Protaktinium

Protaktinium je radioaktivní kovový prvek stříbřitě bílé barvy, která se působením vzdušného kyslíku mění na šedavou. Hlavní izotop protaktinia ²³¹Pa je α-zářič.

Ve sloučeninách se vyskytuje v mocenství od Pa⁺³ po Pa⁺⁵, přičemž nejstálejší jsou sloučeniny s oxidačním číslem Pa⁺⁵, které se svým chemickým chováním podobají sloučeninám tantalu nebo niobu.

Čistý kov lze připravit redukcí fluoridu protaktiničného kovovým baryem při teplotě kolem 1400 °C.

Jako první identifikovali protaktinium (izotop ²³⁴Pa s poločasem rozpadu 1,17 minuty) Kasimir Fajans a O. H. Göhring jako produkt rozpadu uranu ²³⁸U. Pojmenovali jej brevium podle krátké doby života (latinsky brevis – krátký).

Za objevitele protaktinia jsou však obvykle označováni Otto Hahn a Lise Meitner z Německa a Frederick Soddy a John Cranston z Velké Británie, kteří roku 1918 nezávisle na sobě oznámili objev izotopu ²³¹Pa s mnohem delším poločasem rozpadu. Jméno prvku bylo změněno na protaktinium v roce 1949.

V zemské kůře se můžeme setkat pouze s velmi nízkými obsahy izotopu ²³¹Pa, který je produktem radioaktivního rozpadu uranu. Poločas rozpadu tohoto izotopu je 32 760 let a proto i v nejbohatších uranových rudách nacházíme protaktinium v množství maximálně 1–3 ppm (mg/kg).

Z dalších izotopů stojí za zmínku např. ²³⁰Pa s poločasem rozpadu 17,4 dne nebo ²³³Pa s poločasem 26,975 dnů. Celkově je známo 30 izotopů protaktinia:

První izolace oxidu protaktinia Pa₂O₅ byla uskutečněna roku 1927, kdy Aristid V. Grosse připravil přibližně 2 mg látky. Elementární kov byl získán roku 1934 termickým rozkladem jodidu protaktinia na elektricky zahřívaném kovovém vlákně ve vakuu:

2 PaI₅ → 2 Pa + 5 I₂

Největší množství čistého prvku bylo připraveno v roce 1961 pod patronací Úřadu pro atomovou energii Velké Británie. Bylo přitom zpracováváno asi 60 tun kalů zbylých po extrakci uranu z konžských rud. Separační proces sestával z dvanácti kroků (loužení kyselinami, kapalinová extrakce, separace na ionexech atd.) a výsledkem bylo 125 g kovového protaktinia o čistotě 99,9 %.

Uvádí se, že náklady na tento proces se pohybovaly kolem půl milionu amerických dolarů a získané množství protaktinia dodnes uspokojuje celosvětovou poptávku po tomto prvku. To jasně ukazuje i na to, že praktický význam protaktinia je zanedbatelný a jeho vyžití se omezuje pouze na speciální vědecké experimenty.

Budoucí význam protaktinia a především izotopů ²³³Pa a ²³⁴Pa záleží na rozšíření solných reaktorů. Z ²³³Pa vznikajícího záchytem neutronu jádrem thoria ²³²Th se jeho rozpadem získává izotop uranu ²³³U, který je perspektivní náhradou ²³⁵U.