Курсовая работа на тему: «Протактиний»

Территория рекламы

Санкт-Петербургский государственный технологический институт(технический университет)

Инженерно-технологический факультет

Кафедра технологии редких элементов и наноматериалов на их основе

Курсовая работа

на тему:

«Протактиний»

Студентка: Язева Жанна Вячеславовна

Группа: 545

Руководитель: Кескинов Виктор Анатольевич

Санкт-Петербург, 2015 год

Оглавление:

I.Общие сведения………………………………………………………….3-4

II. История……………………………………………………….5-6

III. Нахождение в природе……………………………………….7

IV. Получение……………………………………………………..8

V. Свойства………………………………………………………..9

VI. Изотопы………………………………………………………10

VII. Биологическая роль и особенности экспериментальной работы……………………………………………………………..11

VIII. Токсичность………………………………………………....11

IX. Применение…………………………………………………...12

X. Литература……………………………………………………..13

I.Общие сведения.

91

Торий ← Протактиний → Уран

0000

91Pa

Внешний вид простого вещества

Блестящий серебристо-белый, очень радиоактивный металл

Свойства атома

Название, символ, номер

Протакти́ний / Protactinium (Pa), 91

Атомная масса(молярная масса)

231,03588(2)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Rn] 5f2 6d1 7s2

Радиус атома

161 пм

Химические свойства

Радиус иона

(+5e) 89 (+3e) 113 пм

Электроотрицательность

1,5 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Th←Th4+ −1,83ВTh←Th2+ 0,7В

Степени окисления

5, 4

Энергия ионизации(первый электрон)

 0,0(0,00) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества

Плотность (при н. у.)

15,37 г/см³

Температура плавления

2113 (1840*С)

Температура кипения

4300 K

Уд. теплота плавления

16,7 кДж/моль

Уд. теплота испарения

481,2 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

27,7[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

15,0 (22 кг 602 г) см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества

Структура решётки

тетрагональная

Параметры решётки

a=3,925 c=3,238[3]

Отношение c/a

0,82

II. История.Протактиний почти одновременно обнаружили О. Ган и Л. Майтнер в Германии и Ф. Содди и Дж. Крэнстон в Англии. Новый элемент был открыт при химической переработке минералов урана, точно так же, как полоний, радий, актиний. Протактиний нашли в одной из фракций урановой смолки, содержавшей тантал. Недаром Менделеев называл этот элемент экатанталом!

И тогда же обнаружилась связь этого элемента с открытым несколькими годами раньше актинием. Обе группы первых исследователей протактиния обнаружили изотоп, который, испуская альфа-частицы, превращался в актиний. Отсюда и название элемента №91. Протактиний значит «предшествующий актинию». Греческое πρωτος: – это не только «первый», но и «исходный», «начальный».

Так был обнаружен самый долгоживущий изотоп элемента №91 – протактиний-231 с периодом полураспада около 35 000 лет. Но не этот изотоп протактиния был открыт первым.

Еще в 1913 г. К. Фаянс и О. Гёрлинг обнаружили среди продуктов распада урана короткоживущий изотоп с периодом полураспада чуть больше минуты. Полагая, что открыт новый элемент, ученые назвали его «бревий» (от латинского brevis – «короткий»), т.е. короткоживущий. Ган и Майтнер, пытаясь изучить химию бревия, обнаружили его сходство с танталом. Однако исследовать этот элемент достаточно глубоко им не удалось прежде всего из-за малого времени жизни бревия. Доказать, что бревий – менделеевский экатантал, тогда не смогли, и этот продукт распада урана стали именовать ураном XII. Лишь спустя несколько лет было доказано, что бревий, он же уран XII, – природный изотоп протактиния с массовым числом 234.

Получается, что первооткрывателями протактиния были не О. Ган и Л. Майтнер, а К. Фаянс и О. Гёрлинг...

Спустя еще несколько лет, в 1921 г., протактиний-234 вошел в историю науки. При его детальном изучении Отто Ган открыл явление ядерной изомерии.

Суть этого явления состоит в том, что некоторые радиоактивные ядра способны распадаться двояко – разными способами или с разными периодами полураспада. У протактиния-234 большинство ядер, испуская бета-частицы (период полураспада 1,17 минуты), сразу же превращается в уран-234. Однако одно ядро из тысячи (точнее, 13 из 10 000) избирает другой путь. Испустив гамма-квант, оно превращается в новое ядро, тоже бета-активное, но отличающееся от прочих ядер протактиния-234 более низким уровнем энергии. Такое ядро более стабильно, и у этой разновидности протактиния-234 период полураспада равен 6,7 часа.

Нужно ли говорить, что работа, предпринятая Ганом, потребовала исключительной тщательности. Как и другие первые исследователи протактиния, он работал с исчезающе малыми (исчезающе – во всех смыслах этого слова) количествами элемента, вернее, его соединений, точно не идентифицированных.

Только в 1927 г. американский радиохимик А. Гроссе приготовил первые два миллиграмма чистой окиси протактиния Ра2О5. А спустя еще семь лет А. Гроссе и М. Агрусс сумели получить уже 100 мг Ра2О5 и выделить из них металлический протактиний. Тогда и узнали, что цвет этого металла светло-серый и что на воздухе протактиний, подобно алюминию, отгораживается от мира (или от окисления в массе) защитной пленкой окиси.

III. Нахождение в природе.

Месторождения.

Протактиний входит в состав урановых руд, которые находятся на территории США, Швеции, Конго, Испании, Чехии, ЮАР, России, Канады, Марокко.

IV. Получение.

Из природных источников — остатков от переработки урановой смолки — можно получить только 231Pa. Кроме того, 231Pa можно получить облучением 230Th медленными нейтронами:

230Th(n, γ)231Th (β−-распад, T1/2 = 25.6 ч) → 231Pa

или при облучении 232Th быстрыми нейтронами по реакции

232Th(n, 2n)231Th (β−-распад, T1/2 = 25.6 ч) → 232Pa

Изотоп 233Pa также получают из тория:

232Th(n, γ)233Th (β−-распад, T1/2 = 23.5 мин.) → 233Pa

Металлический протактиний получают при восстановлении PaF4 парами бария или кальция при 1400—1500 °С.

V. Свойства.

Протактиний — светло-серый металл, по твёрдости приближающийся к урану. При температуре 2 К обладает сверхпроводимостью.

Металлический протактиний кристаллизуется в тетрагональной сингонии. При 1170 °С существует объёмно-центрированная кубическая модификация.

Протактиний на воздухе обычно покрывается тонкой плёнкой монооксида. Легко реагирует с водородом при 250—300 °С, образуя гидрид PaH3. С йодом образует летучие иодиды сложного состава.Ра2О5 – самое устойчивое и, пожалуй, наиболее изученное из соединений элемента №91. Этот окисел белого цвета хорошо растворяется в плавиковой кислоте, но не растворяется в азотной и соляной.До сих пор известно немного соединений протактиния, состав которых установлен точно. Тому есть причины, и главная из них – склонность очень многих соединений элемента №91 к гидролизу. В водной среде они существуют в самых разнообразных формах – ионных, коллоидных, полимерных. Форма нахождения протактиния в растворе зависит не только от начального состава раствора, но и от того, каким способом и как давно этот раствор приготовлен.

Нередко протактиний вообще исчезает из раствора: многие его соединения сорбируются стенками стеклянных сосудов.

Не случайно этот элемент считается одним из самых трудных для исследования.

VI. Изотопы.Радиоактивные свойства некоторых изотопов протактиния:

Массовое число

Период полураспада

Тип распада

224

0,6 с

α

225

2,0 с

α

226

1,8 с

α

227

38,3 мин.

α (15%), электронный захват (85%)

228

22 час.

α (2%), электронный захват (98%)

229

1,4 дня

α (0,25%), электронный захват (99%)

230

17 дней

β− (10%), электронный захват (90%), α (0,003%), β+ (0,03%)

231

32480±260 лет

α

232

1,31 дня

β−

233

27,4 дня

β−

234М (UX2)

1,18 мин.

β−

234 (UZ)

6,7 час.

β−

235

23,7 мин.

β−

236

12,5 мин.

β−

237

10,5 мин (?)/39 мин.

β−

VII. Биологическая роль и особенности экспериментальной работы.

ПДК для 231Pa в воздухе рабочих помещений 5,6·10−4 Бк/м³. 231Pa

В организме человека склонен накапливаться в почках и костях.

VIII. Токсичность.

Протактиний и его соединения чрезвычайно радиоактивны и радиотоксичны. При одинаковой концентрации содержащийся в воздухе протактиний-231 в 250 миллионов раз токсичнее синильной кислоты.

Летальная доза (LD50) составляет 0,004 нг/кг (летальная доза для человека-0,8 нг).

Максимальное безопасное количество протактиния при попадании в организм человека составляет 0,03 мккюри, что соответствует 0,5 мкг.

IX. Применение.

Ввиду малого содержания в земной коре (содержание от массы Земли составляет 0,1 миллиардной доли процента) и крайней токсичности элемент имеет весьма узкое применение — добавка к ядерному топливу. На тонну урана содержание протактиния составляет 0,34 г.

Протактиний стоит изучать ради будущего. Известно, что из протактиния-231 сравнительно несложно (при облучении нейтронами) получить искусственный изотоп урана с массовым числом 232. Элемент, порожденный ураном, сам порождает уран. А уран-232 – перспективный альфа-излучатель, способный конкурировать с плутонием-238 и полонием-210, используемыми в земной и космической технике в качестве автономные источников энергии. Подсчитано, что удельное энерговыделение урана-232 примерно в девять раз больше, чем у плутония-238, а периоды полураспада этих изотопов близки. Уже поэтому нельзя считать бесперспективным протактиний, ибо простейший путь к урану-232 лежит через протактиний-231.

Искусственным путем протактиний-231 можно получать в количествах, значительно больших, чем добывалось и добывается его из урана. «Сырье» для этого есть – изотопы тория с массовыми числами 230 и 232. Вероятнее всего, протактиний-231 будут получать в энергетических реакторах с ториевым циклом как побочный продукт при производстве одного из ядерных горючих – урана-233. Полагают, что такие реакторы будут играть важную роль в энергетике близкого будущего.

X. Литература.Список литературы:

1. Пальшин Е.С., Мясоедов Б.Ф., Давыдов А.В. Аналитическая химия протактиния. — М.: Издательство «Наука», 1968. — С. 15. — 240 с. — (Аналитическая химия элементов). — 2200 экз.

2. Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — 639 с.

3. Популярная библиотека химических элементов (http://n-t.ru/ri/ps/pb091.htm ).

4. Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 111. — 639 с. — 20 000 экз.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Скачать

Протактиний.docx

Протактиний.docx
Размер: 95 Кб

Бесплатно Скачать

Пожаловаться на материал

Нахождение в природе. Протактиний — светло-серый металл, по твёрдости приближающийся к урану.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Экскурсоведение. Леции

Сводка и группировка данных статистического наблюдения

Понятия сводки и группировки статистических данных. Виды группировок. Статистические таблицы и графики. Алгоритм простой группировки.

Расчет гидропривода силовой головки для глубокого сверления отверстий

Выбор параметров гидродвигателя Расчет внутреннего диаметра трубопровода Выбор гидроаппаратуры. Определение характеристик магистральной и вспомогательной гидролинии.

Гуманістичний напрям у психології особистості

Ознайомитись з загальною характеристикою гуманістичного напряму у психології особистості; розкрити основні теорії даного напряму та розглянути дослідження їх засновників (А. Маслоу, К. Роджерс, В. Франкл).

Психолого-педагогическая практика

Прохождение психолого-педагогической практики. Характеристика учащегося. Методика «Изучение отношения к учению и учебным предметам». Методика определение типа темперамента учащегося. Методика «Мотивы учебной деятельности»

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok