Protactinium

Protactinium

Caractéristiques du protactinium

Symbole : Pa
Masse atomique : 231,035 88 ± 0,000 02 u
Numéro CAS : 7440-13-3
Configuration électronique : [Rn] 5f²6d¹ 7s²
Numéro atomique : 91
Groupe : n. a.
Bloc : Bloc f
Famille d’éléments : Actinide
Électronégativité : 1,5
Point de fusion : 4 026,85°C

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Le protactinium, élément atomique n°91 de symbole Pa : son histoire, ses isotopes, ses gisements, ses propriétés, ses composés chimiques et ses utilisations.

Dans le tableau périodique des éléments chimiques, le protactinium appartient au bloc f et au groupe des actinides. Son symbole est Pa. Il porte le numéro atomique 91. Cela signifie que son noyau contient 91 protons. Tous ses 29 isotopes connus sont radioactifs. C’est un élément en argent métallique qui se présente sous une structure quadratique centrée. Le métal est de couleur gris.

Étymologiquement, son nom est composé du grec πρῶτος qui signifie « premier » et « actinium ». Dans la chaîne de désintégration radioactive de l’uranium 235 où il est placé, le protactinium 231 se place avant l’actinium. Il est naturellement présent dans les minerais d’uranium.

Historique du protactinium

En 1900, le chimiste britannique William Crookes sépare l’uranium de l’un de ses produits de transformation radioactive. Ne connaissant pas l’identité de ce produit, il le nomme uranium-X.

En 1913, Kasimir Fajans et Otto H. Göhring produisent l’isotope ²³⁴Pa pendant une courte durée avec une demi-vie de 1,17 minute. À cette époque, ils nomment leur découverte « brévium ».

En 1918, le radio-isotope de protactinium le plus stable ²³¹Pa est identifié par les chimistes Otto Hahn et Lise Meitner. L’isotope ²³¹Pa possède une période radioactive de 32 760 ans. Les chimistes lui donnent le nom de protoactinium.

En 1934, l’isolation du métal a été pratiquée par le biais du procédé Van-Arkel-de-Boer. Ce procédé industriel consiste à utiliser des iodures pour composer des métaux purs.

En 1949, l’IUPAC reconnaît l’élément et le nomme officiellement protactinium.

Isotopes

29 isotopes du protactinium ont été pratiquement reconnus. Parmi eux, les plus stables sont :

²³¹Pa avec une demi-vie de 32 760 ans ;
²³³Pa avec une demi-vie de 26 967 jours ;
²³⁰Pa avec une demi-vie de 17,4 jours.

Les autres isotopes n’ont qu’une durée de demi-vie inférieure à 1,6 jour.

Le protactinium dispose de deux isomères peu stables. Le premier est ^217mPa avec une demi-vie de 1,15 milliseconde, et le second est ^234mPa avec une demi-vie de 1,17 minute.

Les isotopes ²³¹Pa et ²³⁴Pa sont associés à la chaîne de désintégration radioactive de l’uranium.

La chaîne de désintégration β− du thorium 231 fait ressortir l’isotope ²³¹Pa :

²³⁵₉₂U ⟶ ²³¹₉₀Th + ⁴₂He ;

²³¹₉₀Th ⟶ ²³¹₉₁Pa + e⁻ + ‾ν_e.

La chaîne de désintégration β− du thorium 234 donne comme résultat l’isotope ^234mPa :

²³⁸₉₂U ⟶ ²³⁴₉₀Th + ²₂₃₄He;

²³⁴₉₀Th ⟶ ^234m₉₁Pa + e⁻ + ‾ν_e.

‾v_eindique l’antineutrino électronique.

Le protactinium paraît très radiotoxique en cas d’ingestion et d’inhalation à cause de son rayonnement α très élevé. Il atteint des valeurs supérieures à celles du plutonium 238. À cause de cette toxicité, l’homme ne doit pas entrer en contact direct avec cet élément chimique.

Gisements

Parmi les éléments naturels, le protactinium est l’un des plus chers et des plus rares. Il se présente en très faible quantité à la surface de la Terre. Sa teneur est de 1 partie par million dans les minéraux qui renferment de l’uranium ou du thorium. Il se forme à partir de la décroissance radioactive de l’uranium. Il n’existe pas à l’état naturel, il est donc intégralement artificiel.

Propriétés du protactinium

Le protactinium se présente sous forme de métal argenté assez dense. Ses propriétés sont situées entre celles du thorium et de l’uranium. En dessous de 1,4 K, le protactinium devient supraconducteur.

D’une part, il réagit avec la vapeur d’eau, les acides inorganiques et l’oxygène. D’autre part, il ne réagit pas aux métaux alcalins.

Composés chimiques

Les composés chimiques les plus connus du protactinium sont :

bromures : PaBr₄ et PaBr₅ ;
chlorures : PaCl₄ et PaCl₅;
fluorures : PaF₄ et PaF₅ ;
iodures : PaI₃, PaI₄ et PaI₅ ;
oxydes : PaO, PaO₂ et Pa₂O₅.

Utilisations du protactinium

Le protactinium est surtout utilisé dans des céramiques condensateurs et dans la recherche pour la détection de rayons X. Il est également employé dans le domaine médical. Le protactinium –231 sert à doser des produits chimiques présents dans la salive et le sang ainsi que des hormones. Il sert également à produire des isotopes radioactifs nécessaires à l’imagerie médicale et la radiothérapie.

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