镤

镤（protactinium，Pa）是一种天然放射性元素。原子序数91，原子量231.03588。1913年美国化学家法扬斯发现短半衰期的镤234，1917年英国化学家索迪、哈恩等各自独立发现长半衰期的镤231，这也是仅有的两种天然放射性元素，现已发现质量数在215~238之间的镤的21个同位素。

231Pa主要用于科学研究。它也是由(n，γ)反应制取铀-232的原料。

镤可用四氟化镤等用钡还原而制得。也可用酮和醇从铀精炼厂残余物中分离、萃取。

发现简史

发现人：哈恩、迈特纳、索迪、克兰斯顿

发现年代：1917年

地点：英格兰/法国

希腊文：proto和actinium（锕之母）。镤放射性衰变为锕。

1871年，门捷列夫预言钍和铀之间有元素的存在。当时锕系元素还没有被发现。因此1950年代出版的周期表，先是铀、钨、锆、钍、钽，而钽下面的空格是空的。造成很长一段时间的化学家以EKA-钽作为搜索的结果来搜寻相似的化学性质如钽的元素，而使得发现镤几乎不可能。

在1903年，威廉·克鲁克斯从铀分离出强烈的放射性物质镤，然而他不知道他发现了一个新的化学元素，因此将其命名为铀-X。克鲁克斯将硝酸铀酰溶解于乙醚中，发现剩余的水中含有钍-234和镤-234。

1913年，当时法扬斯(Kasimir Fajans)和格林(Oswald Helmuth Göhring)，在他们的研究铀-238衰变链：铀-238→钍-234→镤-234→铀-234，发现了镤的231号同位素。因为它镤-231的半衰期仅只有6.7小时，他们将这个新元素命名为Brevium（拉丁语，意思是短暂或短期）。

在1917年至1918年，两组科学家奥托·汉恩(Otto Hahn)和莉斯·麦特纳(Lise Meitner)，以及德国和英国的弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)和约翰·克兰斯登(John Cranston)的，另外发现了镤-231，半衰期约3.2万年。他们将这个元素更名为镤(protoactinium)（proto-源于希腊文：πρῶτος，意义为之前，首先；-actinium源于锕的英文名），因为镤在铀-235衰变链的在锕之前。

Aristid von Grosse于1927年提取2毫克的Pa2O5，并于1934年首次分离出元素镤于0.1毫克的Pa2O5。他用两种不同的方法：第一个，氧化镤在真空中照射35keV的电子。在另一种方法中，被称为范亚克-戴波耳法，将氧化物的化学置HF换为一个卤化物（氯化物，溴化物或碘化物），然后在真空用一个电加热的金属丝:

2 PaI5 → 2 Pa 5 I2

1961年，英国原子能管理局（UKAEA）用125克纯度为99.9%镤，用一个12级的过程处理60吨的废料，成本约50万美元。

美国橡树岭国家实验室提供镤的成本约280美元/克。

理化性质

密度15.37克/厘米3。熔点小于1600℃，具有放射性。已知同位素中，231Pa寿命最长，发射α粒子，半衰期约为3.4×10^4。233Pa，发射β和γ射线，半衰期为27天。其他几种同位素226Pa、237Pa等，都较"短命"。灰白色金属，有延展性能，硬度似铀。空气中稳定，晶格属正方系。化学性质与钽相似。常显示 4价和 5价。镤是第三罕有元素。它在放射衰变过程中产生锕，是锕的"祖先"。

在同一时间内自然界中只有几个镤原子存在并几乎都在出现后几分钟内衰变掉了，见于铀、钍和钚的裂变产物中。

元素符号：Pa 英文名：Protactini

元素名称：镤

元素原子量：231.0

元素类型：金属

原子YY体积:(立方厘米/摩尔)

15.1

氧化态：

Main Pa 5

Other Pa 3, Pa 3

晶体结构：晶胞为正交晶胞。

晶胞参数：

a = 392.5 pm

b = 39T2.5 pm

c = 323.8 pm

α = 91°

β = 92°

γ = 91°

相对原子质量：231.036 常见化合价： 4, 5 电负性：1.5

外围电子排布：5f2 6d1 7s2 核外电子排布：2,8,18,32,20,9,2

同位素及放射线：Pa-230[17.4d] Pa-231(放 α[32800y]) Pa-233[27d]Pa-234[6.69h]Pa-234m[1.17m]

电子亲合和能：0 KJ·mol-1

第一电离能：570 KJ·mol-1 第二电离能： 0 KJ·mol-1 第三电离能： 0 KJ·mol-1

单质密度：15.4 g/cm3 单质熔点： 1Y567 ℃ 单质沸点：4027℃

原子半径：160.6 离子半径：未知 共价半径：未知

表2 镤的重要物理性质

性 质 数 据 性 质 数 据

半径r/pm Pa3 113，Pa4 98，热导率λ/W·m-1·K-1 47(300K)

Pa5 89

熔点T/K 2113

沸点T/K 4300

熔化热Q/kJ·mol-1 16.7

气化热Q/kJ·mol-1 481

密度ρ/kg·m-3 15370

制备方法

镤有两种制取途径：一种是从铀矿渣中提取；另一种是在反应堆中，用中子辐照钍-230靶，由核反应制得。

从矿渣中分离提取的化学过程复杂，一般要经过溶剂萃取和离子交换分离过程。英国科学家曾从铀“醚渣”中回收了125g纯度为99.9%的Pa。

中国研究了从铀矿渣中提取镤的流程。该流程以沥青铀矿为原料，经硝酸浸出铀、镭后，用氢氟酸浸出渣中的镤，经苯基磷酸-2-乙基己基酯-二甲苯、三烷基氧膦-二甲苯、三脂肪胺-混合醇-磺化煤油等三次溶剂萃取和阴离子交换树脂色层分离获得纯化镤。

海水中的镤

镤在海水中的溶存形态可能是五价的氧化态，以PaO(OH)2.5或Pa(OH)4.5水解形态存在。这些水解产物被吸附在氢氧化物和粘土矿物等天然吸附剂的表面上，最后在海底沉积物或铁锰结核中富集。

由于镤在海水中的含量极低，所以必须要取大体积(200-500升)水样才能分析。通常用氢氧化铁和二氧化锰进行富集，然后再用溶剂萃取或阴离子交换法分离、纯化。至今，海水中测定镤的实例还不多。有的报道说，在太平洋赤道海域其值为3—5×10克/升，在北太平洋和加勒比海其值为1.3-2.4×10克/升。这只不过是与U平衡值的0.15-7%。不平衡的原因是与镤的水解产物沉积在海底沉积物所致。

在镤的放射性同位素中，较有意义的是Pa。利用锾镤法(Pa/Th)或镤法，可以测定海底沉积物的年代及铁锰结核和磷块结核的生长速度。