El protactinio es un elemento químico ; tiene símbolo Pa y número atómico 91. Es un metal actínido de color gris plateado, denso y radiactivo que reacciona fácilmente con oxígeno , vapor de agua y ácidos inorgánicos . Forma diversos compuestos químicos , en los que el protactinio suele estar presente en el estado de oxidación +5, pero también puede asumir los estados +4 e incluso +3 o +2. Las concentraciones de protactinio en la corteza terrestre suelen ser de unas pocas partes por billón, pero pueden alcanzar hasta unas pocas partes por millón en algunos depósitos de mineral de uraninita . Debido a su escasez, alta radiactividad y alta toxicidad, actualmente no existen usos para el protactinio fuera de la investigación científica y, para este propósito, el protactinio se extrae principalmente del combustible nuclear gastado .
El elemento fue identificado por primera vez en 1913 por Kazimierz Fajans y Oswald Helmuth Göhring y lo denominaron "brevium" debido a la corta vida media del isótopo específico estudiado, protactinio-234 m . Un isótopo más estable de protactinio, 231 Pa, fue descubierto en 1917/18 por Lise Meitner en colaboración con Otto Hahn , y llamaron al elemento protactinio. [7] En 1949, la IUPAC eligió el nombre "protactinio" y confirmó a Hahn y Meitner como sus descubridores. El nuevo nombre significa " precursor (nuclear) del actinio ", [8] lo que sugiere que el actinio es un producto de la desintegración radiactiva del protactinio. A John Arnold Cranston (en colaboración con Frederick Soddy y Ada Hitchins ) también se le atribuye el descubrimiento del isótopo más estable en 1915, pero retrasó su anuncio debido a que fue llamado al servicio en la Primera Guerra Mundial . [9]
El isótopo natural de protactinio más longevo y más abundante (casi el 100%) es el protactinio-231, que tiene una vida media de 32.760 años y es un producto de la desintegración del uranio-235 . En la cadena de desintegración del uranio-238 se producen trazas mucho más pequeñas del protactinio-234 de vida corta y su isómero nuclear protactinio-234m . El protactinio-233 se produce como resultado de la desintegración del torio -233 como parte de la cadena de eventos necesarios para producir uranio-233 mediante la irradiación de neutrones del torio-232. Es un producto intermedio no deseado en los reactores nucleares a base de torio y, por lo tanto, se elimina de la zona activa del reactor durante el proceso de reproducción. Las ciencias oceánicas utilizan el elemento para comprender la geografía del océano antiguo. El análisis de las concentraciones relativas de diversos isótopos de uranio, torio y protactinio en agua y minerales se utiliza en la datación radiométrica de sedimentos de hasta 175.000 años de antigüedad y en la modelización de diversos procesos geológicos. [10]
En 1871, Dmitri Mendeleev predijo la existencia de un elemento entre el torio y el uranio . [11] La serie de actínidos era desconocida en ese momento, por lo que Mendeleev colocó el uranio debajo del tungsteno en el grupo VI y el torio debajo del circonio en el grupo IV, dejando vacío el espacio debajo del tantalio en el grupo V. Hasta la aceptación general del concepto de actínido a finales de la década de 1940, las tablas periódicas se publicaban con esta estructura. [12] Durante mucho tiempo, los químicos buscaron el eka-tantalio [nota 1] como un elemento con propiedades químicas similares al tantalio, lo que hizo casi imposible el descubrimiento del protactinio. Más tarde se descubrió que el análogo más pesado del tantalio era el elemento transuránico dubnio , aunque el dubnio es químicamente más similar al protactinio que al tantalio. [13]
En 1900, William Crookes aisló el protactinio como material intensamente radiactivo del uranio; sin embargo, no pudo caracterizarlo como un nuevo elemento químico y por eso lo llamó uranio X (UX). [11] [14] [15] Crookes disolvió nitrato de uranio en éter y la fase acuosa residual contenía la mayor parte del234
90Th
y234
91Pensilvania
. Su método se utilizó en la década de 1950 para aislar234
90Th
y234
91Pensilvania
de compuestos de uranio. [16] El protactinio se identificó por primera vez en 1913, cuando Kasimir Fajans y Oswald Helmuth Göhring encontraron el isótopo 234m Pa durante sus estudios de las cadenas de desintegración del uranio-238 :238
92Ud.
→234
90Th
→234m
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→234
92Ud.
. Llamaron al nuevo elemento " brevium " (de la palabra latina brevis , que significa breve o corto) debido a la corta vida media de 1,16 minutos para234m
91Pensilvania
(uranio X2). [17] [18] [19] [20] [21] [22] En 1917-18, dos grupos de científicos, Lise Meitner en colaboración con Otto Hahn de Alemania y Frederick Soddy y John Cranston de Gran Bretaña , descubrieron de forma independiente otro isótopo, 231 Pa, que tiene una vida media mucho más larga de 32.760 años. [7] [21] [23] Meitner cambió el nombre "brevium" a protactinio ya que el nuevo elemento era parte de la cadena de desintegración del uranio-235 como padre del actinio (del griego : πρῶτος prôtos , que significa "primero, antes "). [24] La IUPAC confirmó esta denominación en 1949. [25] [26] El descubrimiento del protactinio completó uno de los últimos vacíos en las primeras versiones de la tabla periódica y dio fama a los científicos involucrados. [27]
Aristid von Grosse produjo 2 miligramos de Pa 2 O 5 en 1927, [28] y en 1934 aisló por primera vez el protactinio elemental a partir de 0,1 miligramos de Pa 2 O 5 . [29] Utilizó dos procedimientos diferentes: en el primero, el óxido de protactinio fue irradiado por electrones de 35 keV en el vacío. En el otro, llamado proceso de van Arkel-de Boer , el óxido se convertía químicamente en un haluro ( cloruro , bromuro o yoduro ) y luego se reducía al vacío con un filamento metálico calentado eléctricamente: [25] [30]
En 1961, la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido (UKAEA) produjo 127 gramos de protactinio-231 con una pureza del 99,9% procesando 60 toneladas de material de desecho en un proceso de 12 etapas, a un costo de aproximadamente 500.000 dólares estadounidenses. [25] [31] Durante muchos años, este fue el único suministro significativo de protactinio en el mundo, que se proporcionó a varios laboratorios para estudios científicos. [11] El Laboratorio Nacional de Oak Ridge en los EE.UU. proporcionó protactinio a un costo de alrededor de 280 dólares estadounidenses por gramo. [32]
Se han descubierto veintinueve radioisótopos de protactinio, el más estable de los cuales es 231 Pa con una vida media de 32.760 años, 233 Pa con una vida media de 27 días y 230 Pa con una vida media de 17,4 días. Todos los isótopos restantes tienen vidas medias inferiores a 1,6 días y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a 1,8 segundos. El protactinio también tiene dos isómeros nucleares , 217 m Pa (vida media de 1,2 milisegundos) y 234 m Pa (vida media de 1,16 minutos). [33]
El modo de desintegración principal del isótopo más estable 231 Pa y más ligero ( 211 Pa a 231 Pa) es la desintegración alfa , que produce isótopos de actinio . El modo principal de los isótopos más pesados ( 232 Pa a 239 Pa) es la desintegración beta , que produce isótopos de uranio . [33]
El isótopo más abundante y de vida más larga, 231 Pa, puede fisionarse a partir de neutrones rápidos que superan ~1 MeV. [34] El 233 Pa, el otro isótopo del protactinio producido en los reactores nucleares, también tiene un umbral de fisión de 1 MeV. [35]
El protactinio es uno de los elementos naturales más raros y caros. Se encuentra en forma de dos isótopos: 231 Pa y 234 Pa, y el isótopo 234 Pa se presenta en dos estados de energía diferentes. Casi todo el protactinio natural es protactinio-231. Es un emisor alfa y se forma por la desintegración del uranio-235, mientras que el protactinio-234 que irradia beta se produce como resultado de la desintegración del uranio-238 . Casi todo el uranio-238 (99,8%) se desintegra primero en el isómero 234m Pa de vida más corta. [36]
El protactinio se encuentra en la uraninita (pitchblenda) en concentraciones de aproximadamente 0,3 a 3 partes 231 Pa por millón de partes (ppm) de mineral. [11] Mientras que el contenido habitual se acerca a 0,3 ppm [37] (por ejemplo, en Jáchymov , República Checa [38] ), algunos minerales de la República Democrática del Congo tienen alrededor de 3 ppm. [25] El protactinio está disperso homogéneamente en la mayoría de los materiales naturales y en el agua, pero en concentraciones mucho más bajas, del orden de una parte por billón, lo que corresponde a una radiactividad de 0,1 picocurios (pCi)/g. Hay aproximadamente 500 veces más protactinio en las partículas de suelo arenoso que en el agua, incluso en comparación con el agua presente en la misma muestra de suelo. Se miden proporciones mucho más altas de 2000 y más en suelos francos y arcillosos, como la bentonita . [36] [39]
Dos isótopos principales de protactinio, 231 Pa y 233 Pa, se producen a partir del torio en los reactores nucleares ; ambos son indeseables y normalmente se eliminan, añadiendo así complejidad al diseño y funcionamiento del reactor. En particular, el 232 Th, a través de reacciones ( n , 2 n ) , produce 231 Th, que decae rápidamente a 231 Pa (vida media de 25,5 horas). El último isótopo, si bien no es un residuo transuránico, tiene una larga vida media de 32.760 años y contribuye de manera importante a la radiotoxicidad a largo plazo del combustible nuclear gastado. [40]
El protactinio-233 se forma tras la captura de neutrones por 232 Th. O se desintegra aún más en uranio-233 o captura otro neutrón y se convierte en uranio-234 no fisible. [41] El 233 Pa tiene una vida media relativamente larga de 27 días y una sección transversal alta para la captura de neutrones (el llamado " veneno de neutrones "). Por lo tanto, en lugar de desintegrarse rápidamente al útil 233 U, una fracción significativa de 233 Pa se convierte en isótopos no fisibles y consume neutrones, degradando la eficiencia del reactor . Para limitar la pérdida de neutrones, se extrae 233 Pa de la zona activa de los reactores de sales fundidas de torio durante su funcionamiento, de modo que sólo puede descomponerse en 233 U. La extracción de 233 Pa se logra mediante columnas de bismuto fundido con litio disuelto en él. . En resumen, el litio reduce selectivamente las sales de protactinio a protactinio metálico, que luego se extrae del ciclo de las sales fundidas, mientras que el bismuto fundido es simplemente un portador, seleccionado debido a su bajo punto de fusión de 271 °C, baja presión de vapor y buena solubilidad. para litio y actínidos, e inmiscibilidad con haluros fundidos . [40]
Antes de la llegada de los reactores nucleares, el protactinio se separaba de los minerales de uranio para experimentos científicos. Dado que los reactores se han vuelto más comunes, se produce principalmente como producto intermedio de la fisión nuclear en reactores de torio de alta temperatura como intermedio en la producción del uranio fisible-233:
El isótopo 231 Pa se puede preparar irradiando torio-230 con neutrones lentos , convirtiéndolo en torio-231 en descomposición beta; o, irradiando torio-232 con neutrones rápidos, generando torio-231 y 2 neutrones.
El protactinio metálico se puede preparar mediante la reducción de su fluoruro con calcio , [42] litio o bario a una temperatura de 1300 a 1400 °C. [43] [44]
El protactinio es un actínido situado en la tabla periódica a la izquierda del uranio y a la derecha del torio , y muchas de sus propiedades físicas son intermedias entre sus actínidos vecinos. El protactinio es más denso y rígido que el torio, pero más ligero que el uranio; su punto de fusión es inferior al del torio, pero superior al del uranio. La expansión térmica y las conductividades eléctrica y térmica de estos tres elementos son comparables y son típicas de los metales de postransición . El módulo de corte estimado del protactinio es similar al del titanio . [45] El protactinio es un metal con brillo gris plateado que se conserva durante algún tiempo en el aire. [25] [31] El protactinio reacciona fácilmente con oxígeno, vapor de agua y ácidos, pero no con álcalis. [11]
A temperatura ambiente, el protactinio cristaliza en la estructura tetragonal centrada en el cuerpo , que puede considerarse como una red cúbica centrada en el cuerpo distorsionada; esta estructura no cambia tras la compresión hasta 53 GPa. La estructura cambia a cúbica centrada en las caras ( fcc ) al enfriarse desde una temperatura alta, aproximadamente 1200 °C. [42] [46] El coeficiente de expansión térmica de la fase tetragonal entre temperatura ambiente y 700 °C es 9,9 × 10−6 /°C. [42]
El protactinio es paramagnético y no se conocen transiciones magnéticas a ninguna temperatura. [47] Se vuelve superconductor a temperaturas inferiores a 1,4 K. [11] [43] El tetracloruro de protactinio es paramagnético a temperatura ambiente, pero se vuelve ferromagnético cuando se enfría a 182 K. [48]
El protactinio existe en dos estados de oxidación principales : +4 y +5, tanto en sólidos como en soluciones; y los estados +3 y +2, que se han observado en algunos sólidos. Como la configuración electrónica del átomo neutro es [Rn]5f 2 6d 1 7s 2 , el estado de oxidación +5 corresponde a la configuración 5f 0 de baja energía (y por lo tanto favorecida) . Tanto el estado +4 como el +5 forman fácilmente hidróxidos en agua, siendo los iones predominantes Pa(OH) 3+ , Pa(OH)2+2, Pa(OH)+3, y Pa(OH) 4 , todos los cuales son incoloros. [49] Otros iones de protactinio conocidos incluyen PaCl2+2, PaSO2+4, PaF 3+ , PaF2+2, PaF−6, PaF2-7y PaF3-8. [50] [51]
Aquí, a , b y c son constantes de red en picómetros, No es el número del grupo espacial y Z es el número de unidades de fórmula por celda unitaria ; fcc significa simetría cúbica centrada en las caras . La densidad no se midió directamente sino que se calculó a partir de los parámetros de la red.
Los óxidos de protactinio son conocidos por los estados de oxidación de metales +2, +4 y +5. El más estable es el pentóxido blanco Pa 2 O 5 , que puede producirse encendiendo hidróxido de protactinio (V) en aire a una temperatura de 500 °C. [59] Su estructura cristalina es cúbica y la composición química a menudo no es estequiométrica, descrita como PaO 2,25 . También se ha informado de otra fase de este óxido con simetría ortorrómbica. [44] [60] El dióxido negro PaO 2 se obtiene a partir del pentóxido reduciéndolo a 1550 °C con hidrógeno. No es fácilmente soluble en ácido nítrico , clorhídrico o sulfúrico diluido o concentrado , pero se disuelve fácilmente en ácido fluorhídrico . [44] El dióxido se puede convertir nuevamente en pentóxido calentándolo en una atmósfera que contiene oxígeno a 1100 °C. [60] El monóxido PaO sólo se ha observado como una fina capa sobre el metal protactinio, pero no en forma masiva aislada. [44]
El protactinio forma óxidos binarios mixtos con varios metales. En el caso de los metales alcalinos A , los cristales tienen fórmula química APaO 3 y estructura de perovskita ; Una estructura de sal gema de 3 PaO 4 y distorsionada; o A 7 PaO 6 , donde los átomos de oxígeno forman una red hexagonal compacta. En todos estos materiales, los iones de protactinio están coordinados octaédricamente. [61] [62] El pentóxido Pa 2 O 5 se combina con óxidos de metales de tierras raras R 2 O 3 para formar varios óxidos mixtos no estequiométricos, también de estructura de perovskita. [63]
Los óxidos de protactinio son básicos ; se convierten fácilmente en hidróxidos y pueden formar diversas sales, como sulfatos , fosfatos , nitratos , etc. El nitrato suele ser blanco pero puede ser marrón debido a la descomposición radiolítica . Calentar el nitrato en aire a 400 °C lo convierte en pentóxido de protactinio blanco. [64] El politrioxofosfato Pa(PO 3 ) 4 se puede producir haciendo reaccionar el sulfato de difluoruro PaF 2 SO 4 con ácido fosfórico (H 3 PO 4 ) bajo una atmósfera inerte. Calentar el producto a aproximadamente 900 °C elimina los subproductos de la reacción, que incluyen ácido fluorhídrico , trióxido de azufre y anhídrido fosfórico. Calentarlo a temperaturas más altas en una atmósfera inerte descompone el Pa(PO 3 ) 4 en el difosfato PaP 2 O 7 , que es análogo a los difosfatos de otros actínidos. En el difosfato, los grupos PO 3 forman pirámides de simetría C 2v . Calentar PaP 2 O 7 en aire a 1400 °C lo descompone en pentóxidos de fósforo y protactinio. [57]
El fluoruro de protactinio (V) forma cristales blancos donde los iones de protactinio están dispuestos en bipirámides pentagonales y coordinados por otros 7 iones. La coordinación es la misma en el cloruro de protactinio (V), pero el color es amarillo. La coordinación cambia a octaédrica en el bromuro de protactinio (V) marrón, pero se desconoce para el yoduro de protactinio (V). La coordinación del protactinio en todos sus tetrahaluros es 8, pero la disposición es cuadrada antiprismática en el fluoruro de protactinio (IV) y dodecaédrica en el cloruro y el bromuro. Se ha informado sobre yoduro de protactinio (III) de color marrón, donde los iones de protactinio están coordinados en 8 en una disposición prismática trigonal bípeda. [sesenta y cinco]
El fluoruro de protactinio (V) y el cloruro de protactinio (V) tienen una estructura polimérica de simetría monoclínica. Allí, dentro de una cadena polimérica, todos los átomos de haluro se encuentran en un plano similar al grafito y forman pentágonos planos alrededor de los iones de protactinio. La coordinación 7 del protactinio se origina a partir de los cinco átomos de haluro y dos enlaces a los átomos de protactinio que pertenecen a las cadenas cercanas. Estos compuestos se hidrolizan fácilmente en agua. [66] El pentacloruro se funde a 300 °C y se sublima a temperaturas aún más bajas.
El fluoruro de protactinio (V) se puede preparar haciendo reaccionar óxido de protactinio con pentafluoruro de bromo o trifluoruro de bromo a aproximadamente 600 °C, y el fluoruro de protactinio (IV) se obtiene a partir del óxido y una mezcla de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno a 600 °C; Se requiere un gran exceso de hidrógeno para eliminar las fugas de oxígeno atmosférico en la reacción. [44]
El cloruro de protactinio (V) se prepara haciendo reaccionar óxido de protactinio con tetracloruro de carbono a temperaturas de 200 a 300 °C. [44] Los subproductos (como PaOCl 3 ) se eliminan mediante sublimación fraccionada. [55] La reducción del cloruro de protactinio (V) con hidrógeno a aproximadamente 800 °C produce cloruro de protactinio (IV), un sólido de color amarillo verdoso que se sublima en el vacío a 400 °C. También se puede obtener directamente del dióxido de protactinio tratándolo con tetracloruro de carbono a 400 °C. [44]
Los bromuros de protactinio se producen por la acción del bromuro de aluminio , bromuro de hidrógeno , tetrabromuro de carbono o una mezcla de bromuro de hidrógeno y bromuro de tionilo sobre el óxido de protactinio. Alternativamente, pueden producirse haciendo reaccionar pentacloruro de protactinio con bromuro de hidrógeno o bromuro de tionilo. [44] El bromuro de protactinio (V) tiene dos formas monoclínicas similares: una se obtiene por sublimación a 400–410 °C y otra por sublimación a una temperatura ligeramente más baja de 390–400 °C. [54] [56]
Los yoduros de protactinio se pueden producir haciendo reaccionar protactinio metálico con yodo elemental a 600 °C y haciendo reaccionar Pa 2 O 5 con AlO 3 a 600 °C. [44] El yoduro de protactinio (III) se puede obtener calentando yoduro de protactinio (V) al vacío. [66] Al igual que con los óxidos, el protactinio forma haluros mixtos con metales alcalinos. El más notable entre ellos es Na 3 PaF 8 , donde el ion protactinio está rodeado simétricamente por 8 iones F − , formando un cubo casi perfecto. [50]
También se conocen fluoruros de protactinio más complejos, como Pa 2 F 9 [66] y fluoruros ternarios del tipo MPaF 6 (M = Li, Na, K, Rb, Cs o NH 4 ), M 2 PaF 7 (M = K , Rb, Cs o NH 4 ), y M 3 PaF 8 (M = Li, Na, Rb, Cs), todos los cuales son sólidos cristalinos blancos. La fórmula MPaF 6 se puede representar como una combinación de MF y PaF 5 . Estos compuestos se pueden obtener evaporando una solución de ácido fluorhídrico que contiene ambos complejos. Para los cationes alcalinos pequeños como el Na, la estructura cristalina es tetragonal, mientras que se vuelve ortorrómbica para cationes más grandes K + , Rb + , Cs + o NH4 + . Se observó una variación similar para los fluoruros de M 2 PaF 7 : es decir, la simetría del cristal dependía del catión y difería para Cs 2 PaF 7 y M 2 PaF 7 (M = K, Rb o NH 4 ). [51]
Se conocen oxihaluros y oxisulfuros de protactinio. PaOBr 3 tiene una estructura monoclínica compuesta por unidades de doble cadena donde el protactinio tiene coordinación 7 y está dispuesto en bipirámides pentagonales. Las cadenas están interconectadas a través de átomos de oxígeno y bromo, y cada átomo de oxígeno está relacionado con tres átomos de protactinio. [54] PaOS es un sólido no volátil de color amarillo claro con una red cristalina cúbica isoestructural a la de otros oxisulfuros de actínidos. Se obtiene haciendo reaccionar cloruro de protactinio(V) con una mezcla de sulfuro de hidrógeno y disulfuro de carbono a 900 °C. [44]
En hidruros y nitruros, el protactinio tiene un estado de oxidación bajo, aproximadamente +3. El hidruro se obtiene por acción directa del hidrógeno sobre el metal a 250 °C, y el nitruro es un producto de amoníaco y tetracloruro o pentacloruro de protactinio. Este sólido de color amarillo brillante es térmicamente estable hasta 800 °C en vacío. El carburo de protactinio (PaC) se forma mediante la reducción de tetrafluoruro de protactinio con bario en un crisol de carbón a una temperatura de aproximadamente 1400 °C. [44] El protactinio forma borohidruros , que incluyen Pa(BH 4 ) 4 . Tiene una estructura polimérica inusual con cadenas helicoidales, donde el átomo de protactinio tiene un número de coordinación de 12 y está rodeado por seis iones BH 4 − . [67]
El protactinio (IV) forma un complejo tetraédrico tetrakis (ciclopentadienil) protactinio (IV) (o Pa (C 5 H 5 ) 4 ) con cuatro anillos de ciclopentadienilo , que se puede sintetizar haciendo reaccionar cloruro de protactinio (IV) con Be (C 5 H) fundido. 5 ) 2 . Un anillo puede sustituirse con un átomo de haluro. [68] Otro complejo organometálico es el bis(π-ciclooctatetraeno) protactinio, o protactinoceno (Pa(C 8 H 8 ) 2 ), de color amarillo dorado , que tiene una estructura análoga al uranoceno . Allí, el átomo de metal está intercalado entre dos ligandos de ciclooctatetraeno . De manera similar al uranoceno, se puede preparar haciendo reaccionar tetracloruro de protactinio con ciclooctatetraenuro dipotásico (K 2 C 8 H 8 ) en tetrahidrofurano . [58]
Aunque el protactinio se sitúa en la tabla periódica entre el uranio y el torio, los cuales tienen numerosas aplicaciones, actualmente no existen usos para el protactinio fuera de la investigación científica debido a su escasez, alta radiactividad y alta toxicidad. [36]
El protactinio-231 surge naturalmente de la desintegración del uranio-235 natural y artificialmente en reactores nucleares mediante la reacción 232 Th + n → 231 Th + 2n y la posterior desintegración beta de 231 Th. Alguna vez se pensó que podía soportar una reacción nuclear en cadena, que en principio podría usarse para construir armas nucleares ; el físico Walter Seifritz estimó una vez la masa crítica asociada como750 ± 180 kilos . [69] Sin embargo, desde entonces se ha descartado la posibilidad de una criticidad de 231 Pa. [34] [70]
Con la llegada de los espectrómetros de masas de alta sensibilidad, se ha hecho posible la aplicación de 231 Pa como trazador en geología y paleoceanografía . En esta aplicación, la relación entre protactinio-231 y torio-230 se utiliza para la datación radiométrica de sedimentos de hasta 175.000 años de antigüedad y para modelar la formación de minerales. [37] En particular, su evaluación en sedimentos oceánicos ayudó a reconstruir los movimientos de las masas de agua del Atlántico norte durante el último derretimiento de los glaciares de la Edad del Hielo . [71] Algunas de las variaciones de datación relacionadas con el protactinio se basan en el análisis de las concentraciones relativas de varios miembros de larga vida de la cadena de desintegración del uranio: uranio, protactinio y torio, por ejemplo. Estos elementos tienen 6, 5 y 4 electrones de valencia, favoreciendo así los estados de oxidación +6, +5 y +4 respectivamente, y presentan diferentes propiedades físicas y químicas. El torio y el protactinio, pero no los compuestos de uranio, son poco solubles en soluciones acuosas y precipitan en sedimentos; la tasa de precipitación es más rápida para el torio que para el protactinio. El análisis de concentración tanto de protactinio-231 (vida media de 32.760 años) como de torio-230 (vida media de 75.380 años) mejora la precisión de la medición en comparación con cuando se mide solo un isótopo; Este método de doble isótopo también es débilmente sensible a las faltas de homogeneidad en la distribución espacial de los isótopos y a las variaciones en su tasa de precipitación. [37] [72]
El protactinio es tóxico y altamente radiactivo; por tanto, se manipula exclusivamente en una guantera sellada . Su isótopo principal, el 231 Pa, tiene una actividad específica de 0,048 curios (1,8 GBq ) por gramo y emite principalmente partículas alfa con una energía de 5 MeV, que pueden detenerse mediante una fina capa de cualquier material. Sin embargo, se desintegra lentamente, con una vida media de 32.760 años, en 227 Ac, que tiene una actividad específica de 74 curios (2.700 GBq) por gramo, emite radiación alfa y beta y tiene una vida media mucho más corta. 22 años. El 227 Ac, a su vez, se desintegra en isótopos más ligeros con vidas medias aún más cortas y actividades específicas (SA) mucho mayores. [36]
Como el protactinio está presente en pequeñas cantidades en la mayoría de los productos y materiales naturales, se ingiere con los alimentos o con agua y se inhala con el aire. Sólo alrededor del 0,05% del protactinio ingerido se absorbe en la sangre y el resto se excreta. Desde la sangre, aproximadamente el 40% del protactinio se deposita en los huesos, aproximadamente el 15% va al hígado, el 2% a los riñones y el resto sale del cuerpo. La vida media biológica del protactinio es de unos 50 años en los huesos, mientras que su vida media biológica en otros órganos tiene un componente rápido y otro lento. Por ejemplo, el 70% del protactinio en el hígado tiene una vida media biológica de 10 días y el 30% restante de 60 días. Los valores correspondientes para los riñones son 20% (10 días) y 80% (60 días). En cada órgano afectado, el protactinio promueve el cáncer a través de su radiactividad. [36] [64] La dosis máxima segura de Pa en el cuerpo humano es 0,03 μCi (1,1 kBq), que corresponde a 0,5 microgramos de 231 Pa. [73] Las concentraciones máximas permitidas de 231 Pa en el aire en Alemania son3 × 10 −4 Bq/m 3 . [64]
El nombre proviene de la palabra griega protos (que significa primero) y del elemento actinio, porque el protactinio es el precursor del actinio.
En este punto Fajans retiró el nombre brevium ya que la costumbre era nombrar un elemento según el isótopo de mayor vida. Meitner eligió entonces el nombre de protactinio.
![{\displaystyle {\ce {^{232}_{90}Th + ^{1}_{0}n -> ^{233}_{90}Th ->[\beta^-][22.3\ {\ ce {min}}] ^{233}_{91}Pa ->[\beta^-][26.967\ {\ce {d}}] ^{233}_{92}U.}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/04109ed78dd8a9872b2bc71a09a18761cdd5d870)
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