Protactinio

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El protactinio es un elemento metálico con número atómico 91 que se encuentra en la tabla periódica con el símbolo Pa. Pertenece a la serie química de los actínidos, tiene una masa atómica de 231.03588 u y sobresale por ser muy reactivo.

Se trata de uno de los elementos más raros conocidos hasta la actualidad y su obtención es una de las más costosas que existe. Es posible encontrarlo de forma natural en minerales que poseen uranio y torio, ya que se produce por la desintegración de estos elementos. Sin embargo, es muy escaso.

Su descubrimiento se atribuye a Kasimir Fajans y O.H. Göhring debido a que lograron identificarlo en el año 1913 cuando realizaban estudios de la cadena de decaimiento del 238U. Sin embargo, ya Mendeléiev había predicho que debía haber un elemento con estas características y que iba en una fase intermedia entre el torio y el uranio.

Características y propiedades

Uno de los aspectos principales de este elemento es que es altamente radiactivo, por lo que debe haber precauciones de manejo similar al plutonio.

De este elemento se han descubierto más de 20 isótopos, pero solo tres de ellos, el 231, 234 y 234m se pueden encontrar en la naturaleza y el único estable es el 231. Este último tiene una vida media de 32.760 años y es el resultado del decaimiento del 235U.

Características

Los isótopos de protactinio se encuentran en la naturaleza inmersos en los minerales de uranio, aunque es muy escaso.

El protactinio 231 y 233 se obtiene como producto en los reactores de torio, lo que es un problema debido a que necesitan ser eliminados del proceso por su nivel de toxicidad.

Propiedades físicas

  • El protactinio es un elemento con una densidad de 15370 kg/m³. Se encuentra en estado sólido a 20 º y tiene un color metálico muy brillante.
  • Tiene un punto de fusión de 2113 K (1840 °C) y el punto de ebullición es de 4300 K (4027 °C).
  • Posee una estructura cristalina tetragonal.
  • La conductividad eléctrica es de 5,29 × 106 m-1 S/m, por lo que se considera un superconductor en temperaturas inferiores a 1.6 K.
  • Tiene una conductividad térmica de 47 W/(K*m).
  • Físicamente, es más rígido que el torio, pero más ligero que el uranio. Además, es maleable.

Propiedades químicas

  • A nivel de química la configuración electrónica es [Rn]7s25f26d1.
  • Los electrones por nivel son 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2.
  • Sus principales estados de oxidación son +2, +3, +4 y +5. Este último es el estado más frecuente y el que le hace parecido con el tántalo.
  • Reacciona con facilidad en presencia de oxígeno formando distintos compuestos como el Pa2O5 y el PaO. También, reacciona con vapor de agua y con ácidos inorgánicos.

Usos

Es un elemento muy escaso en la naturaleza, con elevada radiactividad y toxicidad, por lo que sus aplicaciones no son viables fuera de la investigación científica.

Se han evaluado las reacciones nucleares en cadena para construir una bomba nuclear, pero muchos autores no lo consideran posible. También, se ha utilizado en el estudio del movimiento de las aguas oceánicas de manera efectiva.

Dónde se encuentra

Los yacimientos más importantes de este elemento se encuentran en Jáchymov, República Checa y en la República Democrática del Congo. En estas áreas se pueden encontrar concentraciones de 0,01 ppm y cercanas a 3 partes por millón en minerales de uranio respectivamente.

Obtención

Se pueden encontrar algunos isótopos repartidos en la corteza terrestre en minerales de uranio y torio, producto de la desintegración radiactiva. No obstante, en una ocasión en Reino Unido, se logró producir 125 g del elemento puro después de procesar en 12 etapas 60 toneladas de material.

Obtención

La inversión del proyecto ascendió a $500.000 y el producto se comercializó de a poco en los siguientes años. Se estima que ha sido la máxima producción reportada del elemento.

Quién lo descubrió

El hallazgo del elemento se les atribuye principalmente a Kasimir Fajans y O.H. Göhring cuando en 1913, ya que lograron aislar el isótopo 234  con una vida media de 1,17 minutos. A este elemento le colocaron el nombre Brevium que traducido es Breve.

Kasimir Fajans
Kasimir Fajans

Sin embargo, Mendeléiev ya había predicho el elemento en 1871 debido al comportamiento químico del uranio y torio. Luego, en el año 1900, William Crookes logró aislar el material, pero sin identificarlo.

Finalmente, en 1918 un grupo de científicos de Alemania y Reino Unido descubrieron de manera independiente el isótopo 231Pa, llamándolo Protoactinium por ser un progenitor del actinio. En 1949, se cambia el nombre a protactinium que en español es protactinio.

Referencias

  • Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Protactinio
  • Z = 91, protactinio, Pa. Anales de Química: https://analesdequimica.es/index.php/AnalesQuimica/article/download/1470/2050
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