構造
環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。
測定値
各バーは、その性質についてプロトアクチニウムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。
出典：IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。
縮尺どおりの大きさ
Radius 179 pm — that is 0.179 nm, so about 2793 million of them side by side would span a millimetre.
熱範囲
プロトアクチニウム is liquid over a 2455 K window, from 1845 K to 4300 K.
物語
One of the rarest and most expensive natural elements — extracting 125 g once cost half a million dollars.
プロトアクチニウムの発見史は複雑で、複数の競合する主張があります。最初の証拠は、ドイツの研究者である1913年のKazimierz FajansとOswald Helmuth Göhringによって発見されました。彼らは短寿命同位体（Pa-234m）を同定し、半減期がわずか1分余りだったことから「brevium」と名付けました。
より長寿命で重要な同位体であるプロトアクチニウム231は1917年に発見され、英国の科学者Frederick SoddyとJohn Cranstonが、ドイツのOtto HahnとLise Meitnerとは独立して研究していました。両グループはウラン崩壊系列を研究し、同じ長寿命同位体を同定しました。
プロトアクチニウム金属の初めての単離に成功したのは1927年のAristid von Grosseで、約2トンのピッチブレンド残渣から2ミリグラムのPa₂O₅を得ました。これは、数千回に及ぶ分別結晶化を含む、長年にわたる綿密な化学分離作業の集大成でした。
長寿命のPa-231同位体が特徴づけられた際、元素名は「brevium」から「protactinium」（「アクチニウムの前」を意味します）に変更されました。この名称は、ウラン235の崩壊系列における位置を反映しています。この系列では崩壊してアクチニウム227を生成するため、アクチニウムの「親」にあたります。
この発見は、20世紀初頭の放射化学における国際的な協力と競争の両方を示すものでした。第一次世界大戦中に研究していたにもかかわらず、異なる国の科学者たちは情報を共有し、互いの研究を発展させました。これは、紛争の時代においても科学的探究が普遍的な性質を持つことを示しています。
プロトアクチニウムの単離には、極めて少量の高放射性物質を扱うための新しい放射化学的技術の開発が必要でした。プロトアクチニウムの分離のために開発された方法は、核化学全体で使用される基本的な技術となり、現在の放射化学の実践にも影響を与え続けています。
用途
プロトアクチニウムは主に、核物理学および放射化学の研究室における研究用ツールとして利用されています。科学者はプロトアクチニウムの同位体を用いて、核崩壊過程、アルファ放出の仕組み、アクチノイド元素の基本的な性質を研究しています。トリウムとウランの間に位置することから、天然に存在する元素から人工超ウラン元素へ移行する過程を理解するうえで重要です。
プロトアクチニウムの最も重要な実用的用途は、地質試料のウラン・プロトアクチニウム年代測定法です。ウラン235からプロトアクチニウム231へ至る崩壊系列は、海洋堆積物の年代測定や、数十万年に及ぶ地質形成物の年代決定に信頼できる方法を提供し、特に古気候学研究で役立ちます。
プロトアクチニウムの同位体は、アルファ崩壊の体系や核構造理論の研究に役立ちます。研究者はプロトアクチニウム233などの同位体を用いて、核安定性のモデルを検証し、アルファ崩壊における量子力学的トンネル効果を研究し、放射性崩壊速度に影響を与える核の性質を理解しています。
分析化学では、プロトアクチニウム化合物は、アクチノイド元素の化学的挙動を研究するためのトレーサーおよび標準物質として利用されています。この元素の独特な化学的性質は、他の放射性元素の分離技術の開発や、さまざまな化学環境におけるアクチノイド化学の理解に役立ちます。
少量のプロトアクチニウムは、高度な核化学教育や、核科学者および技術者向けの訓練プログラムで使用されています。比較的長い半減期（プロトアクチニウム231：32,760年）を持つため、放射性崩壊や核化学の原理を研究する管理された実験に適しています。
プロトアクチニウムの研究は、超重元素の安定性を理解し、まだ発見されていない元素の性質を予測することに貢献しています。プロトアクチニウムの化学的および核的性質の研究は、現在の周期表を超える元素の挙動を予測するために用いられる理論モデルの検証に役立ちます。
現在におけるプロトアクチニウムの主な用途は、海洋堆積物や地質試料の放射年代測定です。Pa-231/U-235年代測定法は、10,000～300,000年前の物質の年代測定に特に有用で、地質年代学の技術における重要な空白を埋めています。
科学機関は、核化学研究、アクチノイドの挙動の研究、核科学者の訓練にプロトアクチニウムを使用しています。その性質により、アクチノイド系列全体を理解し、他の放射性物質を取り扱う技術を開発するための重要な基準元素となっています。
海洋堆積物中のプロトアクチニウムの比率は、過去の気候条件や海洋循環パターンの復元に役立ちます。科学者はPa-231/Th-230比を用いて、大西洋の海洋循環の変化を研究し、地質学的な時間スケールで気候がどのように変化してきたかを理解しています。
研究者はプロトアクチニウムの同位体を用いて、核崩壊の仕組みを研究し、核構造の理論モデルを検証しています。これらの研究は、原子核と放射性崩壊過程に関する基礎的な理解に貢献しています。
由来
1.40e-6 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 29% of elements
プロトアクチニウムは、ウラン鉱石中に極めて少量存在し、濃度は通常1～3兆分の1程度です。ウラン235の崩壊系列における中間生成物として生じ、ウラン235はいくつかの段階を経て最終的にプロトアクチニウム231を生成します。
天然のプロトアクチニウムは、ウラン鉱床が存在する場所であればどこでも見つかり、カナダ、オーストラリア、カザフスタン、ニジェール、米国などの主要なウラン産出地域にも存在します。ただし、その量は非常に微小であるため、天然資源から抽出して商業目的に利用することは現実的ではありません。
海洋堆積物には、天然のウラン崩壊によって地質学的時間をかけて堆積したプロトアクチニウム231の測定可能な痕跡が含まれています。これらの堆積物は非常に希薄ですが、放射年代測定や古気候学研究には十分であり、海洋堆積物コアは科学研究に用いる天然プロトアクチニウムの主な供給源です。
研究に使用されるプロトアクチニウムのほぼすべては、トリウム230標的に中性子を照射して原子炉内で人工的に生産されています。この過程でプロトアクチニウム231が生成され、科学用途のために標的物質から化学的に分離できます。
天然のプロトアクチニウムは、ほぼ完全にPa-231同位体（半減期：32,760年）から成り、さまざまな崩壊系列に由来する短寿命同位体も微量に含みます。地殻中に存在する天然プロトアクチニウムの総量は、世界全体で数百キログラム未満と推定されています。
取り扱い
プロトアクチニウムは放射性です。 It has no stable isotope — every nucleus decays. 取り扱いには適切な遮蔽と許可が必要です。
危険：プロトアクチニウムは極めて放射性が高く、毒性があります。すべての同位体はアルファ線によって重大な健康リスクをもたらし、半減期32,760年のプロトアクチニウム231は、長期的な汚染の危険性があります。
プロトアクチニウムへの曝露は、急性放射線症候群、がんリスクの増加、重度の組織損傷を引き起こす可能性があります。プロトアクチニウムの崩壊によるアルファ粒子は、吸入または摂取した場合に特に危険で、内臓の細胞やDNAに重大な損傷を与える可能性があります。
プロトアクチニウムは、適切な遮蔽、遠隔操作機器、広範な安全手順を備えた専門の原子力施設でのみ取り扱わなければなりません。関係する危険性が極めて高いため、作業員には高度な放射線安全訓練と継続的な健康監視が必要です。
プロトアクチニウムによる汚染が疑われる場合は、直ちに避難し、専門的な除染手順を実施する必要があります。緊急対応には、深刻な放射性汚染事故への対応訓練を受けた、資格のある放射線安全専門家および核医学専門家が参加しなければなりません。
簡単な回答
プロトアクチニウム (symbol Pa) is element 91 on the periodic table, a アクチノイド 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.プロトアクチニウム melts at 1845 K (1571.9 °C) and boils at 4300 K (4026.9 °C).
The standard atomic weight of プロトアクチニウム is 231.036 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
プロトアクチニウム has a density of 15.37 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of プロトアクチニウム is about 15.4× heavier.
プロトアクチニウム 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.
プロトアクチニウム was discovered in 1913 by Fajans & Gohring. It is named after greek protos + actinium, "before actinium".
プロトアクチニウム makes up about 1.40e-6 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.
Yes. プロトアクチニウム has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.