镤 | 7440-13-3

• 分子结构分类: 无机化合物 - 均相金属化合物 - 均相锕系化合物
• 中文名称: 镤
• 英文名称: protactinium
• CAS: 7440-13-3
• 化学式: Pa
• 分子量: 231.036
• InChiKey: XLROVYAPLOFLNU-UHFFFAOYSA-N

物化性质

• 熔点：
  1560°
• 沸点：
  bp 4227°
• 密度：
  d25 15.37
• 稳定性/保质期：
  灰色较硬的金属镤具有体心四方结构，展现出良好的延展性，并且有毒、具放射性。其熔点约为1600℃，沸点为4027℃，密度为15.37克/立方厘米。在温度下降到50K时，镤仍保持与室温相同的晶体结构；但在高温下（超过1200℃），会转变为面心立方结构。此外，在高压条件下（达到5.3×10^7 kPa），镤不会发生相变。 镤金属的电阻率小于钍，并在102.3K时出现无法解释的斜率变化，其超导转变温度为Tc=(0.42±0.02)K，在超导性方面介于钍（Tc=1.4K）和铀（Tc≤0.1K）之间。 镤常见的氧化态有+4、+5。在空气中会被氧化成不定组成的氧化物，而在250～300℃下可与氢反应生成PaH₃，在与碘作用时还会生成挥发性的碘化物。自然界中，镤主要存在于铀矿石中。

计算性质

• 辛醇/水分配系数(LogP)：
  0.0
• 重原子数：
  1
• 可旋转键数：
  0
• 环数：
  0.0
• sp3杂化的碳原子比例：
  0.0
• 拓扑面积：
  0
• 氢给体数：
  0
• 氢受体数：
  0

制备方法与用途

简介

镤（英语：Protactinium，旧译作鎃）是一种放射性化学元素，化学符号为Pa，原子序为91。这是一种银灰色、密度大的锕系元素，容易与氧、水蒸汽和无机酸反应。在自然界中，镤非常稀少，在地壳中的平均浓度通常为兆分之一，但在某些晶质铀矿的矿床中可能达到百万分之一。由于其稀有性以及高放射性和毒性，除了科学研究外，镤没有其他实用价值。目前研究用的镤主要从用过的核燃料中提炼出来。天然存在的最长寿命且最主要的同位素是231Pa，半衰期为32760年。

发现历史

1917年至1918年间，由奥托·哈恩和莉泽·迈特纳、德国及英国的弗雷德里克·索迪与约翰·克兰斯登（John Cranston）组成的两组科学家发现了镤的一种同位素——231Pa，其半衰期约为32000年。因此，他们将这种元素命名为镤（protactinium），意为“之前”或“首先”，因为镤在铀-235的衰变链中位于锕元素之前。1927年，阿里斯蒂德·冯·格罗斯提取出2毫克的五氧化二镤(Pa2O5)，并于1934年首次在0.1毫克的五氧化二镤中分离出纯镤。

理化性质

镤容易与氧、水蒸汽和酸反应，但不与碱金属反应。无论是在固体还是水中，镤存在两个主要的氧化态：+4和+5，而+3和+2的状态在某些固相中也有所体现。由于它的电子组态是[Rn]7s26d15f2，+5氧化态对应的低能量有利于5f0的电子填入。+4和+5两种状态都容易在水中形成氢氧化物，主要离子包括Pa(OH)3+, Pa(OH)2+ 2, Pa(OH)+ 3 a以及 Pa(OH)4，皆为无色。其他已知的离子还包括PaCl2+ 2, PaSO2+ 4, PaF3+, PaF2+ 2, PaF− 6, PaF2− 7 以及 PaF3− 8。

同位素形态

镤是天然存在的最罕见和最昂贵的元素之一。由于铀-235的α衰变（产生镤-231），以及铀-238的β衰变（产生镤-234），所以通常情况下，镤是以231Pa和234Pa的形式存在。几乎所有的铀238（99.8%）都会衰变成234mPa。钍-232中的中子俘获会形成镤-233，而它会再衰变成铀-233或通过捕捉另一个中子转换成非裂变的铀-234。

反应信息

• 作为反应物：
  描述：

  镤 以 硫酸 为溶剂， 生成 protactinium(V) oxide
  参考文献：
  名称：

  Graue, G.; Kaeding, H., Angewandte Chemie, 1934, vol. 47, p. 652 - 652

  摘要：

  DOI：
• 作为产物：
  描述：

  protactinium monocarbide 在 碘 作用下， 以 solid 为溶剂， 以66%的产率得到镤
  参考文献：
  名称：

  The preparation of protactinium metal on the gram scale

  摘要：

  DOI：

  10.1016/0022-5088(83)90510-6

文献信息

• Structural and Spectroscopic Studies of Fluoroprotactinates
  作者：Stéphanie M. De Sio、Richard E. Wilson

  DOI：10.1021/ic402877a

  日期：2014.2.3

  Seven protactinium(V) fluoride compounds have been synthesized, and their crystal structures and Raman spectra are reported. (NH4)2PaF7, K2PaF7, Rb2PaF7, and Cs2PaF7 were found to crystallize in the monoclinic space group P21/c for the ammonium compound and C2/c for the K+-, Rb+-, and Cs+-containing compounds, with nine-coordinate Pa forming infinite chains through fluorine bridges. Na3PaF8 crystallizes

  已经合成了七个氟化t（V）化合物，并报道了它们的晶体结构和拉曼光谱。发现（NH 4）2 PaF 7，K 2 PaF 7，Rb 2 PaF 7和Cs 2 PaF 7在铵盐化合物的单斜空间群P 2 1 / c和K +的C 2 / c中结晶。- ，RB + - ，和Cs +含化合物，具有九坐标霸形成穿过氟桥无限链。钠3PaF 8在四角形空间群I 4 / mmm中以四角形Pa结晶，而四甲基氟蛋白act酸铵显示两种不同的结构：（Me 4 N）2（H 3 O）PaF 8，是八坐标的分子化合物结晶在单斜空间群C 2 / c和（Me 4 N）PaF 6中，八坐标Pa化合物形成无限链并在正交晶体空间群Pnnm中结晶。固态和溶液态拉曼数据的比较表明，PaF 8 – 阴离子可能是HF水溶液中的主要Pa（V）络合物。
• Thermodynamical and Structural Study of Protactinium(V) Oxalate Complexes in Solution
  作者：Mickaël Mendes、Séna Hamadi、Claire Le Naour、Jérôme Roques、Aurélie Jeanson、Christophe Den Auwer、Philippe Moisy、Sylvain Topin、Jean Aupiais、Christoph Hennig、Maria-Vita Di Giandomenico

  DOI：10.1021/ic101189w

  日期：2010.11.1

  The complexation of protactinium(V) by oxalate was studied by X-ray absorption spectroscopy (XAS), density functional theory (DFT) calculations, capillary electrophoresis coupled with inductively coupled plasma mass spectrometry (CE-ICP-MS) and solvent extraction. XAS measurements showed unambiguously the presence of a short single oxo-bond, and the deduced structure agrees with theoretical calculations

  通过X射线吸收光谱法（XAS），密度泛函理论（DFT）计算，毛细管电泳与电感耦合等离子体质谱（CE-ICP-MS）和溶剂萃取研究了草酸盐对pro（V）的络合作用。XAS测量清楚地表明存在一个短的单氧键，并且推导的结构与理论计算相符。CE-ICP-MS结果表明形成了带高电荷的阴离子络合物。氧分压的形成常数（C 2 Ò 4）+，氧分压（C 2 Ò 4）2 - ，和氧分压（C 2 Ò 4）3 3-示踪剂级（C Pa <10 -10 M），通过使用pro从溶剂萃取数据中确定。发现Pa（V）与草酸酯的络合反应是放热反应，具有相对较高的正熵变化。
• 377. Phosphides of nickel: the reaction between phosphorus and nickel carbonyl
  作者：Christopher M. W. Grieb、Ronald H. Jones

  DOI：10.1039/jr9320002543

  日期：——
• Gmelin Handbuch der Anorganischen Chemie, Gmelin Handbook: Ni: MVol.B3, 86, page 957 - 959
  作者：

  DOI：——

  日期：——
• METALLIC ELEMENT 91
  作者：A. V. Grosse

  DOI：10.1021/ja01325a508

  日期：1934.10