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프로텍티늄

Protactinium
프로텍티늄, 파
Protactinium-233.jpg
프로텍티늄
발음/ˌproʊtækˈkniəm/ (PROH-탁-TIN-ee-əm)
외관밝고 은빛의 금속 광택
표준 원자량Ar, std(Pa)231.03588(1)[1]
주기율표의 프로텍티늄
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
PR
↑
파
↓
(Uqp)
토륨 ← 프로토티늄 → 우라늄
원자번호 (Z)91
그룹그룹 n/a
기간7주기
블록 f-블록
전자 구성[Rn] 5f2 6d1 7s2
셸당 전자2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
물리적 성질
위상 STP서실체가 있는
녹는점1841K(1568°C, 2854°F)
비등점4300K(4027°C, 7280°F) (?)
밀도 (근처 )15.37 g/cm3
융해열12.34 kJ/mol
기화열481 kJ/mol
원자성
산화 상태+2, +3, +4, +5(약하게 기본 산화물)
전기성폴링 스케일: 1.5
이온화 에너지
  • 1차: 568 kJ/mol
원자 반지름체험: 오후 163시
공동 반지름오후 2시
Color lines in a spectral range
프로토티늄의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생쇠퇴하여
결정구조 몸 중심 사방형[2]
Body-centered tetragonal crystal structure for protactinium
열팽창~9.9µm/(m³K)([3]에서)
열전도도47 W/(m³K)
전기저항도177 NΩ⋅m(0°C)
자기순서파라자성의[4]
CAS 번호7440-13-3
역사
예측드미트리 멘델레예프(1869)
검색 및 첫 번째 격리카시미르 파잔스와 오스왈드 헬무트 괴링 (1913년)
이름:오토 한과 리스 메이트너(1917–8)
프로토티늄의 주 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
229파 동음이의 1.5 d ε 229TH
230파 동음이의 17.4 d ε 230TH
231파 100% 3.276×104 y α 227Ac
232파 동음이의 1.31 d β− 232U
233파 자취를 감추다 26.967 d β− 233U
234파 자취를 감추다 6.75시간 β− 234U
234m파 자취를 감추다 1.17분 β− 234U
범주: 프로토티늄
참고 문헌

프로텍티늄(Protactinium, 구 protactinium)은 Pa 기호와 원자 번호 91을 가진 화학 원소다.그것은 산소, 수증기, 무기산과 쉽게 반응하는 밀도가 높고 은회색의 액티나이드 금속이다.산화상태 +5에서 보통 프로텍티늄이 존재하는 다양한 화학성분을 형성하지만, +4와 +3 또는 +2 상태까지도 가정할 수 있다.지구 지각의 프로토티늄 농도는 일반적으로 1조 당 몇 부분이지만 일부 천왕성 광석 퇴적물에서는 백만분의 몇 부분까지 도달할 수 있다.희소성, 높은 방사능, 높은 독성 때문에 현재 과학 연구 외에서는 프로토티늄의 용도가 없으며, 이를 위해 프로토티늄은 대부분 사용후핵연료에서 추출된다.

이 원소는 1913년 카지미에르스 파잔스와 오스왈드 헬무트 괴링에 의해 처음 확인되었으며 연구된 특정 동위원소의 반감기가 짧기 때문에 브레비움(brevium)이라고 명명되었다.보다 안정된 프로토티늄 동위 원소인 파(Pa)는 1917년/18년 리스 메이트너에 의해 오토 한과 협력하여 발견되었고, 그들은 프로텍티늄이라는 이름을 선택했다.[5]IUPAC는 1949년 '프로트랙티늄'이라는 이름을 선택했고, 한과 메이트너를 발견자로 확정했다.새로운 이름은 액티늄의 (핵) 전구체를[6] 의미했고 액티늄이 프로티늄의 방사성 붕괴의 산물이라는 것을 반영했다.존 아놀드 크랜스턴(프레더릭 소디, 에이다 히친스와 함께 일)도 1915년 가장 안정된 동위원소를 발견한 공로를 인정받았으나, 1차 세계대전에서 용역을 요구받으면서 발표를 미뤘다.[7]

프로텍티늄-231의 자연발생 동위원소 중 수명이 가장 길고 가장 풍부(100% 가까이)하며 반감기가 32,760년으로 우라늄-235의 붕괴생산물이다.우라늄-238의 붕괴 사슬에서 단명 프로토티늄-234와 핵 이성질체-234m의 훨씬 작은 미량들이 발생한다.프로텍티늄-233은 토륨-232의 중성자 조사에 의해 우라늄-233을 생산하는 데 사용되는 사건 체인의 일부로서 토륨-233의 붕괴로부터 발생한다.토륨 기반 원자로에서 원하지 않는 중간 생산물이며, 따라서 번식 과정에서 원자로의 활성 구역에서 제거된다.해양과학은 고대 바다를 이해하기 위해 그 원소를 이용한다.물과 광물에 함유된 각종 우라늄, 토륨, 프로텍티늄 동위원소의 상대농도 분석은 최대 17만5천년 된 퇴적물의 방사선 연대측정 및 다양한 지질학적 과정 모델링에 사용된다.[8]

역사

드미트리 멘델레예프의 1871년 주기율표와 토륨과 우라늄 사이의 차트의 맨 아래 줄에 프로텍티늄에 대한 간극이 있다.

1871년 드미트리 멘델레예프는 토륨과 우라늄 사이에 원소의 존재를 예측했다.[9]액티나이드 시리즈는 당시에는 알려지지 않았다.따라서 우라늄은 그룹 VI에서는 텅스텐 아래, 그룹 IV에서는 지르코늄 아래 토륨이 위치하여 그룹 V에서는 탄탈룸 아래의 공간이 비어 있었다. 1940년대 후반 액티나이드 개념이 수용되기 전까지는 이 구조로 주기율표가 발표되었다.[10]오랫동안 화학자들은 탄탈룸과 비슷한 화학적 성질을 가진 원소로 에카탄탈룸을 찾아내어, 프로토티늄의 발견을 거의 불가능하게 만들었다.탄탈룸의 무거운 아날로그는 후에 트랜스우라늄 원소 더브니움인 것으로 밝혀졌는데, 이 원소는 탄탈룸처럼 반응하지 않고 프로토티늄처럼 반응한다.[11]

1900년에 윌리엄 크로크스는 우라늄에서 극도의 방사능 물질로 프로텍티늄을 분리했지만, 그는 그것을 새로운 화학 원소로 특성화할 수 없어서 우라늄-X(UX)라고 명명했다.[9][12][13] 크로크스는 에테르에 질산 우라늄을 용해시켰고, 잔류 수성 페이즈에는 Th와
Pa가
대부분 포함되어 있다.그의 방법은 1950년대에 여전히 Th와
Pa를
우라늄 화합물로부터 격리시키기 위해 사용되었다.[14]프로탁티늄 처음으로 1913년, 파얀스와 오스왈드 헬무트 Göhring 동 위원의 붕괴 사슬의 그들의 연구를 통해 그 동위 원소 234Pa을 만났다에:23892U → 23490Th → 23491Pa → 23492U 확인되었다.그들은 그 짧은 반감기, 23491Pa에 67시간 새로운 요소 brevium(는 라틴어에서, 짧은, 의미, 짧은 짧은).[15][16][17][18][19]1917/18년, 독일의 오토 한, 영국의 프레드릭 소디와 존 크랜스턴과 협력하여 두 그룹의 과학자 그룹이 독립적으로 약 33,000년의 훨씬 긴 반감기를 가진 또 다른 프로토티늄 동위원소인 파를 발견했다.[5][19][20]따라서 새로운 원소가 액티늄의 모체로서 우라늄-235의 붕괴 사슬의 일부였기 때문에 브레비움이라는 명칭은 프로토티늄으로[5] 변경되었다(그리스어: πρῶτςςςς pr prôtos "first, before").IUPAC는 1949년에 이 이름을 확인했다.[21][22]프로토티늄의 발견은 1869년 멘델레예프가 제안한 주기율표의 초기 판의 마지막 틈새 중 하나를 완성시켰고, 관련 과학자들의 명성을 얻었다.[23]

아리스티드 폰 그로스는 1927년 2mg의25 PaO를 생산했고,[24] 1934년 처음으로 원소 프로텍티늄을 0.1mg의 PaO에서25 분리했다.[25]그는 두 가지 다른 절차를 사용했다: 첫 번째 절차에서, 산화 프로토티늄은 진공 상태에서 35 keV 전자로 조사되었다.반 아르켈-데 보어 공정이라고 불리는 다른 방법으로는 산화물을 할로겐화(염화물, 브롬화 또는 요오드화)로 화학적으로 변환한 다음, 전기 가열 금속 필라멘트를 사용하여 진공에서 감소시켰다.[21][26]

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

1961년 영국 원자력청(UKAEA)은 약 50만 달러를 들여 12단계의 공정에서 60톤의 폐기물을 처리해 99.9%의 순수 프로토티늄-231의 127g을 생산했다.[21][27]여러 해 동안, 이것은 세계 유일의 프로토티늄 공급이었는데, 이것은 과학 연구를 위해 여러 연구소에 제공되었다.[9]미국의 오크 리지 국립 연구소는 그램 당 약 US$280의 비용으로 프로토티늄을 제공했다.[28]

동위 원소

주요 기사:프로토티늄 동위 원소

프로테티늄의 방사성 동위원소 30개가 발견되었는데, 반감기가 32,760년인 Pa, 반감기가 27일인 Pa, 반감기가 17.4일인 Pa가 가장 안정적이다.나머지 동위원소는 모두 반감기가 1.6일 미만이며, 이들 중 대다수는 반감기가 1.8초 미만이다.프로텍티늄은 또한 두 개의 핵 이소머인 Pa(반감기 1.2밀리초)와 Pa(반감기 1.17분)를 가지고 있다.[29]

가장 안정적인 동위원소 Pa와 라이터(211Pa to Pa)의 1차 붕괴 모드는 알파 붕괴로 액티늄 동위원소가 생성된다.더 무거운 동위원소(232Pa to Pa)의 일차적 모드는 베타 붕괴로 우라늄 동위원소를 생산한다.[29]

발생

프로텍티늄은 자연적으로 발생하는 가장 희귀하고 가장 비싼 원소 중 하나이다.그것은 두 개의 동위원소인 Pa와 Pa의 형태로 발견되며, 동위원소 Pa는 두 개의 다른 에너지 상태에서 발생한다.거의 모든 천연 프로토티늄은 프로텍티늄-231이다.알파 방출체로서 우라늄-235의 붕괴에 의해 형성되는 반면, 베타 방사 프로토티늄-234는 우라늄-238 붕괴의 결과로 생성된다.거의 모든 우라늄-238(99.8%)이 수명이 짧은 파 이소머에게 먼저 해독된다.[30]

프로토티늄은 천왕나이트(피치블렌드)에서 광석의 약 0.3-3ppm Pa(ppm) 농도에서 발생한다.[9]보통 함량은 0.3ppm[31](체코의 자치모프[32])에 가까운 반면 콩고민주공화국의 일부 광석은 약 3ppm이다.[21]프로토티늄은 대부분의 천연물질과 물에서 균일하게 분산되지만, 1조당 1개 부품 순서에 훨씬 낮은 농도로 0.1 피코스피리(pCi)/g의 방사능에 해당한다.같은 토양 표본에 존재하는 물조차도 물보다 모래 토양 입자에 약 500배 더 많은 프로텍티늄이 있다.2,000 이상의 훨씬 더 높은 비율은 벤토나이트와 같은 암토와 클라이로 측정된다.[30][33]

원자로에서

Pa와 Pa는 원자로의 토륨에서 생산된다. 둘 다 바람직하지 않고 보통 제거되기 때문에 원자로 설계와 운용에 복잡성을 가중시킨다.특히 Th via (n,2n) 반응은 Pa에게 빠르게 (반감기 25.5시간) 소멸되는 Th를 생성한다.마지막 동위원소는 초우라늄 폐기물은 아니지만 32,760년의 긴 반감기를 가지고 있으며 사용후핵연료의 장기적 방사선독성에 큰 기여를 하고 있다.[34]

Proactinium-233은 Th에 의해 중성자 포획에 의해 형성된다.또한 우라늄-233으로 해독하거나 다른 중성자를 포획하여 핵분열성 우라늄-234로 변환한다.[35]233파는 비교적 긴 반감기가 27일이고 중성자 포획(일명 중성자 독)의 단면이 높다.따라서 Pa의 상당 부분은 유용한 U로 빠르게 부패하는 대신, 핵분열 동위원소가 아닌 동위원소로 변환되어 중성자를 소모하여 원자로 효율을 저하시킨다.이를 피하기 위해 Pa는 작동 중 토륨 용융 염화 원자로의 활성 구역에서 추출되어 U.까지만 분해된다. 이는 리튬이 용해된 용융 비스무트 수 미터 높이의 기둥을 사용하여 달성된다.단순화된 시나리오에서 리튬은 선택적으로 프로토티늄 염을 용융-소금 사이클에서 추출되는 프로텍티늄 금속으로 감소시키고 비스무트는 단순한 운반체일 뿐이다.용융점(271°C), 낮은 증기압, 리튬 및 액티나이드 용해도가 양호하고, 용융 할로겐이 보이지 않기 때문에 선택된다.[34]

준비

프로토티늄은 천왕성 광석에서 발생한다.

원자로가 등장하기 전에, 프로토티늄은 우라늄 광석에서 과학적 실험을 위해 분리되었다.요즘은 토륨 고온 원자로에서 핵분열의 중간 산물로 주로 생산된다(주어진 시간은 반 리브임).

231 동위원소는 느린 중성자로 토륨-230을 방사하거나 베타 데카잉 토륨-231로 변환하거나 고속 중성자로 토륨-232를 조사하여 토륨-231과 2 중성자를 생성하여 준비할 수 있다.

프로텍티늄 금속은 1300–1400 °C의 온도에서 칼슘,[36] 리튬 또는 바륨으로 불소를 감소시켜 제조할 수 있다.[37][38]

물리적 및 화학적 특성

프로actinium은 우라늄의 왼쪽과 토륨의 오른쪽의 주기율표에 위치하는 액티니드로서, 그것의 물리적 특성의 많은 부분이 그 두 액티니드 사이에 중간이다.그래서 프로토티늄은 토륨보다 밀도가 높고 단단하지만 우라늄보다 가벼우며, 녹는점은 토륨보다 낮고 우라늄보다 높다.이 세 원소의 열팽창, 전기 및 열전도율은 비교가 가능하며 변환 후 금속의 전형이다.프로토티늄의 추정 전단 계수는 티타늄과 유사하다.[39]프로텍티늄은 은회색 광택을 가진 금속으로 공기 중에 한동안 보존된다.[21][27]프로텍티늄은 산소, 수증기, 산과 쉽게 반응하지만 알칼리에는 반응하지 않는다.[9]

상온에서, 프로토티늄 결정체는 왜곡된 신체 중심 입방 격자로 간주될 수 있는 신체 중심 4각형 구조에서 결정된다. 이 구조는 53 GPA까지 압축해도 변하지 않는다.고온에서 냉각하면 약 1200 °C에서 얼굴 중심의 입방체(fcc)로 구조가 변화한다.[36][40]상온과 700 °C 사이의 4각형 위상의 열팽창 계수는 9.9×10−6/°C이다.[36]

프로텍티늄은 파라마그네틱이며 어떤 온도에서도 자석의 전환은 알려져 있지 않다.[41]그것은 1.4 K 이하의 온도에서 초전도성이 된다.[9][37] 프로토티늄 테트라클로라이드는 실온에서는 파라마그네틱이지만 냉각하면 182 K로 강자성이 변한다.[42]

프로토티늄은 +4와 +5의 두 가지 주요 산화 상태에 존재하며, 고체 및 용액에 모두 존재하며, +3과 +2 상태는 일부 고체 단계에서 관찰되었다.중성 원자의 전자 구성이 [Rn]5f6d7s이므로212 +5 산화 상태는 저에너지(따라서 선호하는) 5f0 구성에 해당한다.+4 상태와 +5 상태 모두 물에서 쉽게 수산화물을 형성하며 우세한 이온은 Pa(OH),3+ Pa(OH),2+
2 Pa(OH),+
3 Pa(OH)이며 모두 무색이다.4[43]다른 알려진 프로토티늄 이온으로는 PaCl2+
2, PaaS2+
4, PaF3+, PaF2+
2−
6, PaF, PaF2−
7, PaF3−
8 등이 있다.[44][45]

화학 화합물

공식 색을 칠하다 대칭 우주군 아니요. 피어슨 기호 a(pm) b (pm) c (pm) Z 밀도(g/cm3)
파 은빛의 사방형의[2] I4/mmm 139 TI2 392.5 392.5 323.8 2 15.37
파오 암석의[38] Fm3m 225 cF8 496.1 4 13.44
파오2 검게 하다 FCC[38] Fm3m 225 cF12 550.5 4 10.47
파오25 백색의 Fm3m[38] 225 cF16 547.6 547.6 547.6 4 10.96
파오25 백색의 정형외과적[38] 692 402 418
PAH3 검게 하다 입방체의[38] Pm3n 223 cP32 664.8 664.8 664.8 8 10.58
PAF4 적갈색의 단색의[38] C2/c 15 mS60 2
PaCl4 녹황색의 사방형의[46] I41/amd 141 T20 837.7 837.7 748.1 4 4.72
파브르4 갈색의 사방형의[47][48] I41/amd 141 T20 882.4 882.4 795.7
PaCl5 노랑색의 단색의[49] C2/c 15 mS24 797 1135 836 4 3.74
파브르5 적색의 단색의[48][50] P21/c 14 mP24 838.5 1120.5 1214.6 4 4.98
파오브르3 단색의[48] C2 1691.1 387.1 933.4
Pa(PO3)4 정형외과적[51] 696.9 895.9 1500.9
파포227 입방체의[51] 3페이지 865 865 865
파(CH88)2 황금빛의 단색의[52] 709 875 1062

여기서 a, b, c는 피코미터의 격자 상수, no는 공간 그룹 번호, Z는 단위 셀당 공식 단위 수입니다. fccfc는 얼굴 중심의 입방 대칭을 의미한다.밀도는 직접 측정되지 않고 격자 매개변수로 계산되었다.

산화물과 산소 함유 염

프로토티늄 산화물은 금속 산화 상태 +2, +4 및 +5로 알려져 있다.가장 안정적인 것은 흰색 오산화물 PaO로25 500℃ 온도에서 공기 중 프로텍티늄(V) 수산화물을 점화시켜 생산할 수 있다.[53]그것의 결정 구조는 입방체이고, 화학적 구성은 종종 PaO라고2.25 묘사되는 비스토리히메트릭이다.직교대칭이 있는 이 산화물의 또 다른 위상도 보고되었다.[38][54]검은 이산화물 PaO는2 수소로 1550 °C에서 줄여 오산화물로부터 얻는다.희석되거나 농축된 질산, 염산 또는 황산에 쉽게 용해되지 않지만 불산에는 쉽게 용해된다.[38]이산화물은 산소 함유 대기에서 1100 °C까지 가열하면 다시 오산화물로 변환할 수 있다.[54]일산화탄소 PaO는 프로토티늄 금속의 얇은 코팅으로만 관찰되었을 뿐, 분리된 벌크 형태는 관찰되지 않았다.[38]

프로토티늄은 이항산화물과 다양한 금속을 혼합하여 만든다.알칼리 금속 A로 결정체는 화학식 APaO와3 페로브스카이트 구조, 또는 APaO와34 왜곡된 암염 구조, 또는 산소 원자가 육각형의 촘촘한 격자를 형성하는 APaO를76 가지고 있다.이 모든 물질에서 프로토티늄 이온은 옥타헤드로 조정된다.[55][56]오산화 PaO는25 희토류 금속 산화물 RO와23 결합하여 다양한 비스토리히메트릭 혼합 산소를 형성하며, 또한 페로브스카이트 구조도 있다.[57]

프로토티늄 산화물들은 기본이다; 그것들은 쉽게 수산화물로 전환되고 황산염, 인산염, 질산염 등과 같은 다양한 염분을 형성할 수 있다.질산은 보통 흰색이지만 방사성 분해로 인해 갈색이 될 수 있다.질산염을 400 °C에서 공기로 가열하면 오산화 백색 프로텍티늄으로 변환된다.[58]폴리트리옥소인산 Pa(PO3)4는 불활성 기체 대기에서 황산 이플루오리드 PaFSO와24 인산(HPO34)을 반응시켜 만들 수 있다.제품을 약 900℃까지 가열하면 불산, 삼산화황, 무수인산 등의 반응 부산물이 제거된다.불활성 대기에서 더 높은 온도로 가열하면 Pa(PO3)4가 diphosphate PaPO로27 분해되는데, 이는 다른 액티니드의 diphosphate와 유사하다.이중인산염에서 PO 그룹은3 C 대칭의2v 피라미드를 형성한다.1400 °C까지 공기 중의 PaPO를27 가열하면 인과 프로텍티늄의 오산화물로 분해된다.[51]

할리데스

프로텍티늄(V) 플루오르화물은 프로텍티늄 이온이 오각형 비피라미드로 배열되고 7개의 다른 이온에 의해 조정되는 흰색 결정체를 형성한다.염화프로티늄(V)에서도 조율은 같지만, 색은 노란색이다.갈색 프로토티늄(V) 브롬화에서 팔면체로 조율이 변화하며, 프로텍티늄(V) 요오드화물은 알려져 있지 않다.모든 사트라할리드의 프로토티늄 조정은 8이지만, 배열은 프로토티늄(IV) 플루오르에서 정사각형 항균성, 염화물과 브롬화에서 도데카헤드랄이다.황색 프로텍티늄(III) 요오드화물은 프로텍티늄 이온이 이중삼각 프리즘 배열로 8개 조화된 곳에서 보고되었다.[59]

프로텍티늄(V) 플루오르화 또는 염화물의 프로텍티늄(고체 원)과 할로겐 원자(개방 원)의 조정.

프로텍티늄(V) 불소와 염화 프로텍티늄(V) 염화물은 단핵 대칭의 고분자 구조를 가지고 있다.그곳에는, 하나의 고분자 체인 안에 모든 할로겐화 원자들이 흑연처럼 생긴 하나의 평면에 놓여 있고, 프로토티늄 이온 주위에 평면형 펜타곤을 형성한다.프로토티늄의 조정 7은 5개의 할로겐화 원자와 2개의 결합에서 가까운 체인에 속하는 프로토티늄 원자에 대한 것이다.이 화합물들은 물에 쉽게 가수분해된다.[60]오타클로라이드는 300 °C에서 녹고 더 낮은 온도에서 승화한다.

프로actinium(V) 플루오르화물은 약 600 °C에서 프로actinium oxide와 브롬 펜타플루오라이드 또는 브롬 트리플루오라이드를 반응시켜 준비할 수 있으며, 산화물과 600 °C에서 수소와 불소의 혼합물을 통해 프로actinium(IV) 플루오르화물을 얻을 수 있으며, 대기 중의 산소 누출을 제거하는데 많은 수소가 필요하다.이온의[38]

염화 프로텍티늄(V) 염화물은 200~300℃의 온도에서 산화물과 사염화탄소를 반응시켜 제조한다.[38]부산물(PaOCl3 등)은 부분 승화에 의해 제거된다.[49]약 800 °C에서 수소로 염화 프로텍티늄(V)을 감소시키면 프로텍티늄이 발생한다.IV) 염화물은 400 °C에서 진공 상태를 유지하는 황록색 고체로서, 400 °C에서 탄소 테트라클로라이드로 처리하여 이산화 프로트니늄으로부터 직접 얻을 수도 있다.[38]

프로actinium Bromides는 산화 프로actinium에 알루미늄 브로미드, 수소 브롬화, 탄소 테트라브로미드 또는 수소 브롬화수소와 티오닐 브로미드 혼합물의 작용에 의해 생성된다.다른 반응은 프로토티늄 펜타클로라이드와 브롬화수소 또는 티오닐 브롬화이다.[38]프로actinium(V)브로미드는 유사한 단핵성 형태 두 가지를 가지고 있는데, 하나는 400–410°C에서 승화하여 얻은 것이고, 다른 하나는 390–400°C의 약간 낮은 온도에서 승화하여 얻은 것이다.[48][50]

프로텍티늄 요오드화물은 산화물과 알루미늄 요오드화합물 또는 요오드화 암모늄으로 600 °C까지 가열된다.[38]프로텍티늄(III) 요오드화물은 프로텍티늄(V) 요오드화물을 진공에서 가열하여 얻었다.[60]산화물과 마찬가지로 프로텍티늄은 알칼리 금속과 할로겐화물을 혼합한다.그 중에서 가장 주목할 만한 것은 프로토티늄 이온이 거의 완벽한 입방체를 이루는 8F− 이온으로 대칭적으로 둘러싸인 NaPaF이다38.[44]

More complex protactinium fluorides are also known such as Pa2F9[60] and ternary fluorides of the types MPaF6 (M = Li, Na, K, Rb, Cs or NH4), M2PaF7 (M = K, Rb, Cs or NH4) and M3PaF8 (M = Li, Na, Rb, Cs), all being white crystalline solids.MPaF6 공식은 MF와 PaF의5 조합으로 나타낼 수 있다.이러한 화합물은 이 두 가지 복합체를 포함한 불산 용액을 증발시켜 얻을 수 있다.Na와 같은 작은 알칼리 양이온의 경우 결정구조는 4각형인 반면, 더 큰 양이온+ K, Rb+, Cs+ 또는4+ NH의 경우 직교형까지 낮아진다. MPaF27 불소화물의 경우 유사한 변화가 관찰되었다. 즉, 결정 대칭은 양이온에 의존하며 CsPaF와27 MPaF27(M = K, RB 또는 NH)의4 경우 차이가 있었다.[45]

기타 무기 화합물

프로텍티늄의 옥시할라이드와 산화황화물이 알려져 있다.PaOBR은3 프로토티늄이 조정 7을 갖는 더블 체인 단위로 구성된 단핵 구조를 가지고 있으며, 오각형 바이프라임으로 배열되어 있다.사슬은 산소와 브로민 원자를 통해 상호 연결되어 있으며, 각각의 산소 원자는 세 개의 프로토티늄 원자와 관련이 있다.[48]PaOS는 옅은 황색 비휘발성 고체로, 다른 액티비드 옥시설피드보다 입방정 격자 등위 구조물이다.염화 프로텍티늄(V)을 황화수소와 이황화탄소의 혼합물과 900℃에서 반응시켜 얻는다.[38]

하이드라이드와 질화물에서 프로텍티늄은 산화 상태가 약 +3이다.하이드라이드는 250℃에서 수소가 금속에서 직접 작용하여 얻어지며, 질화물은 암모니아와 프로텍티늄 테트라클로라이드 또는 오타클로라이드의 산물이다.이 밝은 노란색 고체는 진공 상태에서 800 °C까지 가열할 수 있어 안정적이다.프로토티늄 카바이드 PaC는 약 1400℃의 온도에서 탄소 도가니에서 바륨을 함유한 프로텍티늄 테트라플루오라이드를 감소시켜 형성된다.[38]프로토티늄은 Pa(BH4)를 포함하는 붕수화물을 형성한다.4나선체인이 있는 특이한 고분자 구조를 가지고 있는데, 원자는 조정 번호가 12이고 6개의 BH4− 이온으로 둘러싸여 있다.[61]

유기농 화합물

Pa(CH88)2 분자의 제안된 구조

프로트락티늄(IV)은 4개의 사이클로펜타디닐 링으로 사면체 복합체 테트라키스(사이클로펜타디닐) 프로트락티늄(IV)(또는 Pa(CH55))4을 형성하며, 프로트락티늄()을 반응시켜 합성할 수 있다.IV) 용융된 Be(CH55)를 사용한 염화물.2하나의 고리는 할로겐 원자로 대체될 수 있다.[62]또 다른 유기농 복합체로는 황금색-황색 bis(bis, syclonoctatetraene) 프로토티늄, 또는 천왕성과 구조가 유사한 프로토티노세 Pa(CH88)가 있다.2그곳에서, 금속 원자는 두 개의 사이클로크타테트라엔 리간드 사이에 샌드위치되어 있다.우라노센과 마찬가지로 테트라하이드로푸란에서 프로토티늄 테트라클로라이드를 이포칼륨(Cycloroctatetraenide, KCH288)과 반응시켜 준비할 수 있다.[52]

적용들

프로토티늄은 우라늄과 토륨 사이의 주기율표에 둘 다 수많은 용도를 가지고 있지만, 현재 희소성과 높은 방사능, 높은 독성으로 인해 과학 연구 밖에서는 프로토티늄의 사용이 없다.[30]

프로토티늄-231은 천연 우라늄-235의 붕괴로부터 발생하며, 원자로에서는 Th + n → Th + 2n 반응과 그에 따른 베타 붕괴에 의해 발생한다.한때는 핵무기 제조에 원칙적으로 사용될 수 있는 핵 연쇄 반응을 지지할 수 있다고 생각되었다: 물리학자 월터 세이프리츠[de]는 관련 임계 질량을 750±180 kg으로 추정했었다.[63]그러나 이후 파씨의 비판 가능성은 배제됐다.[64]

매우 민감한 질량 분광기의 출현으로, 지질학과 고생물학에서 Pa를 추적자로 응용할 수 있게 되었다.그래서 프로티늄-231 대 토륨-230의 비율은 최대 17만5000년 된 퇴적물의 방사선 연대 측정과 광물 형성의 모델링에 사용된다.[31]특히 해양 퇴적물에 대한 평가를 통해 빙하기 빙하가 마지막으로 녹는 동안 북대서양 수역의 움직임을 재구성할 수 있었다.[65]일부 프로토티늄 관련 데이트 변동은 예를 들어 우라늄, 프로토티늄, 토륨 등 우라늄 붕괴 사슬의 여러 장수 멤버에 대한 상대적 농도의 분석에 의존한다.이들 원소는 발란스 전자가 6개, 5개, 4개여서 각각 +6, +5 및 +4 산화 상태를 선호하며 물리적 및 화학적 특성이 서로 다르다.그래서 토륨과 프로토티늄은 우라늄 화합물이 수용성 용액에서 잘 녹지 않고 퇴적물로 침전된다; 토륨의 강수율이 프로토티늄의 강수량보다 더 빠르다.또한 프로토티늄-231 (반감기 32,760년)과 토륨-230 (반감기 75,380년)에 대한 농도분석을 통해 하나의 동위원소만을 측정할 때와 비교했을 때 정확도를 향상시킬 수 있다. 이 이중 이소토프 방법은 동위원소의 공간분포와 p의 변화에 약하게 민감하다.레시피율[31][66]

주의사항

프로텍티늄은 독성이 있고 방사능이 매우 높기 때문에 모든 조작은 밀폐된 글로브 박스에서 수행된다.주요 동위원소 Pa는 그램 당 0.048 큐리(1.8 GBq)의 특정 활성도를 가지고 있으며, 주로 5 MeV의 에너지로 알파 입자를 방출하는데, 이는 어떤 물질의 얇은 층으로도 막을 수 있다.그러나 반감기가 32,760년으로, 그램 당 74큐리(2,700GBq)의 특정 활성도를 가지는 ac로 서서히 소멸하고, 알파와 베타 방사선을 모두 방출하며, 22년의 훨씬 짧은 반감기를 가진다.227AC는 다시 아래 표에 요약된 프로토티늄-231의 붕괴 사슬을 보여 주는 것과 같이 반감기가 더 짧고 훨씬 더 큰 특정 활동(SA)으로 더 가벼운 동위원소로 분해된다.[30]

동위원소 231파 227Ac 227TH 223라 219Rn 215포 211PB 211비 207Tl
SA(Ci/g) 0.048 73 3.1×104 5.2×104 1.3×1010 3×1013 2.5×107 4.2×108 1.9×108
썩다 α α, β α α α α β α, β β
하프라이프 33ka a 22 a 19일 11일 4초 1.8ms 36분 2.1분 4.8분

대부분의 천연물이나 물질에는 프로토티늄이 소량으로 존재하기 때문에 음식이나 물로 섭취하고 공기로 흡입한다.섭취한 프로토티늄의 약 0.05%만이 혈액에 흡수되고 나머지는 배설된다.혈액에서 약 40%의 프로티늄이 뼈에 퇴적되고, 약 15%는 간으로, 2%는 신장으로 가고, 나머지는 신체를 떠난다.프로토티늄의 생물학적 반감기는 뼈에서 50년 정도인 반면, 다른 장기에서는 키네틱스가 빠르고 느린 성분을 가지고 있다.예를 들어 간에 있는 프로텍티늄의 70%는 생물학적 반감기가 10일이고, 나머지 30%는 60일이다.신장에 상응하는 값은 20%(10일)와 80%(60일)이다.이 모든 기관에서, 프로토티늄은 그것의 방사능을 통해 암을 촉진한다.[30][58]인체 내 Pa의 최대 안전선량은 0.03μCi(1.1 kBq)로 Pa의 0.5 마이크로그램에 해당한다.이 동위원소는 하이드로사이안산보다 2.5×10배8 독성이 강하다.[67]독일의 공기 중 Pa의 최대 허용 농도는 3×10−4 Bq/m이다3.[58]

참고 항목

참조

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참고 문헌 목록

외부 링크