鏷(化學元素)
鏷,原子序數91,原子量231.03588,是天然放射性元素。
1913年美國化學家法揚斯發現短半衰期的鏷234,
1917年英國化學家索迪、哈恩等各自獨立發現長半衰期的鏷231,
這也是僅有的兩種天然放射性元素,
現已發現質量數在215~238之間的鏷的21個同位素。
發現簡史
1900年,克魯克斯在提取鈾礦中的鈾時,
發現了一種新的放射性元素,稱它為鈾X。
到1913年,波蘭出生的美籍化學家法江斯
和他的助手戈林證實鈾X是兩種組分的混合物,
並分別命名為鈾X1和鈾X2。後來鈾X被稱為鈾X1。
此後科學家們還發現了一系列類似的放射性物質。
直到1917年間,索迪和克蘭斯頓從瀝青鈾礦中的殘渣中發現一放射性元素,因性質和鉭相似,被命名為類鉭Ekatantalum。
同年,哈恩和邁特納也從同一礦中發現了一種放射性元素,命名為protactinium。元素符號定為Pa。
後來證實鈾X2是鏷234,類鉭以及protactinium都是鏷231。1
927年,德國化學家格羅斯首先分離出鏷的5價化合物。
1917年由索地(F.Soddy)和克蘭斯頓(J.A.Cranston),
哈恩(O.Hahn)和邁特納(L.Meitner)分別獨自發現。
直到1927年,格羅斯(A.V.Grosse)才分離出2毫克可見量的鏷。
1961年英國人花費500000美元才從55000千克礦物中分離出125克純度為99.9%的鏷
1871年,門捷列夫預言釷和鈾之間有元素的存在。
當時錒系元素還沒有被發現。
因此1950年代出版的週期表,先是鈾、鎢、鋯、釷、鉭,而鉭下麵的空格是空的。
造成很長一段時間的化學家以EKA-鉭作為搜索的結果
來搜尋相似的化學性質如鉭的元素,而使得發現鏷幾乎不可能。
在1900年,威廉·克魯克斯從鈾分離出強烈的放射性物質鏷,
然而他不知道他發現了一個新的化學元素,因此將其命名為鈾-X。
克魯克斯將硝酸鈾醯溶解於乙醚中,發現剩餘的水中含有釷和鏷。
他的方法是1950年代從鈾化合物分離出釷和鏷。
鏷首次發現於1913年,
當時法揚斯巴(Kasimir Fajans)和格林(Oswald
Helmuth Göhring),
在他們的研究鈾-238衰變鏈:鈾→釷→鏷→鈾,發現了鏷的同位素鏷。
因為它的半衰期短(6.7小時,鏷),他們將他們發現的新元素命名為Brevium(拉丁語,意思是短暫或短期)。
在1917年至1918年,兩組科學家奧托·漢恩(Otto
Hahn)和莉斯·麥特納(Lise Meitner),
以及德國和英國的弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)和約翰·克蘭斯登(John
Cranston)的,
另外發現了另一種同位素鏷鏷,半衰期約32000年。
因此,他們將名稱從Brevium變更為鏷(protoactinium)(希臘文:意義為之前,首先),
因為鏷在鈾-235衰變鏈的在錒之前。
Aristid von Grosse於1927年提取2毫克的Pa2O5,並於1934年首次分離出元素鏷於0.1毫克的Pa2O5。
他用兩種不同的方法:第一個,氧化鏷在真空中照射35 keV的電子。
在另一種方法中,被稱為範亞克-戴波耳法,將氧化物的化學置HF換為一個鹵化物(氯化物,溴化物或碘化物),
然後在真空用一個電加熱的金屬絲:2 PaI5 → 2 Pa + 5
I2
1961年,英國原子能管理局(UKAEA)用125克純度為99.9%鏷,
用一個12級的過程處理60噸的廢料,成本約50萬美元。
美國橡樹嶺國家實驗室提供目前鏷的成本約280美元/克。
礦藏分佈
自然界並不存在,見於鈾、釷和鈈的裂變產物中。
理化性質
密度15.37克/釐米3。熔點小於1600℃,具有放射性。
已知同位素中,231Pa壽命最長,發射α粒子,半衰期約為3.4×10^4。
233Pa,發射β和γ射線,半衰期為27天。其他幾種同位素226Pa、237Pa等,都較"短命"。
灰白色金屬,有延展性能,硬度似鈾。空氣中穩定,晶格屬正方系。
化學性質與鉭相似。常顯示+4價和+5價。鏷是第三罕有元素。它在放射衰變過程中產生錒,是錒的"祖先"。
應用領域:用於原子能工業。
製備方法
可用四氟化鏷等用鋇還原而制得。也可用酮和醇從鈾精煉廠殘餘物中分離、萃取。