# Protoattinio

Il protoattinio è l'elemento chimico di numero atomico 91 e il suo simbolo è Pa. È un metallo denso, di colore grigio-argenteo che reagisce facilmente con l'ossigeno, con il vapore acqueo e con gli acidi inorganici. Forma vari composti chimici in cui è di solito presente nello stato di ossidazione +5, ma può anche assumere stati +4, +2 o +3. Le concentrazioni medie di protoattinio nella crosta terrestre sono tipicamente dell'ordine di poche parti per bilione, ma può raggiungere fino a poche parti per milione in alcuni depositi di uraninite. A causa della sua scarsità, della alta radioattività e dell'elevata tossicità, attualmente non vi sono applicazioni al di fuori della ricerca scientifica, e per questo scopo gran parte del minerale viene estratto da combustibile nucleare esaurito.
Il protoattinio è stato identificato nel 1913 da Kasimir Fajans e Oswald Helmuth Göhring che lo chiamarono Brevium per via della sua breve emivita dell'isotopo specifico studiato, cioè il protoattinio-234. Un isotopo più stabile ($^{231}$Pa) è stato scoperto nel 1917/18 da Otto Hahn e Lise Meitner, che scelsero il nome di proto-attinio, tuttavia in seguito lo IUPAC decise il nome di protoattinio nel 1949 e confermarono Hahn e Meitner come scopritori. Il nuovo nome significa "madre di attinio" e riflette il fatto che l'attinio è un prodotto del decadimento radioattivo di protoattinio.
Il più abbondante (circa il 100%) e il più duraturo tra gli isotopi naturali del protoattinio, il protoattinio-231, ha un tempo di dimezzamento di 32.760 anni ed è un prodotto del decadimento dell'uranio-235. Molte tracce più piccole dell'isomero nucleare protoattinio-234m di breve durata si riscontrano nella catena del decadimento dell'uranio-238. Il protoattinio-233 risulta dal decadimento del torio-233 come parte della catena di eventi per produrre l'uranio-233 per irraggiamento neutronico del torio-232. Si tratta di un prodotto intermedio indesiderato nei reattori nucleari basati sul torio e pertanto rimosso dalla zona attiva del reattore durante il processo di riproduzione.

## Caratteristiche

Il protoattinio è un metallo argenteo che appartiene al gruppo degli attinidi. Ha un aspetto lucente che resiste per qualche tempo in caso di esposizione all'aria. Diventa superconduttivo a temperature inferiori a 1,4 K.
Non riveste alcun ruolo biologico noto.

## Applicazioni

Per via della sua scarsità, nonché della sua tossicità, il protoattinio non ha applicazioni diverse dalla ricerca scientifica.

## Storia

Il protoattinio fu osservato per la prima volta nel 1913 da Kasimir Fajans e Oswald Helmuth Göhring che individuarono l'isotopo instabile $^{234m}$Pa (con un'emivita di 1,17 minuti) nella catena di decadimenti dell'$^{238}$U. Gli diedero il nome di brevio (dal latino brevis, "breve").
Il nome cambiò nell'attuale protoattinio nel 1918 quando due gruppi di scienziati – i tedeschi Otto Hahn e Lise Meitner e qualche tempo dopo i britannici Frederick Soddy e John Cranston – giunsero indipendentemente alla scoperta di $^{231}$Pa. Nel 1949 la IUPAC chiamò definitivamente protoattinio e confermò Otto Hahn e Lise Meitner come scopritori.
Aristid V. Grosse, un assistente di Hahn, riuscì a preparare due milligrammi di Pa$_2$O$_5$ nel 1927 e, sette anni dopo a isolare il protoattinio metallico attraverso conversione dell'ossido in ioduro seguita dalla sua decomposizione termica in alto vuoto su un filamento elettrico (processo van Arkel-de Boer), secondo la reazione:
    ${\ce {2 PaI5-> 2 Pa + 5 I2}}$
Nel 1961 l'ente nazionale britannico per l'energia nucleare produsse 125 grammi di protoattinio puro al 99,9% lavorando 60 tonnellate di scorie nucleari tramite un processo di purificazione a 12 stadi. Questa ne è rimasta l'unica produzione mondiale per anni. Il protoattinio è stato venduto ai laboratori di ricerca negli anni successivi ad un prezzo di circa 2800 $ al grammo.

## Disponibilità

Il protoattinio è presente in tracce nella pechblenda come $^{231}$Pa con un tenore di circa 0,1 ppm. Alcuni minerali trovati nella Repubblica Democratica del Congo ne contengono fino a circa 3 ppm.

## Composti

Tra i composti noti del protoattinio si annoverano due fluoruri (PaF$_4$ e PaF$_5$) due cloruri (PaCl$_4$ e PaCl$_5$) due bromuri (PaBr$_4$ e PaBr$_5$) tre ioduri (PaI$_3$, PaI$_4$ e PaI$_5$) e tre ossidi (PaO, PaO$_2$ e Pa$_2$O$_5$).

## Isotopi

Sono noti 29 isotopi radioattivi del protoattinio, di cui il più stabile è $^{231}$Pa con un'emivita di 32 760 anni; seguono $^{233}$Pa (26,967 giorni) e $^{230}$Pa (17,4 giorni). Tutti gli altri isotopi hanno emivite inferiori a 1,58 giorni e la maggior parte di essi inferiore a 1,8 secondi. Sono noti anche due metastati, $^{217m}$Pa (emivita di 1,15 millisecondi) e $^{234m}$Pa (1,17 minuti).
La principale modalità di decadimento degli isotopi più leggeri di $^{231}$Pa è il decadimento alfa in isotopi dell'attinio; gli isotopi più pesanti decadono preferenzialmente con un decadimento beta in isotopi di uranio.

## Precauzioni

Il protoattinio è tossico e altamente radioattivo; richiede le stesse precauzioni adottate per la manipolazione del plutonio.