Protactinio
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Protactinio. Elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Pa y su número atómico es 91. El protactinio es un elemento metálico plateado que pertenece al grupo de los actínidos, que presenta un brillo metálico intenso.
El protactinio es, desde el punto de vista formal, el tercer miembro de los actínidos y el primero en el que aparecen electrones 5f, pero su comportamiento químico en solución acuosa se asemeja al del tántalo y del niobio más que al de los otros actínidos.
Sumario
Descubrimiento
En 1913 Fajans y Göhring descubrieron el isótopo 234 con una vida media de 77 segundos, por lo que le llamaron brevio.
En 1917 se obtuvo el isótopo 231, con un periodo de 32.700 años, por dos equipos independientes, Otto Hahn y Lise Meitner en Alemania y J.A. Cranston, A. Fleck y F. Soddy en Inglaterra.
Este isótopo es emisor de partículas alfa formando actinio por lo que le fue dado en un primer momento el nombre de protoactinio ("progenitor del actinio"), ya que al descomponerse radiactivamente el isótopo 231Pa se obtenía el actinio, hasta que en 1949 se adoptó el nombre actual de protactinio.
Abundancia y estado natural
Es uno de los elementos más escasos en la naturaleza y se le conocen más de 20 isótopos, el más común de los cuales es el 231Pa.
Su presencia en la corteza terrestre se estima del orden de 0,00001 ppb.
Se forma por transmutación del torio en la familia radiactiva natural del 235U, por lo que se encuentra en los minerales de este elemento.
Se encuentra en la pechblenda en una proporción de 0,1 ppm mientras que la concentración de 231Pa Pa en los minerales del Zaire es 30 veces superior.
Preparación
En 1927, Grosse preparó 2 mg de un polvo blanco, que resultó ser Pa2O5. Siete años después, partiendo de 0,1 g de Pa2O5 puro aisló el elemento por dos métodos, uno de los cuales consistió en convertir el óxido a yoduro y tratar éste con un filamento incandescente y alto vacío:
2PaI5 --> 2Pa + 5I2
Normalmente se obtiene como producto de la fisión del uranio, torio y plutonio. También se recupera desde los minerales de uranio por extracción solvente y el PaF4 producido se reduce con bario.
Propiedades
Es un sólido brillante, metálico y radioactivo. Su brillo desaparece lentamente si se expone al aire. Por encima de 1,4º K se comporta como superconductor. Se conocen los isótopos de número másico entre 215 y 238. El isótopo más estable, 231Pa, tiene una vida media de 32.700 años y evoluciona hasta el actinio por emisión de partículas alfa.
Es emisor de partículas alfa y su peligrosidad desde el punto de vista radiológico es similar a la del polonio, por lo que requiere una manipulación cuidadosa similar a la utilizada para manejar otros elementos radiactivos como el plutonio. Los isótopos con número de masa 216, 217 y 222-238 son radiactivos. Sólo 231Pa, 234Pa y 234mPa están presentes en la naturaleza. El más importante de ellos es el 231Pa, emisor alfa con una vida media de 32 500 años. El isótopo artificial 233Pa es intermediario importante en la producción del 233U fisionable. Tanto el 231Pa como el 233Pa pueden sintetizarse por irradiación neutrónica del torio. El protactinio metálico es plateado, maleable y dúctil. Las muestras expuestas al aire a la temperatura ambiente evidencian poco o ningún deslustre al cabo de varios meses. Los muchos compuestos del protactinio que se han preparado y caracterizado son óxidos binarios y polinarios, halogenuros, oxihalogenuros, sulfatos, oxisulfatos, sulfatos dobles, oxinitratos, selenatos, carburos, compuestos organometálicos y aleaciones con metales nobles. Es superconductor por debajo de 1.4 K.
Valores de las Propiedades
- Masa Atómica: 231,03588 uma
- Punto de Fusión: 1841 K
- Punto de Ebullición: 4300 K
- Densidad: 15370 kg/m3
- Potencial Normal de Reducción: - 1,20 V Pa5+ | Pa
- Calor Específico: 120,00 J/kg ºK
- Calor de Fusión: 16,7 kJ/mol
- Calor de Vaporización: 481,0 kJ/mol
- Calor de Atomización: 527,0 kJ/mol de átomos
- Estados de Oxidación: +3 , +4, +5
- 1ª Energía de Ionización: 568 kJ/mol
- Volumen Atómico: 15 cm3/mol
- Polarizabilidad: 25,4 Å3
- Electronegatividad (Pauling): 1,5
- Punto de fusión (ºC): 1572
- Punto de ebullición (ºC): 4200
- Valencia: 4,5
- Electronegatividad: 1,5
- Radio Atómico: 1,63 Å
- Radio Iónico: Pa+3 = 1,08 Å Pa+4 = 0,91 Å
- Energía de ionización (kJ/mol): 568
- Estado de oxidación: +4
Es reactivo, dando hidrógeno cuando reacciona con el vapor de agua. También reacciona con el oxígeno y con los ácidos. Actúa con los estados de oxidación +4 y +5 y se han preparado diversos haluros del elemento y otros compuestos, alguno de los cuales son coloreados.
Isótopos
Se han caracterizado 29 radioisótopos del protactinio siendo los más estables el 231Pa, con una vida media de 32.760 años; el 233Pa, con una vida media de 26,967 días; y el 230Pa con una vida media de 17,4 días. El resto de isótopos radiactivos tienen vidas medias inferiores a 1,6 días y la mayoría tienen vidas medias menores de 1,8 segundos. Este elemento también tiene dos metaestados, 217mPa (vida media de 1,15 milisegundos) y 234mPa (vida media de 1,17 minutos).
El modo de desintegración primario del isótopo más estable 231Pa y de aquellos más ligeros es la desintegración alfa mientras que para los isótopos más pesados es la desintegración beta. Los productos primarios de la desintegración de los isótopos más ligeros (231Pa o más ligeros) son isótopos del actinio (Ac) mientras que los isótopos más pesados producen isótopos del uranio (U).
Efectos sobre la salud
El protactinio es generalmente un peligro para la salud solamente si entra en el cuerpo, aunque existe un pequeño riesgo externo asociado con los rayos gamma emitidos por el protactinio 231 y una serie de productos de vida corta de la desintegración del protactinio 227. El protactinio puede ser tomado por el cuerpo mediante la ingestión de comida, agua o respiración de aire. Cuando se inhala el protactinio, una fracción significante puede moverse desde los pulmones a través de la sangre hasta otros órganos, dependiendo de la solubilidad del compuesto. La absorción gastrointestinal de la comida o el agua es una fuente probable de la deposición interna de protactinio en la población general. La mayor parte del protactinio tomado por ingestión dejará prontamente el cuerpo con las heces; solo alrededor del 0,05 % de la cantidad ingerida es absorbida del tracto intestinal en el flujo sanguíneo. Después de dejar el intestino o el pulmón, alrededor del 40 % del protactinio que entra en el flujo sanguíneo se deposita en el esqueleto, alrededor del 15 % en el hígado, alrededor del 2 % en los riñones, y el resto es excretado. La vida media biológica en el esqueleto es de alrededor de 50 años. Del protactinio depositado en el hígado, se asume que el 70 % es retenido con una vida biológica media de 10 días, teniendo el 30 % restante una vida biológica media de 60 días. Del protactinio depositado en los riñones, se asume que el 20 % es retenido con una vida biológica de 10 días, teniendo el restante 80 % una redistribución biológica media. La mayor preocupación para la salud es el cáncer resultante de la radiación ionizante emitida por el protactinio depositado den el esqueleto, hígado y riñones. Los riesgos para la salud asociados con el protactinio 234m son incluidos con aquellos del uranio 238. El protactinio 234m se desintegra emitiendo una partícula beta de alta energía por lo que se deben tomar precauciones contra esta radiación cuando se maneje el uranio; por ejemplo, se usan duros guantes de goma para proteger las manos y los brazos.
El riesgo de inhalación del protactinio 231 es uno de los más altos de entre todos los radionucleidos. El actino 227 y sus productos de desintegración son los responsables de más del 80 % de este riesgo de inhalación. Mientras que el factor de riesgo de ingestión es mucho más bajo que por inhalación, la ingestión es generalmente la forma más común de entrada en el cuerpo. Parecido a otros radionucleidos, el coeficiente de riesgo para el agua del grifo es del 75 % del de la ingestión con la dieta. Además del riesgo por exposición interna, hay un riesgo de exposición externa a los rayos gamma del protactinio 231.
Efectos ambientales
El protactinio está presente en la naturaleza en el suelo, las rocas, las aguas superficiales, subterráneas, plantas y animales en muy bajas concentraciones, del orden de una parte por trillón, o 0,1 picocurios (pCi)/g. Mayores niveles están presentes en los minerales de uranio y otros materiales geológicos. Esencialmente todo el protactinio de ocurrencia natural está presente como protactinio 231. El protactinio se adhiere preferentemente bien al suelo, y la concentración asociada con partículas arenosas del suelo es normalmente 550 veces más alta que en el agua intersticial (el agua en el espacio que hay entre las partículas del suelo); las proporciones de concentración son incluso mayores (sobre 2.000 y más) en suelos de margas y arcillas. El protactinio generalmente no es un contaminante importante para los DOE (Departamentos de Energía) y no es de preocupar para las aguas subterráneas.
El protactinio es tóxico y altamente radiactivo. Por este motivo, requiere precauciones similares a las usadas cuando se maneja plutonio.
Aplicaciones
Debido a su escasez, alta radioactividad y toxicidad, actualmente no existen usos para el protactinio fuera de la investigación científica básica.
El Protactinio-231 (que se forma por la desintegración alfa del Uranio-235 seguido de una desintegración beta del Torio-231) podría quizás mantener una reacción nuclear en cadena y, en principio, podría ser usado para construir una bomba nuclear. La masa crítica, según Walter Seifritz, es 750±180 kg. Otros autores concluyen que no es posible una reacción en cadena usando 231Pa.
Compuestos
Compuestos conocidos del protactinio:
- Fluoruros
- PaF4
- PaF5
- Cloruros
- PaCl4
- PaCl5
- Bromuros
- PaBr4
- PaBr5
- Ioduros
- PaI3
- PaI4
- PaI5
- Óxidos
- PaO
- PaO2
- Pa2O5
Véase también
Enlaces externos
- Educaplus
- www.lenntech.es
- www.quimicaweb.net
- EnvironmentalChemistry.com - Protactinium
- It's Elemental - Protactinium
- ANL factsheet
- WebElements.com - Protactinium
- It's Elemental - Protactinium
- InfoHaunter [1]
