Protactinium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Pronunciation | /ˌproʊtækˈtɪniəm/ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Appearance | bright, silvery metallic luster | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Standard atomic weight Ar°(Pa) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Protactinium in the periodic table | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Atomic number (Z) | 91 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Group | f-block groups (no number) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Period | period 7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Block | f-block | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electron configuration | [Rn] 5f2 6d1 7s2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electrons per shell | 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Physical properties | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Phase at STP | solid | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Melting point | 1841 K (1568 °C, 2854 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Boiling point | 4300 K (4027 °C, 7280 °F) (?) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Density (at 20° C) | 15.43 g/cm3 [3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Heat of fusion | 12.34 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Heat of vaporization | 481 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomic properties | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidation states | common: +5 +2,? +3,[4] +4[4] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegativity | Pauling scale: 1.5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionization energies |
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Atomic radius | empirical: 163 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Covalent radius | 200 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spectral lines of protactinium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Other properties | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Natural occurrence | from decay | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Crystal structure | body-centered tetragonal[5] (tI2) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lattice constant | a = 392.1 pm c = 323.5 pm (at 20 °C)[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Thermal expansion | 11.8×10−6/K (at 20 °C)[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Thermal conductivity | 47 W/(m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electrical resistivity | 177 nΩ⋅m (at 0 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Magnetic ordering | paramagnetic[6] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS Number | 7440-13-3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
History | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Prediction | Dmitri Mendeleev (1869) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Discovery and first isolation | Kasimir Fajans and Oswald Helmuth Göhring (1913) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Named by | Otto Hahn and Lise Meitner (1917–8) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isotopes of protactinium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Protactinium is a chemical element; it has symbol Pa and atomic number 91. It is a dense, radioactive, silvery-gray actinide metal which readily reacts with oxygen, water vapor, and inorganic acids. It forms various chemical compounds, in which protactinium is usually present in the oxidation state +5, but it can also assume +4 and even +3 or +2 states. Concentrations of protactinium in the Earth's crust are typically a few parts per trillion, but may reach up to a few parts per million in some uraninite ore deposits. Because of its scarcity, high radioactivity, and high toxicity, there are currently no uses for protactinium outside scientific research, and for this purpose, protactinium is mostly extracted from spent nuclear fuel.
The element was first identified in 1913 by Kazimierz Fajans and Oswald Helmuth Göhring and named "brevium" because of the short half-life of the specific isotope studied, protactinium-234m. A more stable isotope of protactinium, 231Pa, was discovered in 1917/18 by Lise Meitner in collaboration with Otto Hahn, and they named the element protactinium.[8] In 1949, the IUPAC chose the name "protactinium" and confirmed Hahn and Meitner as its discoverers. The new name meant "(nuclear) precursor of actinium,"[9] suggesting that actinium is a product of radioactive decay of protactinium. John Arnold Cranston (working with Frederick Soddy and Ada Hitchins) is also credited with discovering the most stable isotope in 1915, but he delayed his announcement due to being called for service in the First World War.[10]
The longest-lived and most abundant (nearly 100%) naturally occurring isotope of protactinium, protactinium-231, has a half-life of 32,760 years and is a decay product of uranium-235. Much smaller trace amounts of the short-lived protactinium-234 and its nuclear isomer protactinium-234m occur in the decay chain of uranium-238. Protactinium-233 occurs as a result of the decay of thorium-233 as part of the chain of events necessary to produce uranium-233 by neutron irradiation of thorium-232. It is an undesired intermediate product in thorium-based nuclear reactors, and is therefore removed from the active zone of the reactor during the breeding process. Ocean science utilizes the element to understand the ancient ocean's geography. Analysis of the relative concentrations of various uranium, thorium, and protactinium isotopes in water and minerals is used in radiometric dating of sediments up to 175,000 years old, and in modeling of various geological processes.[11]
The name comes from the Greek work protos (meaning first) and the element actinium, because protactinium is the precursor of actinium.