Protactinium

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

Symbol	OZ	Kurzform	1s	2s	2p	3s	3p	3d	4s	4p	4d	4f	5s	5p	5d	5f	6s	6p	6d	6f	7s	7p
Pa	91	[Rn] 5f² 6d¹ 7s²	2	2	6	2	6	10	2	6	10	14	2	6	10	2	2	6	1		2

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 eV

2. IE:

3. IE:

4. IE:

5. IE:

6. IE:

Elektronenbindungsenergie

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

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
112601	21105	20314	16733

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p_1/2	3p_3/2	3d_3/2	3d_5/2
5367	5001	4174	3611	3442

NI	NII	NIII	NIV	NV	NVI	NVII
4s	4p_1/2	4p_3/2	4d_3/2	4d_5/2	4f_5/2	4f_7/2
1387	1224	1007	743	708	371	360

OI	OII	OIII	OIV	OV
5s	5p_1/2	5p_3/2	5d_3/2	5d_5/2
310	232	232	94	94

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:ω_K: 0,970; ω_L1: 0,164; ω_L2: 0,495; ω_L3: 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:

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)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-1,9	+ IV	Protactinium(IV)-Kation	Pa⁴⁺	+ e^-	⇔	Pa³⁺	Protactinium(III)-Kation	+ III
-1,49	+ IV	Protactinium(IV)-Kation	Pa⁴⁺	+ 4 e^-	⇔	Pa (s)	Protactinium	0
-1,34	+ III	Protactinium(III)-Kation	Pa³⁺	+ 3 e^-	⇔	Pa (s)	Protactinium	0

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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