Protaktinium

Protaktinium (sebelumnya protoaktinium) adalah sebuah unsur kimia radioaktif dengan lambang Pa dan nomor atom 91. Ia adalah logam aktinida padat berwarna abu-abu keperakan yang mudah bereaksi dengan oksigen, uap air, dan asam anorganik. Ia membentuk berbagai senyawa kimia di mana protaktinium biasanya hadir dalam keadaan oksidasi +5, tetapi ia juga memiliki keadaan +4 dan bahkan +3 atau +2. Konsentrasi protaktinium di kerak bumi biasanya beberapa bagian per triliun, tetapi dapat mencapai hingga beberapa bagian per juta pada beberapa endapan bijih uraninit. Karena kelangkaannya, serta radioaktivitasnya dan toksisitasnya yang tinggi, saat ini protaktinium tidak digunakan di luar penelitian ilmiah, dan untuk tujuan ini, protaktinium sebagian besar diekstraksi dari bahan bakar nuklir bekas.

Unsur ini pertama kali diidentifikasi pada tahun 1913 oleh Kazimierz Fajans dan Oswald Göhring dan diberi nama "brevium" karena waktu paruh pendek dari isotop spesifik yang dipelajari, yaitu protaktinium-234. Isotop protaktinium yang lebih stabil, 231Pa, ditemukan pada 1917/18 oleh Lise Meitner yang bekerja sama dengan Otto Hahn, dan mereka memilih nama protaktinium.Meitner, L. (1918) Die Muttersubstanz des Actiniums, ein Neues Radioaktives Element von Langer Lebensdauer. Zeitschrift für Elektrochemie und angewandte physikalische Chemie 24: 169-173. IUPAC memilih nama "protaktinium" pada tahun 1949 dan mengukuhkan Hahn dan Meitner sebagai penemunya. Nama baru ini memiliki arti "prekursor (nuklir)http://hpschapters.org/northcarolina/NSDS/Protactinium.pdf  aktinium" dan mencerminkan bahwa aktinium adalah produk peluruhan radioaktif protaktinium. John Cranston (bekerja dengan Frederick Soddy dan Ada Hitchins) juga dikreditkan dengan menemukan isotop protaktinium paling stabil pada tahun 1915, tetapi menunda pengumumannya karena dia dipanggil untuk bertugas pada Perang Dunia Pertama.John Arnold Cranston . Universitas Glasgow

Isotop protaktinium yang paling lama hidup dan paling melimpah (hampir 100%) secara alami, protaktinium-231, memiliki waktu paruh 32.760 tahun dan merupakan produk peluruhan uranium-235. Jumlah renik yang jauh lebih kecil dari protaktinium-234 dan isomer nuklirnya protaktinium-234m berumur pendek terjadi dalam rantai peluruhan uranium-238. Protaktinium-233 dihasilkan dari peluruhan torium-233 sebagai bagian dari rangkaian peristiwa yang digunakan untuk menghasilkan uranium-233 melalui penyinaran neutron terhadap torium-232. Ia adalah produk intermediat yang tidak diinginkan dalam reaktor nuklir berbasis torium dan karena itu ia dikeluarkan dari zona aktif reaktor selama proses pembiakan. Ilmu kelautan memanfaatkan unsur ini untuk memahami lautan purba. Analisis konsentrasi relatif berbagai isotop uranium, torium, dan protaktinium dalam air dan mineral digunakan dalam penanggalan radiometrik sedimen yang berusia hingga 175.000 tahun dan dalam pemodelan berbagai proses geologis.Negre, César dkk. “Reversed flow of Atlantic deep water during the Last Glacial Maximum.” Nature, vol. 468,7320 (2010): 84-8. doi:10.1038/nature09508
Sejarah
Pada tahun 1871, Dmitri Mendeleev meramalkan adanya unsur antara torium dan uranium. Deret aktinida tidak diketahui pada saat itu. Oleh karena itu, uranium ditempatkan di bawah wolfram di golongan VI, dan torium di bawah zirkonium di golongan IV, meninggalkan ruang kosong di bawah tantalum di golongan V; sampai penerimaan konsep aktinida pada akhir 1940-an, tabel periodik diterbitkan dengan struktur ini. Untuk waktu yang lama, para kimiawan mencari eka-tantalum sebagai unsur dengan sifat kimia yang mirip dengan tantalum, membuat penemuan protaktinium hampir mustahil. Analog tantalum yang lebih berat kemudian ditemukan sebagai unsur transuranium dubnium – yang, bagaimanapun, tidak bereaksi seperti tantalum, tetapi seperti protaktinium.

Pada tahun 1900, William Crookes mengisolasi protaktinium sebagai bahan radioaktif yang sangat kuat dari uranium; namun, dia tidak dapat mengarakterisasinya sebagai unsur kimia baru dan dengan demikian menamainya uranium-X (UX). Crookes melarutkan uranium nitrat dalam eter, dan fase berair residual mengandung sebagian besar  dan . Metode ini masih digunakan pada tahun 1950-an untuk mengisolasi  dan  dari senyawa uranium. Protaktinium pertama kali diidentifikasi pada tahun 1913, ketika Kasimir Fajans dan Oswald Göhring menemukan isotop 234Pa selama studi mereka mengenai rantai peluruhan uranium-238:  →  →  → . Mereka menamai unsur baru ini "brevium" (dari kata Latin, brevis, yang berarti singkat atau pendek) karena waktu paruhnya yang singkat, 6,7 jam untuk .Greenwood, hlm. 1250Greenwood, hlm. 1254Eric Scerri, A tale of seven elements, (Oxford University Press 2013) , hlm.67–74 Pada tahun 1917/18, dua kelompok ilmuwan, Lise Meitner yang bekerja sama dengan Otto Hahn dari Jerman serta Frederick Soddy dan John Cranston dari Britania Raya, secara terpisah menemukan isotop protaktinium lain, 231Pa, yang memiliki waktu paruh lebih lama, sekitar 33.000 tahun.Soddy, F., Cranston, J.F. (1918) The parent of actinium. Proceedings of the Royal Society A – Mathematical, Physical and Engineering Sciences 94: 384-403. Dengan demikian, nama "brevium" diubah menjadi protaktinium karena unsur baru tersebut merupakan bagian dari rantai peluruhan uranium-235 sebagai induk dari aktinium (dari  prôtos "pertama, sebelum"). IUPAC mengonfirmasi penamaan ini pada tahun 1949.Greenwood, hlm. 1251 Penemuan protaktinium menyelesaikan salah satu celah terakhir dalam versi awal tabel periodik, yang diusulkan oleh Mendeleev pada tahun 1869, dan membuat para ilmuwan yang terlibat menjadi terkenal.Shea, William R. (1983) Otto Hahn and the rise of nuclear physics, Springer, hlm. 213, .

Aristid von Grosse memroduksi 2 miligram Pa2O5 pada tahun 1927, dan pada tahun 1934 pertama kali mengisolasi protaktinium elemental dari 0,1 miligram Pa2O5. Dia menggunakan dua prosedur berbeda: yang pertama, protaktinium oksida disinari oleh elektron 35 keV dalam ruang hampa. Dalam metode lain, yang disebut proses van Arkel–de Boer, oksida itu diubah secara kimiawi menjadi halida (klorida, bromida, atau iodida) dan kemudian direduksi dalam ruang hampa dengan filamen logam yang dipanaskan secara elektrik:

 2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

Pada tahun 1961, Otoritas Energi Atom Britania Raya (UKAEA) memroduksi 127 gram protaktinium-231 murni 99,9% dengan mengolah 60 ton bahan limbah dalam proses 12 tahap, dengan biaya sekitar AS$500.000. Selama bertahun-tahun, ini adalah satu-satunya pasokan protaktinium yang signifikan di dunia, yang diberikan ke berbagai laboratorium untuk studi ilmiah. Laboratorium Nasional Oak Ridge di A.S. menyediakan protaktinium dengan biaya sekitar AS$280/gram.
Isotop

Dua puluh sembilan radioisotop protaktinium telah ditemukan, yang paling stabil adalah 231Pa dengan waktu paruh 32.760 tahun, 233Pa dengan waktu paruh 27 hari, dan 230Pa dengan waktu paruh 17,4 hari. Semua isotop yang tersisa memiliki waktu paruh lebih pendek dari 1,6 hari, dan sebagian besar memiliki waktu paruh kurang dari 1,8 detik. Protaktinium juga memiliki dua isomer nuklir, 217mPa (waktu paruh 1,2 milidetik) dan 234mPa (waktu paruh 1,17 menit).

Mode peluruhan utama untuk isotop yang paling stabil, 231Pa, dan yang lebih ringan (211Pa hingga 231Pa) adalah peluruhan alfa, menghasilkan isotop aktinium. Mode utama untuk isotop yang lebih berat (232Pa hingga 239Pa) adalah peluruhan beta, menghasilkan isotop uranium.
Fisi nuklir
Isotop berumur paling panjang dan paling melimpah, 231Pa, dapat difisi dari neutron cepat melebihi ~1 MeV. 233Pa, isotop lain dari protaktinium yang diproduksi dalam reaktor nuklir, juga memiliki ambang fisi 1 MeV.
Keterjadian
Protaktinium adalah salah satu unsur alami yang paling langka dan paling mahal. Ia ditemukan dalam bentuk dua isotop – 231Pa dan 234Pa, dengan isotop 234Pa terjadi dalam dua keadaan energi yang berbeda. Hampir semua protaktinium alami adalah protaktinium-231. Ia adalah pemancar alfa dan dibentuk oleh peluruhan uranium-235, sedangkan protaktinium-234 yang memancarkan beta dihasilkan sebagai hasil peluruhan uranium-238. Hampir semua uranium-238 (99,8%) meluruh terlebih dahulu menjadi isomer 234mPa yang berumur lebih pendek.Protaktinium , Laboratorium Nasional Argonne, Human Health Fact Sheet, Agustus 2005

Protaktinium terjadi dalam uraninit (pitchblende) pada konsentrasi sekitar 0,3–3 bagian 231Pa per juta bagian (ppm) bijih. Meskipun konten biasa mendekati 0,3 ppm (misalnya di Jáchymov, Republik Ceko), beberapa bijih dari Republik Demokratik Kongo memiliki sekitar 3 ppm. Protaktinium tersebar secara homogen di sebagian besar bahan alami dan di air, tetapi pada konsentrasi yang jauh lebih rendah sekitar satu bagian per triliun, yang sesuai dengan radioaktivitasnya sebesar 0,1 pCi/g. Ada sekitar 500 kali lebih banyak protaktinium dalam partikel tanah berpasir daripada dalam air, bahkan air yang ada dalam sampel tanah yang sama. Rasio yang jauh lebih tinggi dari 2.000 ke atas diukur dalam tanah geluh dan lempung, seperti bentonit.Cornelis, Rita (2005) Handbook of elemental speciation II: species in the environment, food, medicine & occupational health, Vol. 2, John Wiley and Sons, hlm. 520–521, .
Dalam reaktor nuklir
Dua isotop protaktinium utama, 231Pa dan 233Pa, dihasilkan dari torium dalam reaktor nuklir; keduanya tidak diinginkan dan biasanya dihilangkan, sehingga menambah kerumitan desain dan operasi reaktor. Secara khusus, 232Th melalui reaksi (n,2n) menghasilkan 231Th yang dengan cepat (waktu paruh 25,5 jam) meluruh menjadi 231Pa. Isotop terakhir, meski bukan limbah transuranik, memiliki waktu paruh yang panjang selama 32.760 tahun dan merupakan kontributor utama radiotoksisitas jangka panjang dari bahan bakar nuklir bekas.

Protaktinium-233 terbentuk setelah penangkapan neutron oleh 232Th. Ia selanjutnya meluruh menjadi uranium-233 atau menangkap neutron lain dan mengubahnya menjadi uranium-234 nonfisil. 233Pa memiliki waktu paruh yang relatif panjang yaitu 27 hari dan penampang lintang yang tinggi untuk penangkapan neutron (disebut "racun neutron"). Jadi, alih-alih meluruh dengan cepat menjadi 233U yang berguna, sebagian kecil 233Pa yang signifikan diubah menjadi isotop nonfisil dan mengonsumsi neutron, menurunkan efisiensi reaktor. Untuk menghindari hal ini, 233Pa diekstraksi dari zona aktif reaktor garam cair torium selama pengoperasiannya, sehingga hanya meluruh menjadi 233U. Hal ini dicapai dengan menggunakan kolom bismut cair setinggi beberapa meter dengan litium terlarut di dalamnya. Dalam skenario yang disederhanakan, litium secara selektif mereduksi garam protaktinium menjadi logam protaktinium yang kemudian diekstraksi dari siklus garam cair, dan bismut hanyalah pembawa. Ia dipilih karena titik leburnya yang rendah (271 °C), tekanan uapnya yang rendah, kelarutannya yang baik untuk litium dan aktinida, dan ia tidak bercampur dengan halida cair.Groult, Henri (2005) Fluorinated materials for energy conversion, Elsevier, hlm. 562–565, .
Persiapan
Sebelum munculnya reaktor nuklir, protaktinium dipisahkan untuk percobaan ilmiah dari bijih uranium. Saat ini, ia sebagian besar diproduksi sebagai produk intermediat fisi nuklir dalam reaktor suhu tinggi torium (waktu yang diberikan adalah waktu paruh):

^{232}_{90}Th + ^{1}_{0}n -> ^{233}_{90}Th ->[\beta^-][22,3\ \ce{mnt}] ^{233}_{91}Pa ->[\beta^-][26,967\ \ce{hri}] ^{233}_{92}U

Isotop protaktinium-231 dapat dibuat dengan meradiasi torium-230 dengan neutron lambat, mengubahnya menjadi torium-231 yang mengalami peluruhan beta, atau dengan menyinari torium-232 dengan neutron cepat, menghasilkan torium-231 dan 2 neutron.

Logam protaktinium dapat dibuat dengan mereduksi fluoridanya dengan kalsium, litium atau barium pada suhu 1300–1400 °C.
Sifat fisik dan kimia
Protaktinium adalah sebuah aktinida yang terletak pada tabel periodik di sebelah kiri uranium dan di sebelah kanan torium, dan banyak sifat fisiknya berada di antara kedua aktinida tersebut. Jadi, protaktinium lebih padat dan kaku dari torium tetapi lebih ringan dari uranium, dan titik leburnya lebih rendah dari torium dan lebih tinggi dari uranium. Ekspansi termal, konduktivitas listrik dan termal dari ketiga unsur ini sebanding dan tipikal logam pascatransisi. Perkiraan modulus geser protaktinium mirip dengan titanium.Seitz, Frederick dan Turnbull, David (1964) Solid state physics: advances in research and applications, Academic Press, hlm. 289–291, . Protaktinium adalah logam dengan kilau abu-abu keperakan yang diawetkan untuk beberapa waktu di udara. Protaktinium mudah bereaksi dengan oksigen, uap air, dan asam, tetapi tidak dengan alkali.

Pada suhu kamar, protaktinium mengkristal dalam struktur tetragon berpusat-badan yang dapat dianggap sebagai kisi kubus berpusat-badan (bcc) yang terdistorsi; struktur ini tidak berubah pada kompresi hingga 53 GPa. Strukturnya berubah menjadi kubus berpusat-muka (fcc) setelah didinginkan dari suhu tinggi, sekitar 1200 °C.Young, David A. (1991) Diagram fase unsur kimia, University of California Press, hlm. 222, . Koefisien ekspansi termal fase tetragon antara suhu kamar dan 700 °C adalah 9,9/°C.

Protaktinium bersifat paramagnetik dan tidak ada transisi magnetik yang diketahui pada suhu berapa pun.Buschow, K. H. J. (2005) Ensiklopedia ringkas bahan magnetik dan superkonduktor, Elsevier, hlm. 129–130, . Ia menjadi superkonduktif pada suhu di bawah 1,4 K. Protaktinium tetraklorida bersifat paramagnetik pada suhu kamar tetapi berubah menjadi feromagnetik saat didinginkan hingga 182 K.

Protaktinium eksis dalam dua keadaan oksidasi utama, +4 dan +5, baik dalam padatan maupun larutan, dan keadaan +3 dan +2 diamati dalam beberapa fase padat. Karena konfigurasi elektron atom netral protaktinium adalah [Rn]5f26d17s2, keadaan oksidasi +5 sesuai dengan konfigurasi 5f0 berenergi rendah (dan dengan demikian disukai). Keadaan +4 dan +5 dengan mudah membentuk hidroksida dalam air dengan ion utamanya adalah Pa(OH)3+, , , dan Pa(OH)4, semuanya nirwarna.Greenwood, hlm. 1265 Ion protaktinium lain yang dikenal meliputi , , PaF3+, , , , dan .Greenwood, hlm. 1275
Senyawa kimia
 Rumus warma simetri grup ruang No lambang Pearson a (pm) b (pm) c (pm) Z densitas (g/cm3) Pa abu-abu keperakan tetragon I4/mmm 139 tI2 392,5 392,5 323,8 2 15,37 PaO garam-batu Fmm 225 cF8 496,1 4 13,44 PaO2 hitam fcc Fmm 225 cF12 550,5 4 10,47 Pa2O5 putih Fmm 225 cF16 547,6 547,6 547,6 4 10,96 Pa2O5 putih ortorombus 692 402 418 PaH3 hitam kubus Pmn 223 cP32 664,8 664,8 664,8 8 10,58 PaF4 coklat kemerahan monoklinik C2/c 15 mS60 2 PaCl4 hijau kekuningan tetragon I41/amd 141 tI20 837,7 837,7 748,1 4 4,72 PaBr4 coklat tetragon I41/amd 141 tI20 882,4 882,4 795,7 PaCl5 kuning monoklinik C2/c 15 mS24 797 1135 836 4 3,74 PaBr5 merah monoklinik P21/c 14 mP24 838,5 1120,5 1214,6 4 4,98 PaOBr3 monoklinik C2 1691,1 387,1 933,4 Pa(PO3)4 ortorombus 696,9 895,9 1500,9 Pa2P2O7 kubus Pa3 865 865 865 Pa(C8H8)2 kuning keemasan monoklinik 709 875 1062

Di sini a, b dan c adalah konstanta kisi dalam pikometer, No adalah nomor grup ruang dan Z adalah jumlah unit formula per sel unit; fcc adalah singkatan dari simetri kubus berpusat-muka (face-centered cubic). Densitas tidak diukur secara langsung tetapi dihitung dari parameter kisi.
Oksida dan garam yang mengandung oksigen
Oksida protaktinium dikenal dengan keadaan oksidasi logam +2, +4 dan +5. Yang paling stabil adalah pentoksida putih Pa2O5, yang dapat diproduksi dengan menyalakan protaktinium(V) hidroksida di udara pada suhu 500 °C.Greenwood, hlm. 1268 Struktur kristalnya berbentuk kubus, dan komposisi kimianya sering kali nonstoikiometrik, digambarkan sebagai PaO2.25. Fase lain dari oksida ini dengan simetri ortorombus juga telah dilaporkan. Dioksida hitam PaO2 diperoleh dari pentoksida dengan mereduksinya pada suhu 1550 °C dengan hidrogen. Ia tidak mudah larut dalam asam klorida, sulfat, atau nitrat encer atau pekat, tetapi mudah larut dalam asam fluorida. Dioksida ini dapat diubah kembali menjadi pentoksida dengan memanaskan dalam atmosfer yang mengandung oksigen hingga suhu 1100 °C. Monoksida PaO hanya teramati sebagai lapisan tipis pada logam protaktinium, tetapi tidak dalam bentuk curah yang terisolasi.

Protaktinium membentuk oksida biner campuran dengan berbagai logam. Dengan logam alkali A, kristalnya memiliki rumus kimia APaO3 dan struktur perovskit, atau A3PaO4 dan struktur garam-batu terdistorsi, atau A7PaO6 di mana atom oksigen membentuk kisi heksagon padat. Dalam semua bahan ini, ion protaktinium terkoordinasi secara oktahedron.Greenwood, hlm. 1269 Pentoksida Pa2O5 bergabung dengan oksida logam tanah jarang R2O3 untuk membentuk berbagai oksida campuran nonstoikiometrik, juga berstruktur perovskit.

Oksida protaktinium bersifat basa; mereka dengan mudah diubah menjadi hidroksida dan dapat membentuk berbagai garam, seperti sulfat, fosfat, nitrat, dll. Garam nitrat biasanya berwarna putih tetapi dapat menjadi coklat karena dekomposisi radiolitis. Pemanasan nitrat di udara pada suhu 400 °C mengubahnya menjadi protaktinium pentoksida putih. Politrioksofosfat Pa(PO3)4 dapat diproduksi dengan mereaksikan difluorida sulfat PaF2SO4 dengan asam fosfat (H3PO4) di bawah atmosfer gas lengai. Memanaskan produk hingga sekitar 900 °C menghilangkan produk sampingan reaksi seperti asam fluorida, belerang trioksida, dan fosfat anhidrida. Memanaskannya ke suhu yang lebih tinggi dalam atmosfer lengai akan mengurai Pa(PO3)4 menjadi difosfat PaP2O7, yang analog dengan difosfat aktinida lainnya. Dalam difosfat, gugus PO3 membentuk piramida simetri C2v. Memanaskan PaP2O7 di udara hingga suhu 1400 °C akan menguraikannya menjadi pentoksida fosforus dan protaktinium.
Halida
Protaktinium (V) fluorida membentuk kristal putih di mana ion protaktinium tersusun dalam bipiramida pentagon dan dikoordinasikan oleh 7 ion lainnya. Koordinasinya sama pada protaktinium(V) klorida, tetapi warnanya kuning. Koordinasinya berubah menjadi oktahedron pada protaktinium(V) bromida berwarna coklat dan tidak diketahui pada protaktinium(V) iodida. Koordinasi protaktinium pada semua tetrahalidanya adalah 8, tetapi susunannya antiprismatik persegi pada protaktinium(IV) fluorida dan dodekahedron pada protaktinium(IV) klorida dan bromida. Protaktinium(III) iodida berwarna coklat telah dilaporkan di mana ion protaktinium berkoordinasi 8 dalam susunan prismatik trigonal tertutup ganda.Greenwood, hlm. 1270

Protaktinium(V) fluorida dan protaktinium(V) klorida memiliki struktur polimer dengan simetri monoklinik. Di sana, dalam satu rantai polimer, semua atom halida terletak pada satu bidang seperti grafit dan membentuk pentagon planar di sekitar ion protaktinium. Koordinasi 7 protaktinium berasal dari 5 atom halida dan dua ikatan atom protaktinium milik rantai terdekat. Senyawa ini mudah terhidrolisis dalam air. Protaktinium pentaklorida melebur pada suhu 300 °C dan menyublim pada suhu yang lebih rendah lagi.

Protaktinium(V) fluorida dapat dibuat dengan mereaksikan protaktinium oksida dengan bromin pentafluorida atau bromin trifluorida pada suhu sekitar 600 °C, dan protaktinium(IV) fluorida diperoleh dari protaktinium oksida dan campuran hidrogen dan hidrogen fluorida pada suhu 600 °C; surplus besar hidrogen diperlukan untuk menghilangkan kebocoran oksigen atmosfer ke dalam reaksi.

Protaktinium(V) klorida dibuat dengan mereaksikan protaktinium oksida dengan karbon tetraklorida pada suhu 200–300 °C. Produk sampingan (seperti PaOCl3) dihilangkan dengan sublimasi fraksional. Reduksi protaktinium(V) klorida dengan hidrogen pada suhu sekitar 800 °C akan menghasilkan protaktinium(IV) klorida – sebuah padatan kuning kehijauan yang menyublim dalam ruang hampa pada suhu 400 °C; ia juga dapat diperoleh langsung dari protaktinium dioksida dengan mengolahnya dengan karbon tetraklorida pada suhu 400 °C.

Protaktinium bromida diproduksi oleh aksi aluminium bromida, hidrogen bromida, karbon tetrabromida, atau campuran hidrogen bromida dan tionil bromida pada protaktinium oksida. Reaksi alternatif adalah antara protaktinium pentaklorida dan hidrogen bromida atau tionil bromida. Protaktinium(V) bromida memiliki dua bentuk monoklinik yang serupa, satu diperoleh dengan sublimasi pada suhu 400–410 °C dan yang lainnya dengan sublimasi pada suhu yang sedikit lebih rendah pada suhu 390–400 °C.

Protaktinium iodida dihasilkan dari protaktinium oksida dan aluminium iodida atau amonium iodida yang dipanaskan hingga suhu 600 °C. Protaktinium(III) iodida diperoleh dengan memanaskan protaktinium(V) iodida dalam ruang hampa. Seperti oksida, protaktinium membentuk halida campuran dengan logam alkali. Di antaranya, yang paling tidak biasa adalah Na3PaF8 di mana ion protaktinium secara simetris dikelilingi oleh 8 ion F− yang membentuk kubus hampir sempurna.

Protaktinium fluorida yang lebih kompleks juga telah dikenal seperti Pa2F9Greenwood, hlm. 1271 dan fluorida terner dari jenis MPaF6 (M = Li, Na, K, Rb, Cs, atau NH4), M2PaF7 (M = K, Rb, Cs, atau NH4) dan M3PaF8 (M = Li, Na, Rb, Cs), semuanya berupa padatan kristal putih. Rumus MPaF6 dapat direpresentasikan sebagai kombinasi dari MF dan PaF5. Senyawa ini dapat diperoleh dengan menguapkan larutan asam fluorida yang mengandung kedua kompleks ini. Untuk kation alkali yang kecil seperti Na, struktur kristalnya adalah tetragon, sedangkan kation yang lebih besar, K+, Rb+, Cs+, atau NH4+, menjadi ortorfombik. Variasi serupa diamati untuk fluorida M2PaF7, yaitu simetri kristalnya bergantung pada kation dan dibedakan untuk Cs2PaF7 dan M2PaF7 (M = K, Rb, atau NH4).
Senyawa anorganik lainnya
Oksihalida dan oksisulfida dari protaktinium telah diketahui. PaOBr3 memiliki struktur monoklinik yang terdiri dari unit rantai ganda di mana protaktinium memiliki koordinasi 7 dan tersusun menjadi bipiramida pentagon. Rantai ini saling berhubungan melalui atom oksigen dan bromin, dan setiap atom oksigen ditautkan dengan tiga atom protaktinium. PaOS adalah padatan nonvolatil berwarna kuning muda dengan kisi kristal kubik isostruktural dengan oksisulfida aktinida lainnya. Ia diperoleh dengan mereaksikan protaktinium(V) klorida dengan campuran hidrogen sulfida dan karbon disulfida pada suhu 900 °C.

Dalam hidrida dan nitrida, protaktinium memiliki keadaan oksidasi rendah, sekitar +3. Hidridanya diperoleh dengan aksi langsung hidrogen pada logam protaktinium pada suhu 250 °C, dan nitridanya adalah produk amonia dan protaktinium tetraklorida atau pentaklorida. Padatan kuning cerah ini stabil terhadap pemanasan hingga suhu 800 °C dalam ruang hampa. Protaktinium karbida, PaC, dibentuk dengan mereduksi protaktinium tetraklorida dengan barium dalam wadah karbon pada suhu sekitar 1400 °C. Protaktinium membentuk borohidrida yang meliputi Pa(BH4)4. Ia memiliki struktur polimer yang tidak biasa dengan rantai heliks di mana atom protaktinium memiliki bilangan koordinasi 12 dan dikelilingi oleh enam ion BH4−.Greenwood, hlm. 1277
Senyawa organologam
Protaktinium(IV) dapat membentuk kompleks tetrahedral tetrakis(siklopentadienil)protaktinium(IV) (atau Pa(C5H5)4) dengan empat cincin siklopentadienil, yang dapat disintesis dengan mereaksikan protaktinium(IV) klorida dengan leburan Be(C5H5)2. Satu cincin dapat diganti dengan sebuah atom halida.Greenwood, hlm. 1278–1279 Kompleks organologam lainnya adalah protaktinium bis(π-siklooktatetraena), atau protaktinosena, Pa(C8H8)2, yang strukturnya analog dengan uranosena. Di sana, atom logam protaktinium terjepit di antara dua ligan siklooktatetraena. Mirip dengan uranosena, ia dapat dibuat dengan mereaksikan protaktinium tetraklorida dengan dikalium siklooktatetraenida, K2C8H8, dalam tetrahidrofuran.
Aplikasi
Meskipun protaktinium terletak pada tabel periodik di antara uranium dan torium, yang keduanya memiliki banyak aplikasi, saat ini protaktinium tidak digunakan di luar penelitian ilmiah karena kelangkaannya, radioaktivitasnya yang tinggi, dan toksisitasnya yang tinggi.

Protaktinium-231 muncul dari peluruhan uranium-235 alami, dan dalam reaktor nuklir melalui reaksi 232Th + n → 231Th + 2n dan peluruhan beta selanjutnya. Ia pernah dianggap dapat mendukung reaksi berantai nuklir, yang pada prinsipnya dapat digunakan untuk membuat senjata nuklir: fisikawan  pernah memperkirakan massa kritis terkait sebesar .Seifritz, Walter (1984) Nukleare Sprengkörper – Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit, Thiemig-Verlag, . Namun, kemungkinan kekritisan 231Pa telah dikesampingkan sejak saat itu.

Dengan munculnya spektrometer massa yang sangat sensitif, aplikasi 231Pa sebagai pelacak dalam geologi dan paleoseanografi menjadi mungkin. Jadi, rasio protaktinium-231 terhadap torium-230 digunakan untuk penanggalan radiometrik sedimen yang berusia hingga 175.000 tahun dan dalam pemodelan pembentukan mineral. Secara khusus, evaluasinya dalam sedimen samudra memungkinkan untuk merekonstruksi pergerakan badan air Atlantik Utara selama pencairan terakhir dari gletser Zaman Es. Beberapa variasi penanggalan terkait protaktinium bergantung pada analisis konsentrasi relatif untuk beberapa anggota rantai peluruhan uranium yang berumur panjang – uranium, protaktinium, dan torium, misalnya. Unsur-unsur ini memiliki 6, 5, dan 4 elektron valensi dan dengan demikian mendukung keadaan oksidasi +6, +5 dan +4, masing-masing, dan menunjukkan sifat fisik dan kimia yang berbeda. Jadi, torium dan protaktinium, tetapi bukan senyawa uranium, tidak larut dengan baik dalam larutan berair, dan mempresipitasi menjadi sedimen; laju presipitasi torium lebih cepat daripada protaktinium. Selain itu, analisis konsentrasi untuk protaktinium-231 (waktu paruh 32.760 tahun) dan torium-230 (waktu paruh 75.380 tahun) memungkinkan untuk meningkatkan akurasi dibandingkan ketika hanya satu isotop yang diukur; metode isotop ganda ini juga kurang peka terhadap ketidakhomogenan dalam distribusi spasial isotop dan variasi laju presipitasinya.Articles "Protactinium" and "Protactinium-231 – thorium-230 dating" in Encyclopædia Britannica, edisi ke-15, 1995, hlm. 737
Pencegahan
Protaktinium bersifat racun dan sangat radioaktif dan dengan demikian semua manipulasi dilakukan dalam kotak sarung tangan yang tertutup rapat. Isotop utamanya, 231Pa, memiliki aktivitas spesifik sebesar  per gram dan utamanya memancarkan partikel alfa dengan energi 5 MeV, yang dapat dihentikan oleh lapisan tipis bahan apa pun. Namun, ia perlahan meluruh, dengan waktu paruh 32.760 tahun, menjadi 227Ac, yang memiliki aktivitas spesifik sebesar  per gram, memancarkan radiasi alfa dan beta, dan memiliki waktu paruh yang jauh lebih pendek, yaitu 22 tahun. 227Ac, pada gilirannya, meluruh menjadi isotop yang lebih ringan dengan waktu paruh yang lebih pendek dan aktivitas spesifik (SA) yang jauh lebih besar, seperti yang dirangkum dalam tabel di bawah yang menunjukkan rantai peluruhan protaktinium-231.

Isotop231Pa 227Ac 227Th 223Ra 219Rn 215Po211Pb 211Bi  207TlSA (Ci/g) 0,048 73 3,1 5,2 1,33 2,5 4,21,9Peluruhanα  α, βα  α α α βα, ββWaktu paruh 33 ka 22 a 19 hari 11 hari 4 dtk 1,8 mdtk 36 mnt 2,1 mnt 4,8 mnt

Karena protaktinium hadir dalam jumlah kecil di sebagian besar produk dan bahan alami, ia dapat tertelan dengan makanan atau air dan terhirup dengan udara. Hanya sekitar 0,05% protaktinium yang tertelan diserap ke dalam darah dan sisanya diekskresikan. Dari darah, sekitar 40% protaktinium tersimpan di tulang, sekitar 15% masuk ke hati, 2% ke ginjal, dan sisanya keluar dari tubuh. Waktu paruh biologis protaktinium adalah sekitar 50 tahun di tulang, sedangkan di organ lain kinetika memiliki komponen cepat dan lambat. Misalnya, 70% protaktinium di hati memiliki waktu paruh biologis 10 hari, dan 30% sisanya selama 60 hari. Nilai yang sesuai untuk ginjal adalah 20% (10 hari) dan 80% (60 hari). Di semua organ ini, protaktinium dapat mengakibatkan kanker melalui radioaktivitasnya. Dosis maksimum Pa yang aman dalam tubuh manusia adalah , yang setara dengan 0,5 mikrogram 231Pa. Konsentrasi maksimum 231Pa yang diperbolehkan di udara di Jerman adalah .
Lihat pula
 Ada Hitchins, yang membantu Soddy menemukan protaktinium
Referensi

Bibliografi

Pranala luar

  Protaktinium di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)


Kategori:Unsur kimia
Kategori:Unsur kimia dengan struktur tetragon berpusat-badan
Kategori:Aktinida
Kategori:Unsur kimia yang diprediksi oleh Dmitri Mendeleev