Struttura
Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca protoattinio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati da ~ sono predetti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Radius 179 pm — that is 0.179 nm, so about 2793 million of them side by side would span a millimetre.
Intervallo termico
Protoattinio is liquid over a 2455 K window, from 1845 K to 4300 K.
La storia
One of the rarest and most expensive natural elements — extracting 125 g once cost half a million dollars.
La storia della scoperta del protoattinio è complessa e caratterizzata da molteplici rivendicazioni concorrenti. Le prime prove furono trovate nel 1913 da Kazimierz Fajans e Oswald Helmuth Göhring, ricercatori tedeschi che identificarono un isotopo a vita breve (Pa-234m) e lo chiamarono "brevium" a causa del suo breve tempo di dimezzamento, di poco superiore a un minuto.
L'isotopo a vita più lunga e più significativo, il protoattinio-231, fu scoperto nel 1917 dagli scienziati britannici Frederick Soddy e John Cranston, che lavoravano indipendentemente da Otto Hahn e Lise Meitner in Germania. Entrambi i gruppi studiavano la serie di decadimento dell'uranio e identificarono lo stesso isotopo a vita lunga.
Il primo isolamento riuscito del protoattinio metallico fu realizzato nel 1927 da Aristid von Grosse, che ottenne 2 milligrammi di Pa₂O₅ da circa 2 tonnellate di residuo di pechblenda. Ciò rappresentò il culmine di anni di meticoloso lavoro di separazione chimica che comportò migliaia di cristallizzazioni frazionate.
Il nome dell'elemento cambiò da "brevium" a "protactinium" (che significa "prima dell'attinio") quando fu caratterizzato l'isotopo Pa-231 a vita più lunga. Questo nome riflette la sua posizione nella catena di decadimento dell'uranio-235, nella quale decade formando attinio-227, essendo quindi il "genitore" dell'attinio.
La scoperta rappresentò un esempio sia di collaborazione internazionale sia di competizione nella radiochimica dei primi anni del XX secolo. Nonostante lavorassero durante la Prima guerra mondiale, scienziati di paesi diversi condividevano informazioni e sviluppavano il lavoro gli uni degli altri, dimostrando la natura universale della ricerca scientifica anche durante i periodi di conflitto.
L'isolamento del protoattinio richiese lo sviluppo di nuove tecniche radiochimiche per la manipolazione di quantità estremamente piccole di materiali altamente radioattivi. I metodi sviluppati per la separazione del protoattinio divennero tecniche fondamentali utilizzate in tutta la chimica nucleare e continuano a influenzare le moderne pratiche radiochimiche.
Applicazioni
Il protoattinio è utilizzato principalmente come strumento di ricerca nella fisica nucleare e nei laboratori di radiochimica. Gli scienziati usano gli isotopi del protoattinio per studiare i processi di decadimento nucleare, i meccanismi di emissione alfa e le proprietà fondamentali degli elementi attinoidi. La sua posizione tra torio e uranio lo rende fondamentale per comprendere la transizione dagli elementi transuranici naturali a quelli artificiali.
L'applicazione pratica più significativa del protoattinio è nei metodi di datazione uranio-protoattinio per i campioni geologici. La catena di decadimento dell'uranio-235 e del protoattinio-231 fornisce un metodo affidabile per datare i sedimenti marini e determinare l'età delle formazioni geologiche risalenti a centinaia di migliaia di anni, risultando particolarmente utile nella ricerca sulla paleoclimatologia.
Gli isotopi del protoattinio sono preziosi per studiare la sistematica del decadimento alfa e le teorie sulla struttura nucleare. I ricercatori usano il protoattinio-233 e altri isotopi per verificare i modelli di stabilità nucleare, studiare l'effetto tunnel della meccanica quantistica nel decadimento alfa e comprendere le proprietà nucleari che influenzano i tassi di decadimento radioattivo.
In chimica analitica, i composti del protoattinio fungono da traccianti e standard di riferimento per studiare il comportamento chimico degli elementi attinoidi. Le proprietà chimiche uniche dell'elemento aiutano i ricercatori a sviluppare tecniche di separazione per altri elementi radioattivi e a comprendere la chimica degli attinoidi in diversi ambienti chimici.
Piccole quantità di protoattinio vengono utilizzate nell'istruzione avanzata di chimica nucleare e nei programmi di formazione per scienziati e tecnici nucleari. Il suo tempo di dimezzamento relativamente lungo (protoattinio-231: 32.760 anni) lo rende adatto a esperimenti di laboratorio controllati sul decadimento radioattivo e sui principi della chimica nucleare.
La ricerca sul protoattinio contribuisce a comprendere la stabilità degli elementi superpesanti e a prevedere le proprietà degli elementi non ancora scoperti. Gli studi sulle proprietà chimiche e nucleari del protoattinio aiutano a convalidare i modelli teorici utilizzati per prevedere il comportamento degli elementi oltre l'attuale tavola periodica.
L'uso moderno principale del protoattinio è nella datazione radiometrica dei sedimenti marini e dei campioni geologici. Il metodo di datazione Pa-231/U-235 è particolarmente utile per datare materiali di età compresa tra 10.000 e 300.000 anni, colmando una lacuna fondamentale nelle tecniche geocronologiche.
Le istituzioni scientifiche usano il protoattinio per la ricerca sulla chimica nucleare, per studiare il comportamento degli attinoidi e per formare scienziati nucleari. Le sue proprietà lo rendono un importante elemento di riferimento per comprendere l'intera serie degli attinoidi e sviluppare tecniche per la manipolazione di altri materiali radioattivi.
I rapporti tra protoattinio nei sedimenti oceanici aiutano a ricostruire le condizioni climatiche passate e i modelli di circolazione oceanica. Gli scienziati usano i rapporti Pa-231/Th-230 per studiare i cambiamenti nella circolazione dell'Oceano Atlantico e comprendere come il clima sia variato nel corso delle scale temporali geologiche.
I ricercatori usano gli isotopi del protoattinio per studiare i meccanismi del decadimento nucleare e verificare i modelli teorici della struttura nucleare. Questi studi contribuiscono alla comprensione fondamentale dei nuclei atomici e dei processi di decadimento radioattivo.
Da dove proviene
1.40e-6 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 29% of elements
Il protoattinio è presente in natura in quantità estremamente piccole nei minerali di uranio, con concentrazioni generalmente intorno a 1-3 parti per trilione. Si forma come prodotto intermedio nella catena di decadimento dell'uranio-235, nella quale l'uranio-235 decade attraverso diversi passaggi fino a produrre protoattinio-231.
Il protoattinio naturale si trova ovunque esistano giacimenti di uranio, comprese le principali regioni produttrici di uranio in Canada, Australia, Kazakistan, Niger e Stati Uniti. Tuttavia, le quantità sono così esigue che l'estrazione da fonti naturali è impraticabile per qualsiasi scopo commerciale.
I sedimenti marini contengono tracce misurabili di protoattinio-231 depositate nel corso del tempo geologico attraverso il decadimento naturale dell'uranio. Questi depositi, sebbene estremamente diluiti, sono sufficienti per le applicazioni di datazione radiometrica e per la ricerca paleoclimatologica. Le carote di sedimento oceanico costituiscono la principale fonte di protoattinio naturale per gli studi scientifici.
Praticamente tutto il protoattinio utilizzato per la ricerca è prodotto artificialmente nei reattori nucleari attraverso il bombardamento con neutroni di bersagli di torio-230. Questo processo produce protoattinio-231, che può essere separato chimicamente dal materiale bersaglio per essere utilizzato nelle applicazioni scientifiche.
Il protoattinio naturale è costituito quasi interamente dall'isotopo Pa-231 (tempo di dimezzamento: 32.760 anni), con tracce di isotopi a vita più breve provenienti da diverse catene di decadimento. Si stima che la quantità totale di protoattinio naturale nella crosta terrestre sia inferiore ad alcune centinaia di chilogrammi a livello globale.
Manipolazione
Protoattinio è radioattivo. It has no stable isotope — every nucleus decays. La manipolazione richiede schermatura e autorizzazioni appropriate.
PERICOLO: Il protoattinio è estremamente radioattivo e tossico. Tutti gli isotopi comportano rischi significativi per la salute a causa della radiazione alfa; il protoattinio-231 ha un tempo di dimezzamento di 32.760 anni, il che lo rende un pericolo di contaminazione a lungo termine.
L'esposizione al protoattinio può causare sindrome acuta da radiazioni, aumento del rischio di cancro e gravi danni ai tessuti. Le particelle alfa del decadimento del protoattinio sono particolarmente pericolose se inalate o ingerite, poiché possono causare danni significativi alle cellule e al DNA degli organi interni.
Il protoattinio deve essere manipolato esclusivamente in strutture nucleari specializzate dotate di schermature adeguate, apparecchiature per la manipolazione a distanza e rigorosi protocolli di sicurezza. Il personale deve ricevere una formazione avanzata sulla sicurezza dalle radiazioni e un monitoraggio continuo della salute a causa dei rischi estremi coinvolti.
Qualsiasi sospetta contaminazione da protoattinio richiede l'evacuazione immediata e procedure specializzate di decontaminazione. La risposta all'emergenza deve coinvolgere professionisti qualificati della sicurezza dalle radiazioni e specialisti di medicina nucleare formati nella gestione di gravi incidenti di contaminazione radioattiva.
Risposte rapide
Protoattinio (symbol Pa) is element 91 on the periodic table, a attinoide 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.Protoattinio melts at 1845 K (1571.9 °C) and boils at 4300 K (4026.9 °C).
The standard atomic weight of Protoattinio is 231.036 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Protoattinio has a density of 15.37 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of protoattinio is about 15.4× heavier.
Protoattinio 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.
Protoattinio was discovered in 1913 by Fajans & Gohring. It is named after greek protos + actinium, "before actinium".
Protoattinio makes up about 1.40e-6 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.
Yes. Protoattinio has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.