プロトアクチニウム

プロトアクチニウム 化学特性,用途語,生産方法

• 発見

  原子番号91、元素記号Pa。プロトアクチニウム，天然にはウラン・ラジウム系列およびアクチニウム系列中にごくわずかに存在し、1913年から1918年にかけて発見と確認が続けられ、α(アルファ)崩壊でアクチニウムに変わることからプロトアクチニウムと命名された。アクチニウム系列中の質量数231同位体の約3万年を除くと、その後人工合成されたものも含め、いずれも半減期は短い。ウラン鉱物中に含まれるが、その化学的挙動は複雑である。単体は灰色の金属で展性に富み、化合物では5価または4価の陽イオンとなることが多い。質量数233の同位体は、天然のトリウムから核燃料となるウラン233を得る際の重要な中間体となる。［岩本振武］

• 解説

  Pa．原子番号91の元素，電子配置[Rn]5f 26d17s2の周期表3族アクチノイド元素．原子量231.03588(2)．天然には 231Pa が存在する．質量数212～240の同位体核種が知られている．231Pa はアクチニウム系崩壊系列に属する(半減期3.276×104 y，α崩壊)．ウラン系崩壊系列には 234Pa(UZ，半減期6.70 h，β－ 崩壊)と 234mPa(UX2，半減期1.175 min，β－ 崩壊，準安定状態)があり，いずれもウラン鉱物中に存在する．1913年にK. FajansとO.H. Göhringが 234Pa(UX2)を発見，寿命の短いところからラテン語の“短い”brevisをとってbreviumと名づけた．長寿命の 231Pa は1917年にO. Hahn(ハーン)，L. Meitner(マイトナー)，独立にFajans，さらにF. Soddy(ソディ)らによってピッチブレンド中に発見された．α崩壊によりアクチニウムになるので，その前という意味で，ギリシア語の“最初”πρωτοζ(protos)からプロトアクチニウム(protoactinium)と名づけられたが，1949年にIUPACにより現在のprotactiniumに短縮された．1937年にA. GrosseがPa2O5をヨウ化物PaI5にかえ，真空中で，電流を通じて高温にしたフィラメント上で熱分解してはじめて金属を得た．単体は銀灰色金属で，正方晶のα相と1167 ℃ 以上で体心立方格子のβ相の二相がある．密度15.37 g cm－3(25 ℃，計算値)．融点1840 ℃．酸化数3，4，5．森北出版「化学辞典（第2版）

• 反応性

  空気中ではかなり安定で酸化されにくい．1100 ℃ 以上で酸素と反応してPaⅤ2O5(無色)を生じる．黒色のPaⅣ O2も存在する．PaO2とH2-HF混合系の反応でPaF4(褐色)が得られる．ハロゲン化物には，ほかにPaF5，PaCl4，PaCl5，PaBr5，PaI4，PaI5などがある．水溶液中で容易に加水分解してコロイド状になる．

• 化学的特性

  shiny, malleable metal; readily tarnishes in air; α: tetr, a = 0.3929 nm, c = 0.3241 nm, stable from room temp up to 1170°C; β: bcc, a = 0.381 nm, stable from 1170°C–1575°C; first discovered in 1917; enthalpy of fusion 12.34 kJ/mol; can be produced by nuclear reaction 230Th + n → 231Th + γ 231Th → 231Pa, however, Pa is also found in natural sources; t1/2 231Pa is 3.25 × 10+4 years [KIR78] [MER06] [CRC10]

• 物理的性質

  Shiny white metal with bright metallic luster; hard and malleable; body-centered tetragonal structure; density 15.37 g/cm³ (calculated); melts below 1,600°C; vapor pressure 3.88x10^-2 torr at about 1,930°C (calculated); superconducting below 1.4°K.

• 来歴

  In 1913 Fajans and Gohring identified the first isotope of this element, a metastable isotope having a mass 234, Pa-234m, a short-lived member of uranium-238 decay series. They named it brevium. In 1918, two independent groups, namely Hahn and Meitner and Soddy, Cranston, and Fleck simultaneously identified a longer-lived isotope Pa-231, a member of the uranium-235 decay series. The isotope Pa-234 in its ground state was discovered by Hahn and Meitner in 1921. The element derived its name from the Greek word protos, which means ‘first.’ Protactinium 231 occurs in the ore pitchblende at about 0.1ppm abundance. Certain ores of pitchblende have a higher abundance of this isotope, about 3ppm. Pa-231 also is found naturally in uranium and radium wastes. No commercial application of protactinium isotopes is known.

• 使用

  233Pa as intermediate in production of fissile 233U in thorium breeder reactors.

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