بروتكتينيوم

Protactinium -

البروتكتينيوم

محمود القطيفاني

وجوده في الطبيعة واستحصاله

خصائصه الكيميائية

تطبيقاته

البروتكتينيوم Protactinium أحد العناصر الكيميائية المعدنية metallic المشعَّة radioactive، ينتمي إلى مجموعة الأكتينيدات (زمرة الأكتينيوم) actinides، ويُرمز له بـ Pa، عدده الذري 91، وهو معدن فضي ذو كثافة مرتفعة، ومغنطيسية مسايرة (طردية) paramagnetic، ويصبح ذا ناقلية فائقة عند درجات حرارة أخفض من - 271 °س.

يوجد البروتكتينيوم بكميات صغيرة جداً في خامات اليورانيوم، ويُعدّ من العناصر السامة والنادرة والباهظة الثمن جداً، فهو من أندر العناصر الموجودة في الطبيعة وأغلاها. وفي عام 1961 كانت تكلفة تحضير 125 غ من البروتكتينيوم (بنقاوة (%99,9 من قبل مجموعة في الطاقة الذرية البريطانية نحو 500 ألف دولار، وتطلبت العملية استخدام خامة بوزن 55 طناً. واكتُشِف النظير الأكثر استقراراً للبروتكتينيوم 231Pa (عمر النصف 32760 سنة) عام 1917 من قبل الكيميائيَيْن الألماني أوتو هان Otto Hahn وليز مايتنر Lise Meitner النمساوية المولد، وبما أن التفكك الإشعاعي للبروتكتينيوم يُعطي الأكتينيوم؛ فقد أُطلق عليه اسم proto-actinium، ويعني باللغة اليونانية مولِّد الأكتينيوم. وفي عام 1949 تبنى الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية International (Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC التسمية بروتكتينيوم protactinium، وأُعلِن هان ومايتنر مكتشفَي عنصر البروتكتينيوم رسمياً.

ويدرج في الجدول (1) بعض الخواص المهمّة للبروتكتينيوم:

الجدول (1)

التشكيل الإلكتروني أو الكتلة الذرية النسبية 231.03588 وزن واحدة الحجوم (25° س) 15.37 غ/سم3 نصف القطر الذري، بيكومتر 163 كمون التأين الأول 568 كيلوجول /مول درجة الانصهار °1568س درجة الغليان °4027س (غير معروفة بدقة) درجات الأكسدة +3 و +4 و +5 الطور صلب اللون رمادي فضي الكهرسلبية بحسب بولنغ 1.5 البنية البلورية معيني مستقيم orthorhombic

 

وجوده في الطبيعة واستحصاله

يُعدّ البروتكتينيوم أحد أندر العناصر الموجودة في الطبيعة، فهو يوجد بتراكيز صغيرة جداً في خامات اليورانيوم مثل اليورانينيت uraninite والبتشبلند pichblende بنسب تقع في المجال 3-0.3 أجزاء بالمليون من اليورانيوم. ويمكن القول: إن معظم البروتكتينيوم الموجود في الطبيعة هو النظير. في البداية كانت عملية عزل البروتكتينيوم من مخلفات استخلاص اليورانيوم بالغة الصعوبة، فبعد عمليات الاستخلاص متعددة المراحل يمكن الحصول على معدن البروتكتينيوم بإرجاع رباعي فلوريد البروتكتينيوم باستخدام معدن الباريوم أو الليثيوم عند درجة حرارة °1400س. ولكن مع تطور استخدام المفاعلات النووية صارت العملية أقل صعوبة. يُحضر معظم البروتكتينيوم حالياً كناتج وسطي بالاندماج النووي في مفاعلات الثوريوم عالية الحرارة. ينتج النظير من الذي يتفكك مصدراً أشعة . في حين ينتج النظير من الذي يتفكك مصدراً أشعة.

ينتج النظير 233 من تفكك النبتونيوم 237 (عمر نصفه 2.2×610 سنة) الذي يُصدر أشعة:

ويبين الجدول (2) النظائر المشعَّة الأكثر استقراراً لعنصر البروتكتينيوم

الجدول (2)

النظير الوفرة الطبيعية عمر النصف نمط التفكك ناتج التفكك 229Pa صنعي 1,5 يوم أسر الإلكترونات electron capture 229Th 230Pa صنعي 17,4 يوماً أسر الإلكترونات 230Th 231Pa 100 % تقريباً 32760 سنة 227Ac 232Pa صنعي 1,31 يوم 232U 233Pa (trace) أثر 26,967 يوماً 233U 234Pa أثر 6,75 ساعات 234U

خصائصه الكيميائية

البروتكتينيوم هو أحد عناصر الأكتينيدات، يتفاعل بسهولة مع الأُكسجين وبخار الماء والحموض اللاعضوية. درجات الأكسدة الأساسية للبروتكتينيوم +4 و+5 في الحالة الصلبة أو المحلول. أما درجات الأكسدة +2 و+3؛ فتكون مستقرة للمركّبات في الحالة الصلبة. يتم الحصول على الأُكسيد الخماسي الأبيض اللون بإشعال مركّبات البروتكتينيوم في الهواء. ويمكن إرجاعه باستخدام الهدروجين عند الدرجة °1550س للحصول على الأُكسيد ، وهو مسحوق أسود غير منحل في الحموض عدا حمض فلور الماء. أما الأُكسيد فلم يُعزل على نحو نقي؛ ولكن لوحظ تشكل طبقة رقيقة منه على معدن البروتكتينيوم.

من الفلوريدات المعروفة للبروتكتينيوم يتشكل بتفاعل أُكسيد البروتكتينيوم مع مزيج الهدروجين وفلوريد الهدروجين عند الدرجة °600س، أما فهو ذو فعالية كبيرة، ويحضر بتفاعل مع عند درجة حرارة مرتفعة. ومن الهاليدات المعروفة أيضاً و، يُحضَّر بتسخين في عند درجة الحرارة °200س، ويتم الحصول على بإرجاع بالهدروجين عند درجة 800ْس، ويبين الجدول (3) أهم مركّبات البروتكتينيوم وتفاعلات تحضيرها:

الجدول (3)

الحصول عليه اللون المركّب بإرجاع بالهدروجين عند الدرجة 1550 °س. أسود بإشعال مركّبات البروتكتينيوم في الهواء. أبيض بتفاعل مباشر للهدروجين مع المعدن عند الدرجة 250 °س. أسود أُكسيد البروتكتينيوم مع مزيج الهدروجين وفلوريد الهدروجين عند الدرجة 600 ° س. أحمر بني بإرجاع بالهدروجين عند الدرجة 800 ° س. أصفر مخضر

الحصول عليه اللون المركّب بتسخين تحت الفراغ. بني بتسخين في عند درجة الحرارة 200 °س. أصفر بتفاعل مع HBr أو SOBr2 أحمر بتسخين مع أو عند درجة الحرارة °600س. أبيض

 

تطبيقاته

نظراً لندرة هذا العنصر وسميته الشديدة ونشاطه الإشعاعي العالي؛ لا يوجد عملياً تطبيقات لهذا العنصر خارج نطاق مراكز الأبحاث.

مراجع للاستزادة: - F. A. Cotton and G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry, John Wiley and Sons, Inc.1963 - J. Daintith, A Dictionary of Chemistry, Oxford University Press Inc., 2000. - N.N. Greenwood and A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Pergamon Press plc., 1989.

---

- التصنيف : الكيمياء والفيزياء - النوع : الكيمياء والفيزياء - المجلد : المجلد الرابع مشاركة :