Protactinium

Isotop	NH	t_1/2	ZA	ZE (MeV)	ZP
²²⁹Pa	{syn.}	1,50 d	ε	0,316	²²⁹Th
²²⁹Pa	{syn.}	1,50 d	α	5,841	²²⁵Ac
²³⁰Pa	{syn.}	17,4 d	ε	1,310	²³⁰Th
			β⁻	0,563	²³⁰U
			α	5,439	²²⁶Ac
²³¹Pa	in Spuren	32760 a	α	5,149	²²⁷Ac
²³²Pa	{syn.}	1,31 d	β⁻	1,337	²³²U
²³²Pa	{syn.}	1,31 d	ε	0,495	²³²Th
²³³Pa	{syn.}	26,967 d	β⁻	0,571	²³³U
²³⁴Pa	in Spuren	6,70 h	β⁻	2,197	²³⁴U
^234mPa	in Spuren	1,17 min	β⁻	2,271	²³⁴U
^234mPa	in Spuren	1,17 min	IT	0,074	²³⁴Pa

Weitere Isotope siehe Liste der Isotope

Sicherheitshinweise

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung ^[3]

keine Einstufung verfügbar

H- und P-Sätze

H: siehe oben

P: siehe oben

weitere Sicherheitshinweise

Radioaktivität

Radioaktives Element

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Protactinium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Pa und der Ordnungszahl 91. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Actinoide (7. Periode, f-Block). Es ist silbrig metallisch und wird supraleitend unterhalb von 1,4 K.

Geschichte

^234mPa wurde 1913 von Kasimir Fajans und Oswald Helmuth Göhring entdeckt, sie gaben ihm wegen seiner kurzen Halbwertszeit (1,17 Minuten) den Namen Brevium (lateinisch brevis ‚kurz‘). Das langlebige ²³¹Pa (t_½ = 32.760 Jahre) wurde 1918 von Otto Hahn und Lise Meitner gefunden, sie nannten es Protoactinium (das chemische Element, das in der Zerfallsreihe des Uran-235 vor dem Actinium steht).

Im Jahre 1922 machte Otto Hahn die weitere Entdeckung, dass es zu dem von Fajans gefundenen Brevium 234 noch ein zweites betastrahlendes Isotop mit der gleichen Massenzahl 234 gibt, das sich von dem Brevium lediglich durch seine längere Halbwertszeit von 6,7 Stunden unterscheidet; es handelt sich hierbei um den seltenen Fall einer Kernisomerie.

Aristid von Grosse isolierte aus Abfällen der Radiumherstellung 1927 Protactiniumoxid.^[4] Später stellte er auch metallisches Protactinium aus Protactiniumiodid dar.^[5]^[6]

Der offizielle Name für alle drei Isotope sowie alle künstlich herstellbaren Isotope mit der Ordnungszahl 91 wurde 1949 von der IUPAC zu Protactinium bestimmt, statt des schwerer auszusprechenden Protoactinium von Hahn und Meitner.

Vorkommen

Protactinium, ein radioaktives Zerfallsprodukt des Urans, findet sich in der Natur in Form der beiden Isotope ²³¹Pa und ²³⁴Pa, wobei das Isotop ²³⁴Pa in zwei unterschiedlichen Energiezuständen auftreten kann. Protactinium ²³¹Pa, ein Alphastrahler, entsteht beim Zerfall von ²³⁵U (siehe Uran-Actinium-Reihe), das betastrahlende Protactinium ²³⁴Pa beim Zerfall von Uran ²³⁸U (siehe Uran-Radium-Reihe).

Verwendung

Wegen seiner Seltenheit, hohen Radioaktivität und Giftigkeit findet Protactinium außer in der Forschung keine praktische Anwendung.

In Protactinium ²³¹Pa, das beim Zerfall von Uran ²³⁵U entsteht und sich in Kernreaktoren auch durch die Reaktion ²³²Th + n → ²³¹Th + 2n und anschließenden Betazerfall bildet, kann möglicherweise eine nukleare Kettenreaktion zustande kommen, die prinzipiell auch zum Bau von Atomwaffen genutzt werden könnte. Die kritische Masse beträgt nach Angabe von Walter Seifritz 750±180 kg.^[7] Andere Autoren kommen zum Schluss, dass eine Kettenreaktion selbst bei beliebig großer Masse in Protactinium ²³¹Pa nicht möglich ist.^[8]

1961 wurden in Großbritannien 125 g Protactinium aus 60 t abgebrannter Kernbrennstäbe extrahiert.

Protactinium ²³³Pa ist ein Zwischenprodukt im Brutprozess von Thorium ²³²Th zu Uran ²³³U in Thorium-Hochtemperaturreaktoren.

\mathrm {^{232}_{\ 90}Th\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 90}^{233}Th\ {\xrightarrow[{22,3\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 91}^{233}Pa\ {\xrightarrow[{26,967\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 92}^{233}U}

Die Zeitangaben sind Halbwertszeiten.

Seit der Verfügbarkeit moderner, sehr sensibler Massenspektrometer, ist eine Anwendung des ²³¹Pa beispielsweise als Tracer in der Paläozeanographie möglich geworden.^[9]

Verbindungen

→ Kategorie: Protactiniumverbindung

Protactinium(V)-chlorid (PaCl₅) bildet gelbe monokline Kristalle und besitzt eine Kettenstruktur bestehend aus 7-fach koordinierten pentagonalen Bipyramiden.^[10]

Sicherheitshinweise

Einstufungen nach der Gefahrstoffverordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen, die im Fall des Protactiniums eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren spielt. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

Einzelnachweise

↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Protactinium) entnommen.
↑ Dieses Element wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
↑ Aristid von Grosse: Das Element 91; seine Eigenschaften und seine Gewinnung. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 61, Nr. 1, 1928, S. 233–245. doi:10.1002/cber.19280610137.
↑ Aristid von Grosse: Element 91. In: Science. 80, Nr. 2084, 1934, S. 512–516. doi:10.1126/science.80.2084.512. PMID 17734249.
↑ Aristid V. Grosse: Zur Herstellung von Protactinium. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series). 68, Nr. 2, 1935, S. 307. doi:10.1002/cber.19350680218.
↑ Nukleare Sprengkörper - Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit, Walter Seifritz, Thiemig-Verlag (1984), ISBN 3-521-06143-4.
↑ S. Ganesan, Umasankari Kannan, P. D. Krishnani, V. Jagannathan, R. P. Jain, R. Karthikeyan: „A Re-calculation of Criticality Property of ²³¹Pa Using New Nuclear Data“, in: Current Science, 1999, 77 (5), S. 667–671; PDF.
↑ J. F. McManus, R. Francois, J.-M. Gherardi, L. D. Keigwin & S. Brown-Leger: „Collapse and rapid resumption of Atlantic meridional circulation linked to deglacial climate changes“, in: Nature, 2004, 428, S. 834–837; doi:10.1038/nature02494; PDF.
↑ R. P. Dodge, G. S. Smith, Q. Johnson, R. E. Elson: „The crystal structure of protactinium pentachloride“, in: Acta Cryst., 1967, 22, S. 85–89; doi:10.1107/S0365110X67000155.

Literatur

Boris F. Myasoedov, Harold W. Kirby, Ivan G. Tananaev: Protactinium, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S. 161–252; doi:10.1007/1-4020-3598-5_4.