Protactinio
El protactinio (anteriormente protoactinio) es un elemento químico con el símbolo Pa y el número atómico 91. Es un metal actínido gris plateado denso que reacciona fácilmente con el oxígeno, el vapor de agua y los ácidos inorgánicos. Forma varios compuestos químicos en los que el protactinio suele estar presente en el estado de oxidación +5, pero también puede asumir los estados +4 e incluso +3 o +2. Las concentraciones de protactinio en la corteza terrestre suelen ser de unas pocas partes por billón, pero pueden alcanzar hasta unas pocas partes por millón en algunos depósitos de mineral de uraninita. Debido a su escasez, alta radiactividad y alta toxicidad, actualmente no hay usos para el protactinio fuera de la investigación científica y, para este propósito, el protactinio se extrae principalmente del combustible nuclear gastado.
El elemento fue identificado por primera vez en 1913 por Kazimierz Fajans y Oswald Helmuth Göhring y recibió el nombre de brevium debido a la corta vida media del isótopo específico estudiado, es decir, el protactinio-234. Un isótopo más estable de protactinio, Pa, fue descubierto en 1917/18 por Lise Meitner en colaboración con Otto Hahn, y eligieron el nombre de protactinio.La IUPAC eligió el nombre de "protactinio" en 1949 y confirmó a Hahn y Meitner como descubridores. El nuevo nombre significaba "precursor (nuclear) del actinio" y reflejaba que el actinio es un producto de la desintegración radiactiva del protactinio. A John Arnold Cranston (en colaboración con Frederick Soddy y Ada Hitchins) también se le atribuye el descubrimiento del isótopo más estable en 1915, pero retrasó su anuncio debido a que fue llamado a prestar servicio en la Primera Guerra Mundial.
El isótopo de protactinio natural más longevo y más abundante (casi el 100 %), el protactinio-231, tiene una vida media de 32 760 años y es un producto de descomposición del uranio-235. Trazas mucho más pequeñas del protactinio-234 de vida corta y su isómero nuclear protactinio-234m ocurren en la cadena de desintegración del uranio-238. El protactinio-233 resulta de la desintegración del torio-233 como parte de la cadena de eventos utilizados para producir uranio-233 mediante la irradiación de neutrones del torio-232. Es un producto intermedio no deseado en los reactores nucleares a base de torio y, por lo tanto, se elimina de la zona activa del reactor durante el proceso de reproducción. La ciencia oceánica utiliza el elemento para comprender el océano antiguo. Análisis de las concentraciones relativas de varios uranio,
Historia
En 1871, Dmitri Mendeleev predijo la existencia de un elemento entre el torio y el uranio. La serie de actínidos era desconocida en ese momento. Por lo tanto, el uranio se colocó debajo del tungsteno en el grupo VI y el torio debajo del circonio en el grupo IV, dejando vacío el espacio debajo del tantalio en el grupo V; hasta la aceptación del concepto de actínidos a fines de la década de 1940, las tablas periódicas se publicaron con esta estructura. Durante mucho tiempo, los químicos buscaron el eka-tantalio como un elemento con propiedades químicas similares al tantalio, lo que hizo que el descubrimiento del protactinio fuera casi imposible. Más tarde se descubrió que el análogo más pesado del tantalio era el elemento transuránico dubnio, que, sin embargo, no reacciona como el tantalio, sino como el protactinio.
En 1900, William Crookes aisló el protactinio como material intensamente radiactivo a partir del uranio; sin embargo, no pudo caracterizarlo como un nuevo elemento químico y, por lo tanto, lo denominó uranio-X (UX). Crookes disolvió nitrato de uranio en éter y la fase acuosa residual contiene la mayor parte del90ely91Pensilvania. Su método todavía se usaba en la década de 1950 para aislar90ely91Pensilvaniade compuestos de uranio. El protactinio se identificó por primera vez en 1913, cuando Kasimir Fajans y Oswald Helmuth Göhring encontraron el isótopo Pa durante sus estudios de las cadenas de descomposición del uranio-238:92tu→90el→91Pensilvania→92tu. Llamaron al nuevo elemento brevium (de la palabra latina brevis, que significa breve o breve) debido a su corta vida media, 6,7 horas para91Pensilvania. En 1917/18, dos grupos de científicos, Lise Meitner en colaboración con Otto Hahn de Alemania y Frederick Soddy y John Cranston de Gran Bretaña, descubrieron de forma independiente otro isótopo de protactinio, Pa, que tiene una vida media mucho más larga de unos 33.000 años. Por lo tanto, el nombre brevium se cambió a protactinio ya que el nuevo elemento era parte de la cadena de descomposición del uranio-235 como padre del actinio (del griego: πρῶτος prôtos "primero, antes"). La IUPAC confirmó esta denominación en 1949. El descubrimiento del protactinio completó uno de los últimos vacíos en las primeras versiones de la tabla periódica, propuesta por Mendeleev en 1869, y dio fama a los científicos involucrados.
Aristid von Grosse produjo 2 miligramos de Pa 2 O 5 en 1927, y en 1934 aisló por primera vez protactinio elemental a partir de 0,1 miligramos de Pa 2 O 5. Usó dos procedimientos diferentes: en el primero, el óxido de protactinio fue irradiado por electrones de 35 keV en el vacío. En otro método, llamado proceso van Arkel-de Boer, el óxido se convirtió químicamente en un haluro (cloruro, bromuro o yoduro) y luego se redujo al vacío con un filamento metálico calentado eléctricamente:2 PaI 5 → 2 Pa + 5 I 2
En 1961, la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido (UKAEA) produjo 127 gramos de protactinio-231 con una pureza del 99,9 % mediante el procesamiento de 60 toneladas de material de desecho en un proceso de 12 etapas, a un costo de alrededor de 500 000 dólares estadounidenses. Durante muchos años, este fue el único suministro importante de protactinio en el mundo, que se proporcionó a varios laboratorios para estudios científicos. El Laboratorio Nacional de Oak Ridge en los EE. UU. proporcionó protactinio a un costo de alrededor de US$280/gramo.
Isótopos
Se han descubierto treinta radioisótopos de protactinio, siendo los más estables Pa con una vida media de 32.760 años, Pa con una vida media de 27 días y Pa con una vida media de 17,4 días. Todos los isótopos restantes tienen vidas medias inferiores a 1,6 días y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a 1,8 segundos. El protactinio también tiene dos isómeros nucleares, Pa (vida media de 1,2 milisegundos) y Pa (vida media de 1,17 minutos).
El modo de desintegración principal para el isótopo Pa más estable y más ligero (Pa a Pa) es la desintegración alfa, que produce isótopos de actinio. El modo primario para los isótopos más pesados (Pa a Pa) es la desintegración beta, produciendo isótopos de uranio.
Ocurrencia
El protactinio es uno de los elementos naturales más raros y caros. Se encuentra en forma de dos isótopos: Pa y Pa, y el isótopo Pa se presenta en dos estados de energía diferentes. Casi todo el protactinio natural es protactinio-231. Es un emisor alfa y se forma por la desintegración del uranio-235, mientras que el protactinio-234 que irradia beta se produce como resultado de la desintegración del uranio-238. Casi todo el uranio-238 (99,8%) se descompone primero en el isómero Pa de vida más corta.
El protactinio se encuentra en la uraninita (pechblenda) en concentraciones de alrededor de 0,3-3 partes Pa por millón de partes (ppm) de mineral. Mientras que el contenido habitual está más cerca de 0,3 ppm (por ejemplo, en Jáchymov, República Checa), algunos minerales de la República Democrática del Congo tienen alrededor de 3 ppm. El protactinio está homogéneamente disperso en la mayoría de los materiales naturales y en el agua, pero en concentraciones mucho más bajas, del orden de una parte por billón, lo que corresponde a la radiactividad de 0,1 picocurios (pCi)/g. Hay unas 500 veces más protactinio en las partículas de suelo arenoso que en el agua, incluso en el agua presente en la misma muestra de suelo. Se miden proporciones mucho más altas de 2000 y superiores en suelos francos y arcillosos, como la bentonita.
En reactores nucleares
Dos isótopos principales de protactinio, Pa y Pa, se producen a partir del torio en reactores nucleares; ambos son indeseables y generalmente se eliminan, lo que agrega complejidad al diseño y operación del reactor. En particular, las reacciones Th vía (n,2 n) producen Th que rápidamente (vida media 25,5 horas) se descompone en Pa. El último isótopo, aunque no es un desecho transuránico, tiene una vida media larga de 32.760 años y es uno de los principales contribuyente a la radiotoxicidad a largo plazo del combustible nuclear gastado.
El protactinio-233 se forma tras la captura de neutrones por Th. Además, se descompone en uranio-233 o captura otro neutrón y se convierte en uranio-234 no fisionable. Pa tiene una vida media relativamente larga de 27 días y una sección transversal alta para la captura de neutrones (el llamado "veneno de neutrones"). Por lo tanto, en lugar de decaer rápidamente a U útil, una fracción significativa de Pa se convierte en isótopos no fisionables y consume neutrones, degradando la eficiencia del reactor. Para evitarlo, se extrae Pa de la zona activa de los reactores de sales fundidas de torio durante su funcionamiento, de forma que sólo se descompone aU. Esto se logra utilizando columnas de bismuto fundido de varios metros de altura con litio disuelto en ellas. En un escenario simplificado, el litio reduce selectivamente las sales de protactinio a metal de protactinio que luego se extrae del ciclo de sales fundidas, y el bismuto es simplemente un portador. Se elige por su bajo punto de fusión (271 °C), baja presión de vapor, buena solubilidad para litio y actínidos e inmiscibilidad con haluros fundidos.
Preparación
Antes de la llegada de los reactores nucleares, el protactinio se separaba de los minerales de uranio para experimentos científicos. Hoy en día, se produce principalmente como producto intermedio de la fisión nuclear en reactores de alta temperatura de torio (los tiempos indicados son vidas medias):
El isótopo 231 se puede preparar irradiando torio-230 con neutrones lentos, convirtiéndolo en torio-231 en descomposición beta, o irradiando torio-232 con neutrones rápidos, generando torio-231 y 2 neutrones.
El protactinio metálico se puede preparar mediante la reducción de su fluoruro con calcio, litio o bario a una temperatura de 1300 a 1400 °C.
Propiedades físicas y químicas
El protactinio es un actínido que se ubica en la tabla periódica a la izquierda del uranio ya la derecha del torio, y muchas de sus propiedades físicas son intermedias entre esos dos actínidos. Entonces, el protactinio es más denso y rígido que el torio pero es más liviano que el uranio, y su punto de fusión es más bajo que el del torio y más alto que el del uranio. La dilatación térmica y las conductividades térmica y eléctrica de estos tres elementos son comparables y típicas de los metales posteriores a la transición. El módulo de cizallamiento estimado del protactinio es similar al del titanio. El protactinio es un metal con brillo gris plateado que se conserva durante algún tiempo en el aire. El protactinio reacciona fácilmente con oxígeno, vapor de agua y ácidos, pero no con álcalis.
A temperatura ambiente, el protactinio cristaliza en la estructura tetragonal centrada en el cuerpo que puede considerarse como una red cúbica centrada en el cuerpo distorsionada; esta estructura no cambia con la compresión hasta 53 GPa. La estructura cambia a cúbica centrada en las caras (fcc) al enfriarse desde una temperatura alta, a unos 1200 °C. El coeficiente de dilatación térmica de la fase tetragonal entre temperatura ambiente y 700 °C es de 9,9 × 10 /°C.
El protactinio es paramagnético y no se conocen transiciones magnéticas a ninguna temperatura. Se vuelve superconductor a temperaturas inferiores a 1,4 K. El tetracloruro de protactinio es paramagnético a temperatura ambiente pero se vuelve ferromagnético al enfriarse a 182 K.
El protactinio existe en dos estados de oxidación principales, +4 y +5, tanto en sólidos como en soluciones, y los estados +3 y +2 se observaron en algunas fases sólidas. Como la configuración electrónica del átomo neutro es [Rn]5f 6d 7s, el estado de oxidación +5 corresponde a la configuración 5f de baja energía (y por lo tanto favorecida). Tanto los estados +4 como +5 forman fácilmente hidróxidos en el agua, siendo los iones predominantes Pa(OH), Pa(OH)2, Pa(OH)3y Pa(OH) 4, todos incoloros. Otros iones de protactinio conocidos incluyen PaCl2, PaSO4, PaF, PaF2, PAF6, PAF7y PaF8.
Compuestos químicos
| Fórmula | color | simetría | grupo espacial | No | símbolo de Pearson | una (pm) | b (pm) | c (pm) | Z | densidad (g/cm) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pensilvania | gris plateado | tetragonal | I4/mmm | 139 | tI2 | 392.5 | 392.5 | 323.8 | 2 | 15.37 |
| PaO | sal de roca | FM 3m _ | 225 | cF8 | 496.1 | 4 | 13.44 | |||
| PaO2 _ | negro | fcc | FM 3m _ | 225 | cF12 | 550.5 | 4 | 10.47 | ||
| Pa 2 O 5 | blanco | FM 3m _ | 225 | cF16 | 547.6 | 547.6 | 547.6 | 4 | 10.96 | |
| Pa 2 O 5 | blanco | ortorrómbico | 692 | 402 | 418 | |||||
| PAH 3 | negro | cúbico | 3 pm _ | 223 | cP32 | 664.8 | 664.8 | 664.8 | 8 | 10.58 |
| PAF 4 | rojo marrón | monoclínico | C2/c | 15 | ms60 | 2 | ||||
| PaCl 4 | verde amarillo | tetragonal | I4 1 / amd | 141 | tI20 | 837.7 | 837.7 | 748.1 | 4 | 4.72 |
| PaBr 4 | marrón | tetragonal | I4 1 / amd | 141 | tI20 | 882.4 | 882.4 | 795.7 | ||
| PaCl 5 | amarillo | monoclínico | C2/c | 15 | ms24 | 797 | 1135 | 836 | 4 | 3.74 |
| PABR 5 | rojo | monoclínico | P2 1 /c | 14 | mP24 | 838.5 | 1120.5 | 1214.6 | 4 | 4.98 |
| PaOBr 3 | monoclínico | C2 | 1691.1 | 387.1 | 933.4 | |||||
| Pa(PO 3) 4 | ortorrómbico | 696.9 | 895.9 | 1500.9 | ||||||
| Pa 2 P 2 O 7 | cúbico | Pa3 | 865 | 865 | 865 | |||||
| Pa(C 8 H 8) 2 | amarillo dorado | monoclínico | 709 | 875 | 1062 |
Aquí a, b y c son constantes reticulares en picómetros, No es el número de grupo espacial y Z es el número de unidades de fórmula por celda unitaria; fcc representa la simetría cúbica centrada en las caras. La densidad no se midió directamente sino que se calculó a partir de los parámetros de red.
Óxidos y sales que contienen oxígeno
Los óxidos de protactinio son conocidos por los estados de oxidación de metales +2, +4 y +5. El más estable es el pentóxido blanco Pa 2 O 5, que se puede producir al encender hidróxido de protactinio (V) en el aire a una temperatura de 500 °C. Su estructura cristalina es cúbica y la composición química suele ser no estequiométrica, descrita como PaO 2,25. También se ha informado de otra fase de este óxido con simetría ortorrómbica. El dióxido negro PaO 2 se obtiene del pentóxido reduciéndolo a 1550 °C con hidrógeno. No es fácilmente soluble en ácidos nítrico, clorhídrico o sulfúrico diluidos o concentrados, pero se disuelve fácilmente en ácido fluorhídrico.El dióxido se puede volver a convertir en pentóxido calentándolo en una atmósfera que contiene oxígeno a 1100 °C. El monóxido PaO solo se ha observado como una capa delgada sobre el protactinio metálico, pero no en forma aislada a granel.
El protactinio forma óxidos binarios mixtos con varios metales. Con los metales alcalinos A, los cristales tienen una fórmula química APaO 3 y estructura de perovskita, o A 3 PaO 4 y estructura de sal de roca distorsionada, o A 7 PaO 6 donde los átomos de oxígeno forman una red compacta hexagonal. En todos estos materiales, los iones de protactinio están coordinados octaédricamente. El pentóxido Pa 2 O 5 se combina con óxidos de metales de tierras raras R 2 O 3 para formar varios óxidos mixtos no estequiométricos, también de estructura de perovskita.
Los óxidos de protactinio son básicos; se convierten fácilmente en hidróxidos y pueden formar varias sales, como sulfatos, fosfatos, nitratos, etc. El nitrato suele ser blanco pero puede ser marrón debido a la descomposición radiolítica. Calentar el nitrato en aire a 400 °C lo convierte en pentóxido de protactinio blanco. El politrioxofosfato Pa(PO 3) 4 se puede producir haciendo reaccionar sulfato de difluoruro PaF 2 SO 4 con ácido fosfórico (H 3 PO 4) en atmósfera de gas inerte. El calentamiento del producto a unos 900 °C elimina los subproductos de la reacción, como el ácido fluorhídrico, el trióxido de azufre y el anhídrido fosfórico. Calentarlo a temperaturas más altas en una atmósfera inerte descompone Pa(PO 3) 4 en el difosfato PaP 2 O 7, que es análogo a los difosfatos de otros actínidos. En el difosfato, los grupos PO 3 forman pirámides de simetría C 2v. El calentamiento de PaP 2 O 7 en aire a 1400 °C lo descompone en pentóxidos de fósforo y protactinio.
Haluros
El fluoruro de protactinio (V) forma cristales blancos donde los iones de protactinio están dispuestos en bipirámides pentagonales y coordinados por otros 7 iones. La coordinación es la misma en el cloruro de protactinio (V), pero el color es amarillo. La coordinación cambia a octaédrica en el bromuro de protactinio (V) marrón y se desconoce para el yoduro de protactinio (V). La coordinación del protactinio en todos sus tetrahaluros es 8, pero la disposición es antiprismática cuadrada en el fluoruro de protactinio (IV) y dodecaédrica en el cloruro y el bromuro. Se ha informado de yoduro de protactinio (III) de color marrón donde los iones de protactinio están coordinados en 8 en una disposición prismática trigonal bicapa.
El fluoruro de protactinio (V) y el cloruro de protactinio (V) tienen una estructura polimérica de simetría monoclínica. Allí, dentro de una cadena polimérica, todos los átomos de haluro se encuentran en un plano similar al grafito y forman pentágonos planos alrededor de los iones de protactinio. La coordinación 7 del protactinio se origina en los 5 átomos de haluro y dos enlaces a átomos de protactinio pertenecientes a las cadenas cercanas. Estos compuestos se hidrolizan fácilmente en agua. El pentacloruro se funde a 300 °C y se sublima a temperaturas aún más bajas.
El fluoruro de protactinio (V) se puede preparar haciendo reaccionar óxido de protactinio con pentafluoruro de bromo o trifluoruro de bromo a aproximadamente 600 °C, y el fluoruro de protactinio (IV) se obtiene a partir del óxido y una mezcla de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno a 600 °C; se requiere un gran exceso de hidrógeno para eliminar las fugas de oxígeno atmosférico en la reacción.
El cloruro de protactinio (V) se prepara haciendo reaccionar óxido de protactinio con tetracloruro de carbono a una temperatura de 200–300 °C. Los subproductos (como PaOCl 3) se eliminan por sublimación fraccionada. La reducción de cloruro de protactinio (V) con hidrógeno a aproximadamente 800 °C produce cloruro de protactinio (IV), un sólido amarillo verdoso que se sublima en el vacío a 400 °C; también se puede obtener directamente del dióxido de protactinio tratándolo con tetracloruro de carbono a 400 °C.
Los bromuros de protactinio se producen por la acción del bromuro de aluminio, bromuro de hidrógeno, tetrabromuro de carbono o una mezcla de bromuro de hidrógeno y bromuro de tionilo sobre el óxido de protactinio. Una reacción alternativa es entre pentacloruro de protactinio y bromuro de hidrógeno o bromuro de tionilo. El bromuro de protactinio (V) tiene dos formas monoclínicas similares, una se obtiene por sublimación a 400–410 °C y otra por sublimación a una temperatura ligeramente inferior de 390–400 °C.
Los yoduros de protactinio resultan de los óxidos y yoduro de aluminio o yoduro de amonio calentado a 600 °C. El yoduro de protactinio (III) se obtuvo calentando yoduro de protactinio (V) al vacío. Al igual que con los óxidos, el protactinio forma haluros mixtos con metales alcalinos. Entre ellos, el más notable es Na 3 PaF 8 donde el ion protactinio está simétricamente rodeado por iones 8 F que forman un cubo casi perfecto.
También se conocen fluoruros de protactinio más complejos como Pa 2 F 9 y fluoruros ternarios del tipo MPaF 6 (M = Li, Na, K, Rb, Cs o NH 4), M 2 PaF 7 (M = K, Rb, Cs o NH 4) y M 3 PaF 8 (M = Li, Na, Rb, Cs), siendo todos sólidos cristalinos blancos. La fórmula MPaF 6 se puede representar como una combinación de MF y PaF 5. Estos compuestos se pueden obtener por evaporación de una solución de ácido fluorhídrico que contiene estos dos complejos. Para los cationes alcalinos pequeños como el Na, la estructura cristalina es tetragonal, mientras que se reduce a ortorfómbica para los cationes K más grandes., Rb, Cs o NH 4. Se observó una variación similar para los fluoruros M 2 PaF 7, es decir, la simetría cristalina dependía del catión y difería para Cs 2 PaF 7 y M 2 PaF 7 (M = K, Rb o NH 4).
Otros compuestos inorgánicos
Se conocen oxihalogenuros y oxisulfuros de protactinio. PaOBr 3 tiene una estructura monoclínica compuesta por unidades de doble cadena donde el protactinio tiene coordinación 7 y está dispuesto en bipirámides pentagonales. Las cadenas están interconectadas a través de átomos de oxígeno y bromo, y cada átomo de oxígeno está relacionado con tres átomos de protactinio. PaOS es un sólido no volátil de color amarillo claro con una red cristalina cúbica isoestructural a la de otros oxisulfuros de actínidos. Se obtiene haciendo reaccionar cloruro de protactinio(V) con una mezcla de sulfuro de hidrógeno y disulfuro de carbono a 900 °C.
En hidruros y nitruros, el protactinio tiene un bajo estado de oxidación de alrededor de +3. El hidruro se obtiene por acción directa del hidrógeno sobre el metal a 250 °C, y el nitruro es un producto del amoníaco y el tetracloruro o pentacloruro de protactinio. Este sólido de color amarillo brillante es estable al calentamiento a 800 °C en vacío. El carburo de protactinio PaC se forma por reducción de tetrafluoruro de protactinio con bario en un crisol de carbón a una temperatura de aproximadamente 1400 °C. El protactinio forma borohidruros que incluyen Pa(BH 4) 4. Tiene una estructura polimérica inusual con cadenas helicoidales donde el átomo de protactinio tiene un número de coordinación de 12 y está rodeado por seis iones BH 4.
Compuestos organometálicos
El protactinio (IV) forma un complejo tetraédrico tetrakis (ciclopentadienil) protactinio (IV) (o Pa (C 5 H 5) 4) con cuatro anillos de ciclopentadienilo, que puede sintetizarse haciendo reaccionar cloruro de protactinio (IV) con Be (C 5 H) fundido 5) 2. Un anillo puede estar sustituido con un átomo de haluro. Otro complejo organometálico es el bis(π-ciclooctatetraeno) protactinio de color amarillo dorado, o protactinoceno, Pa(C 8 H 8) 2, que es análoga en estructura al uranoceno. Allí, el átomo de metal se intercala entre dos ligandos de ciclooctatetraeno. Similar al uranoceno, se puede preparar haciendo reaccionar tetracloruro de protactinio con ciclooctatetraenida de dipotasio, K 2 C 8 H 8, en tetrahidrofurano.
Aplicaciones
Aunque el protactinio se encuentra en la tabla periódica entre el uranio y el torio, que tienen numerosas aplicaciones, actualmente no hay usos para el protactinio fuera de la investigación científica debido a su escasez, alta radiactividad y alta toxicidad.
El protactinio-231 surge de la desintegración del uranio-235 natural, y en los reactores nucleares por la reacción Th + n → Th + 2n y la subsiguiente desintegración beta. Alguna vez se pensó que podía soportar una reacción nuclear en cadena, que en principio podría usarse para construir armas nucleares: el físico Walter Seifritz [ de ] estimó una vez la masa crítica asociada como750 ± 180 kg. Sin embargo, desde entonces se ha descartado la posibilidad de criticidad de Pa.
Con el advenimiento de los espectrómetros de masas altamente sensibles, se ha hecho posible una aplicación de Pa como trazador en geología y paleoceanografía. Por lo tanto, la proporción de protactinio-231 a torio-230 se utiliza para la datación radiométrica de sedimentos que tienen hasta 175 000 años de antigüedad y en el modelado de la formación de minerales. En particular, su evaluación en sedimentos oceánicos permitió reconstruir los movimientos de las masas de agua del Atlántico Norte durante el último deshielo de los glaciares de la Edad del Hielo.Algunas de las variaciones de datación relacionadas con el protactinio se basan en el análisis de las concentraciones relativas de varios miembros de larga vida de la cadena de desintegración del uranio: uranio, protactinio y torio, por ejemplo. Estos elementos tienen 6, 5 y 4 electrones de valencia y por tanto favorecen los estados de oxidación +6, +5 y +4, respectivamente, y muestran diferentes propiedades físicas y químicas. Entonces, el torio y el protactinio, pero no los compuestos de uranio, son poco solubles en soluciones acuosas y precipitan en sedimentos; la tasa de precipitación es más rápida para el torio que para el protactinio. Además, el análisis de concentración tanto para protactinio-231 (vida media 32.760 años) como para torio-230 (vida media 75.380 años) permite mejorar la precisión en comparación con cuando se mide solo un isótopo;
Precauciones
El protactinio es tóxico y altamente radiactivo y, por lo tanto, todas las manipulaciones con él se realizan en una guantera sellada. Su principal isótopo, Pa, tiene una actividad específica de 0,048 curies (1,8 GBq) por gramo y emite principalmente partículas alfa con una energía de 5 MeV, que pueden detenerse con una capa delgada de cualquier material. Sin embargo, se desintegra lentamente, con una vida media de 32 760 años, en Ac, que tiene una actividad específica de 74 curies (2700 GBq) por gramo, emite radiación alfa y beta y tiene una vida media mucho más corta de 22 años. Ac, a su vez, se descompone en isótopos más ligeros con vidas medias aún más cortas y actividades específicas (SA) mucho mayores, como se resume en la siguiente tabla que muestra la cadena de desintegración del protactinio-231.
| Isótopo | Pensilvania | C.A | el | Real academia de bellas artes | Rn | Correos | Pb | Bi | Tl |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AS (Ci/g) | 0.048 | 73 | 3,1 × 10 | 5,2 × 10 | 1,3 × 10 | 3 × 10 | 2,5 × 10 | 4,2 × 10 | 1,9 × 10 |
| Decadencia | α | α, β | α | α | α | α | β | α, β | β |
| Media vida | 33 ka | 22 un | 19 dias | 11 días | 4 segundos | 1,8 ms | 36 minutos | 2,1 minutos | 4,8 minutos |
Como el protactinio está presente en pequeñas cantidades en la mayoría de los productos y materiales naturales, se ingiere con los alimentos o el agua y se inhala con el aire. Solo alrededor del 0,05% del protactinio ingerido se absorbe en la sangre y el resto se excreta. De la sangre, alrededor del 40 % del protactinio se deposita en los huesos, alrededor del 15 % va al hígado, el 2 % a los riñones y el resto sale del cuerpo. La vida media biológica del protactinio es de unos 50 años en los huesos, mientras que en otros órganos la cinética tiene un componente rápido y lento. Por ejemplo, el 70% del protactinio en el hígado tiene una vida media biológica de 10 días, y el 30% restante de 60 días. Los valores correspondientes para riñones son 20% (10 días) y 80% (60 días). En todos estos órganos, el protactinio promueve el cáncer a través de su radiactividad.La dosis máxima segura de Pa en el cuerpo humano es de 0,03 μCi (1,1 kBq), que corresponde a 0,5 microgramos de Pa. La concentración máxima permitida de Pa en el aire en Alemania es3 × 10 Bq/m.
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