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Protactinium

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Protactinium Chemie

Das radioaktive, sehr giftige und sehr seltene chemische Element Protactinium besitzt als reines Metall bzw. in Form seiner Verbindung keinerlei praktische Bedeutung. Untersuchungen und Forschungen mit dem zu den Actinoiden zählenden Element sind nur von akademischem Interesse.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Protactinium

Bezeichnung:Protactinium Symbol:Pa Ordnungszahl:91 Atommasse:231,03588(1) u Periodensystem-Stellung:Actinoide, 7. Periode, f-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Actinoide, Metalle. Entdeckung:1913 - Kasimir Fajans, Oswald Helmuth Göhring. Bedeutung des Namens:Lateinisch für Actinium-Vorgänger, bezogen auf Ac-Zerfallsreihe. Historische Bezeichnungen:Protaktinium (dt.); Saturnium (Sa, St), Brevium (abgelehnte Vorschläge); Uran X2, Protoactinium (ursprünglich). Irdisches Vorkommen:In der Natur sehr seltenes Element; nachgewiesen in Meteoriten. Englischer Name:Protactinium CAS-Nummer:7440-13-3 InChI-Key:XLROVYAPLOFLNU-UHFFFAOYSA-N

 

Das Protactinium-Atom

Das Pa-Atom - und damit das chemische Element Protactinium - ist eindeutig durch die 91 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Protactinium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Protactinium-Isotope bzw. Pa-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f7s7p
Pa91[Rn] 5f2 6d1 7s2 2262610261014261022612

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE des Protactiniums auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Pa-Atom zu trennen.

1. IE: 5,89 eV2. IE: eV3. IE: eV4. IE: eV5. IE: eV6. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Protactinium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
112601211052031416733

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
53675001417436113442

 

NINIINIIINIVNVNVINVII
4s4p1/24p3/24d3/24d5/24f5/24f7/2
138712241007743708371360

 

OIOIIOIIIOIVOV
5s5p1/25p3/25d3/25d5/2
3102322329494

 

Weitere Daten

Atomradius:180 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:200 pm (nach Cordero et al.)
169 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
138 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
129 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:15,18 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,970; ωL1: 0,164; ωL2: 0,495; ωL3: 0,434 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,038; F13: 0,62; F23: 0,141

 

Spektrallinien des Protactiniums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Protactiniums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Protactinium-Spektrallinien

 

 

Chemie des Protactiniums

Protactinium besitzt 5 Valenzelektronen und tritt in den Protactinium-Verbindungen bevorzugt in der Oxidationsstufe +V auf; Pa(IV)-, Pa(III)- und Pa(II)-Verbindungen wurden ebenfalls beschrieben.

Elementares Protactinium Protactinium reagiert leicht mit Sauerstoff, Wasserdampf und Säuren, jedoch nicht mit Laugen.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,50 nach PaulingElektronaffinität:0,55 eV bzw. 53,03 kJ mol-1Oxidationsstufen:+ 5 + 4, + 3, (+2)

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Protactiniums:

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-1,9+ IVProtactinium(IV)-KationPa4++ e-Pa3+Protactinium(III)-Kation+ III
-1,49+ IVProtactinium(IV)-KationPa4++ 4 e-Pa (s)Protactinium0
-1,34+ IIIProtactinium(III)-KationPa3++ 3 e-Pa (s)Protactinium0

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Protactiniums

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen, metallischen Protactiniums auf.

Schmelzpunkt:1572 °C Schmelzenthalpie (molar):12,34 kJ mol-1 Siedepunkt:4027 °C Verdampfungsenthalpie:481 kJ mol-1 Wärmekapazität:(g) 22,9 J mol-1 K-1 (molar) Debye-Temperatur:185 K Thermische Leitfähigkeit:47 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:9,9 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:5,56 × 106 A V-1 m-1 Elektrischer Widerstand:177 Ω m bei 0 °C Dichte:15,37 g cm-3 Elastizitätsmodul:76,0 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):76 GPa 300 K, geschätzt Kompressibilität (isotherm):0,013 GPa-1 300 K, geschätzt Kristallstruktur:tetragonal innenzentriert Magnetismus:paramagnetisch Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol-1 (Feststoff, Kristall)
607,0 kJ mol-1 (gasförmig)
Gibbs Freie Enthalpie:563,0 kJ mol-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:51,9 J mol-1 K-1 (Feststoff, Kristall)
198,1 J mol-1 K-1 (gasförmig)

 

Bei Raumtemperatur kristallisiert Protactinium in einer tetragonalen Struktur, die als verzerrtes kubisch raumzentriertes Gitter angesehen werden kann. Diese Struktur ändert sich auch bei Komprimierung bis zu 53 GPa nicht. Beim Abkühlen von Protactinium von einer hohen Temperatur auf etwa 1200 °C nimmt das Metall eine kubisch-flächenzentrierte (fcc) ein.

 

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Die Konzentration von Protactinium in der Erdkruste beträgt typischerweise einige Teile pro Billion; sie kann jedoch in einigen Uraniniten bis zu einigen Teilen pro Million erreichen. Aufgrund der Knappheit, der hohen Radioaktivität und hohen Toxizität gibt es derzeit keine Verwendung für Protactinium außerhalb der wissenschaftlichen Forschung - für diesen Zweck wird Protactinium hauptsächlich aus abgebrannten Brennelementen gewonnen.

Erdkruste:0,0000014 mg kg-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:3,27 ppb Meerwasser:0,00000000005 mg L-1 (ppmw, bezogen auf die Masse)

 

Externe Informationsangebote



Informationen, Daten zum Element

Die Chemie des Protactiniums
Sonderdruck 1966. FZK



Vorlesungsskripten und Vorlesungsmaterialien

Actinoide
Vorlesungsskript. Uni Freiburg

Die Entdeckung des Elementes 91
... durch Kasimir Fajans und Oswald Göhring im Jahr 1913 und die Namensgebung durch Otto Hahn und Lise Meitner 1918 - Format: PDF



Geochemie und Biogeochemie

Protactiniumhaltige Minerale
Informationen zu Mineralogie des Protactiniums. Mineralien Atlas



Dissertationen

Abtrennbarkeit von Plutonium und weiterer Actinoide aus Bodenproben ...
... mittels chlorierender und bromierender Gasmischungen im Temperaturgradientenrohr. Dissertation. Universität Bern - Format: PDF

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 13.04.2020.



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