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:

Ручной немеханизированный инструмент

Ручной немеханизированный инструмент: назначение, виды, хранение. Техника безопасности при использовании. Техническая характеристика.

Антропогенно-техногенное загрязнение окружающей среды

Экологическое действие загрязняющих агентов может затрагивать либо отдельные организмы (проявляться на организменном уровне), либо популяции, биоценозы, экосистемы и даже биосферу в целом.

Дипломная работа по изучению газоносности угленосных отложений

Изучение газоносности угленосных отложений на участке “п.ш Полысаевская”. Геологическая характеристика шахтного поля. Горно-геологические и горнотехнические условия эксплуатации. Общая организация работ и основные параметры шахты. Основной и вспомогательный Транспорт по горным выработкам .

Математический анализ

Решение произвольных систем линейных уравнений (метод Гаусса). Неопределенный интеграл. Формула Ньютона-Лейбница. Геометрические приложения определенного интеграла. Прямая в пространстве. Векторная алгебра

Обробка грунту

Анаітичний огляд літератури про сучасний стан та проблеми обробітку грунту. Найпоширеніші способи обробітки грунту. Генетичний та функціональний, екологічний підходи до оцінки біосферних наслідків грунтогенезу, утворення чорноземного тиру грунтів. Фактори та умови грунтотворення

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok