鏷（protactinium，Pa）是一種天然放射性元素。原子序數(shù)91，原子量231.03588。1913年美國化學(xué)家法揚(yáng)斯發(fā)現(xiàn)短半衰期的鏷234，1917年英國化學(xué)家索迪、哈恩等各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)長半衰期的鏷231，這也是僅有的兩種天然放射性元素，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)在215~238之間的鏷的21個(gè)同位素。

231Pa主要用于科學(xué)研究。它也是由(n，γ)反應(yīng)制取鈾-232的原料。

鏷可用四氟化鏷等用鋇還原而制得。也可用酮和醇從鈾精煉廠殘余物中分離、萃取。

發(fā)現(xiàn)簡史

發(fā)現(xiàn)人：哈恩、邁特納、索迪、克蘭斯頓

發(fā)現(xiàn)年代：1917年

地點(diǎn)：英格蘭/法國

希臘文：proto和actinium（錒之母）。鏷放射性衰變?yōu)殄H。

1871年，門捷列夫預(yù)言釷和鈾之間有元素的存在。當(dāng)時(shí)錒系元素還沒有被發(fā)現(xiàn)。因此1950年代出版的周期表，先是鈾、鎢、鋯、釷、鉭，而鉭下面的空格是空的。造成很長一段時(shí)間的化學(xué)家以EKA-鉭作為搜索的結(jié)果來搜尋相似的化學(xué)性質(zhì)如鉭的元素，而使得發(fā)現(xiàn)鏷幾乎不可能。

在1903年，威廉·克魯克斯從鈾分離出強(qiáng)烈的放射性物質(zhì)鏷，然而他不知道他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的化學(xué)元素，因此將其命名為鈾-X?？唆斂怂箤⑾跛徕欟Ｈ芙庥谝颐阎?，發(fā)現(xiàn)剩余的水中含有釷-234和鏷-234。

1913年，當(dāng)時(shí)法揚(yáng)斯(Kasimir Fajans)和格林(Oswald Helmuth G?hring)，在他們的研究鈾-238衰變鏈：鈾-238→釷-234→鏷-234→鈾-234，發(fā)現(xiàn)了鏷的231號(hào)同位素。因?yàn)樗h-231的半衰期僅只有6.7小時(shí)，他們將這個(gè)新元素命名為Brevium（拉丁語，意思是短暫或短期）。

在1917年至1918年，兩組科學(xué)家奧托·漢恩(Otto Hahn)和莉斯·麥特納(Lise Meitner)，以及德國和英國的弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)和約翰·克蘭斯登(John Cranston)的，另外發(fā)現(xiàn)了鏷-231，半衰期約3.2萬年。他們將這個(gè)元素更名為鏷(protoactinium)（proto-源于希臘文：πρ?το?，意義為之前，首先；-actinium源于錒的英文名），因?yàn)殓h在鈾-235衰變鏈的在錒之前。

Aristid von Grosse于1927年提取2毫克的Pa2O5，并于1934年首次分離出元素鏷于0.1毫克的Pa2O5。他用兩種不同的方法：第一個(gè)，氧化鏷在真空中照射35keV的電子。在另一種方法中，被稱為范亞克-戴波耳法，將氧化物的化學(xué)置HF換為一個(gè)鹵化物（氯化物，溴化物或碘化物），然后在真空用一個(gè)電加熱的金屬絲:

2 PaI5 → 2 Pa 5 I2

1961年，英國原子能管理局（UKAEA）用125克純度為99.9%鏷，用一個(gè)12級(jí)的過程處理60噸的廢料，成本約50萬美元。

美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室提供鏷的成本約280美元/克。

理化性質(zhì)

密度15.37克/厘米3。熔點(diǎn)小于1600℃，具有放射性。已知同位素中，231Pa壽命最長，發(fā)射α粒子，半衰期約為3.4×10^4。233Pa，發(fā)射β和γ射線，半衰期為27天。其他幾種同位素226Pa、237Pa等，都較"短命"?；野咨饘?，有延展性能，硬度似鈾?？諝庵蟹€(wěn)定，晶格屬正方系?；瘜W(xué)性質(zhì)與鉭相似。常顯示 4價(jià)和 5價(jià)。鏷是第三罕有元素。它在放射衰變過程中產(chǎn)生錒，是錒的"祖先"。

在同一時(shí)間內(nèi)自然界中只有幾個(gè)鏷原子存在并幾乎都在出現(xiàn)后幾分鐘內(nèi)衰變掉了，見于鈾、釷和钚的裂變產(chǎn)物中。

元素符號(hào)：Pa 英文名：Protactini

元素名稱：鏷

元素原子量：231.0

元素類型：金屬

原子YY體積:(立方厘米/摩爾)

15.1

氧化態(tài)：

Main Pa 5

Other Pa 3, Pa 3

晶體結(jié)構(gòu)：晶胞為正交晶胞。

晶胞參數(shù)：

a = 392.5 pm

b = 39T2.5 pm

c = 323.8 pm

α = 91°

β = 92°

γ = 91°

相對(duì)原子質(zhì)量：231.036 常見化合價(jià)： 4, 5 電負(fù)性：1.5

外圍電子排布：5f2 6d1 7s2 核外電子排布：2,8,18,32,20,9,2

同位素及放射線：Pa-230[17.4d] Pa-231(放 α[32800y]) Pa-233[27d]Pa-234[6.69h]Pa-234m[1.17m]

電子親合和能：0 KJ·mol-1

第一電離能：570 KJ·mol-1 第二電離能： 0 KJ·mol-1 第三電離能： 0 KJ·mol-1

單質(zhì)密度：15.4 g/cm3 單質(zhì)熔點(diǎn)： 1Y567 ℃ 單質(zhì)沸點(diǎn)：4027℃

原子半徑：160.6 離子半徑：未知 共價(jià)半徑：未知

表2 鏷的重要物理性質(zhì)

性 質(zhì) 數(shù) 據(jù) 性 質(zhì) 數(shù) 據(jù)

半徑r/pm Pa3 113，Pa4 98，熱導(dǎo)率λ/W·m-1·K-1 47(300K)

Pa5 89

熔點(diǎn)T/K 2113

沸點(diǎn)T/K 4300

熔化熱Q/kJ·mol-1 16.7

氣化熱Q/kJ·mol-1 481

密度ρ/kg·m-3 15370

制備方法

鏷有兩種制取途徑：一種是從鈾礦渣中提取；另一種是在反應(yīng)堆中，用中子輻照釷-230靶，由核反應(yīng)制得。

從礦渣中分離提取的化學(xué)過程復(fù)雜，一般要經(jīng)過溶劑萃取和離子交換分離過程。英國科學(xué)家曾從鈾“醚渣”中回收了125g純度為99.9%的Pa。

中國研究了從鈾礦渣中提取鏷的流程。該流程以瀝青鈾礦為原料，經(jīng)硝酸浸出鈾、鐳后，用氫氟酸浸出渣中的鏷，經(jīng)苯基磷酸-2-乙基己基酯-二甲苯、三烷基氧膦-二甲苯、三脂肪胺-混合醇-磺化煤油等三次溶劑萃取和陰離子交換樹脂色層分離獲得純化鏷。

海水中的鏷

鏷在海水中的溶存形態(tài)可能是五價(jià)的氧化態(tài)，以PaO(OH)2.5或Pa(OH)4.5水解形態(tài)存在。這些水解產(chǎn)物被吸附在氫氧化物和粘土礦物等天然吸附劑的表面上，最后在海底沉積物或鐵錳結(jié)核中富集。

由于鏷在海水中的含量極低，所以必須要取大體積(200-500升)水樣才能分析。通常用氫氧化鐵和二氧化錳進(jìn)行富集，然后再用溶劑萃取或陰離子交換法分離、純化。至今，海水中測定鏷的實(shí)例還不多。有的報(bào)道說，在太平洋赤道海域其值為3—5×10克/升，在北太平洋和加勒比海其值為1.3-2.4×10克/升。這只不過是與U平衡值的0.15-7%。不平衡的原因是與鏷的水解產(chǎn)物沉積在海底沉積物所致。

在鏷的放射性同位素中，較有意義的是Pa。利用鍰鏷法(Pa/Th)或鏷法，可以測定海底沉積物的年代及鐵錳結(jié)核和磷塊結(jié)核的生長速度。