brecha crucial 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 pasadas 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 las escalas temporales 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 los procesos de desintegración radiactiva.
De dónde procede
1,40e-6 mg/kg de la corteza terrestre · más abundante que el 29 % de los elementos
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 mediante varios pasos hasta producir finalmente protactinio-231.
El protactinio natural puede encontrarse dondequiera que existan depósitos de uranio, incluidas las principales regiones productoras de uranio de Canadá, Australia, Kazajistán, Níger y Estados Unidos. Sin embargo, las cantidades son tan diminutas que su extracción de fuentes naturales no resulta práctica para ningún propósito 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 para la 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 su uso en aplicaciones científicas.
El protactinio natural está compuesto casi en su totalidad 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. No tiene ningún isótopo estable: todos los núcleos se desintegran. 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 peligro de contaminación a largo plazo.
La exposición al protactinio puede causar síndrome de irradiación aguda, 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 a distancia y protocolos de seguridad exhaustivos. El personal necesita formación avanzada en seguridad radiológica y vigilancia continua de la salud debido a los graves peligros involucrados.
Cualquier sospecha de contaminación con protactinio requiere evacuación inmediata y procedimientos especializados de descontaminación. La respuesta de emergencia debe contar con profesionales cualificados en seguridad radiológica y especialistas en medicina nuclear capacitados para manejar incidentes graves de contaminación radiactiva.
Respuestas rápidas
Protactinio (símbolo Pa) es el elemento 91 de la tabla periódica, un Actínido del periodo 7. Uno de los elementos naturales más raros y costosos: extraer 125 g llegó a costar medio millón de dólares. A temperatura ambiente es un sólido y es radiactivo.
[Rn] 5f² 6d¹ 7s², con 7 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2.Protactinio se funde a 1845 K (1571.9 °C) y hierve a 4300 K (4026.9 °C).
La masa atómica estándar de Protactinio es 231.036 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Protactinio tiene una densidad de 15.37 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Protactinio es aproximadamente 15.4 veces más pesado.
Protactinio tiene una electronegatividad de Pauling de 1.5. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Los valores de esta franja intermedia tienden a formar enlaces covalentes en lugar de enlaces fuertemente iónicos.
Protactinio fue descubierto en 1913 por Fajans & Gohring. Recibe su nombre de griego protos + actinium, «antes del actinio».
Protactinio constituye aproximadamente 1.40e-6 mg/kg de la corteza terrestre; es realmente raro, por lo que resulta caro.
Sí. Protactinio no tiene ningún isótopo estable: todos sus núcleos se desintegran. Se encuentra de forma natural en cantidades traza como producto de desintegración de elementos más pesados.