بروتكتينيوم

بروتكتينيوم،  ₉₁ باسكال

صورة مجهرية لعينة من البروتكتينيوم 233
بروتكتينيوم
نطق	/ ˌproʊtækˈtɪniəm / ​( PROH -tak- TIN -ee - əm )​​​​​​​​​​​
مظهر	لمعان معدني فضي لامع
الوزن الذري القياسي A r °(Pa)
	231.035 88 ± 0.000 01 [1] 231.04 ± 0.01  ( مختصر ) [2]
البروتكتينيوم في الجدول الدوري
هيدروجين الهيليوم الليثيوم البريليوم البورون الكربون نتروجين الأكسجين الفلور نيون الصوديوم المغنيسيوم الألومنيوم السيليكون الفوسفور الكبريت الكلور الأرجون البوتاسيوم الكالسيوم سكانديوم التيتانيوم الفاناديوم الكروم المنغنيز حديد الكوبالت النيكل نحاس الزنك الجاليوم الجرمانيوم الزرنيخ السيلينيوم البروم كريبتون الروبيديوم السترونشيوم الإيتريوم الزركونيوم النيوبيوم الموليبدينوم تكنيشيوم الروثينيوم الروديوم البلاديوم فضي الكادميوم إنديوم القصدير الأنتيمون التيلوريوم اليود زينون السيزيوم الباريوم اللانثانوم السيريوم براسيوديميوم نيوديميوم بروميثيوم الساماريوم اليوروبيوم الغادولينيوم التربيوم الديسبروسيوم هولميوم الإربيوم الثوليوم الإيتربيوم اللوتيتيوم الهافنيوم التنتالوم التنغستن رينيوم الأوزميوم الإيريديوم البلاتين ذهب الزئبق (عنصر) الثاليوم يقود البزموت البولونيوم استاتين رادون الفرانسيوم الراديوم الأكتينيوم الثوريوم بروتكتينيوم اليورانيوم النبتونيوم البلوتونيوم الأمريسيوم كوريوم بِركيليوم كاليفورنيوم أينشتاينيوم فيرميوم مندليفيوم نوبليوم اللورنسيوم رذرفورديوم الدبنيوم سيبورجيوم بوريوم هاسيوم مايتنيريوم دارمشتاديوم رونتجينيوم كوبرنيسيوم النيهونيوم فليروفيوم موسكوفيوم ليفرموريوم تينيسي أوجانيسون بر ↑ با ↓ — الثوريوم ← البروتكتينيوم → اليورانيوم
العدد الذري ( Z )	91
مجموعة	مجموعات كتلة f (بدون رقم)
فترة	الفترة 7
حاجز	كتلة f
التوزيع الالكتروني	[ ر ن ] 5ف 2 6د 1 7ث 2
عدد الالكترونات في كل غلاف	2، 8، 18، 32، 20، 9، 2
الخصائص الفيزيائية
المرحلة في  STP	صلب
نقطة الانصهار	1841  كلفن (1568 درجة مئوية، 2854 درجة فهرنهايت)
نقطة الغليان	4300 كلفن (4027 درجة مئوية، 7280 درجة فهرنهايت) (?)
الكثافة (عند 20 درجة مئوية)	15.43 جرام/سم 3  [3]
حرارة الانصهار	12.34  كيلوجول/مول
حرارة التبخير	481 كيلوجول/مول
الخصائص الذرية
حالات الأكسدة	مشترك: +5، +2، ؟ +3، [4] +4، [4]
السالبية الكهربية	مقياس بولينج: 1.5
طاقات التأين	1: 568 كيلوجول/مول
نصف القطر الذري	تجريبي: 163  م
نصف القطر التساهمي	200 م
الخطوط الطيفية للبروتوكتينيوم
خصائص أخرى
حدوث طبيعي	من الاضمحلال
البنية البلورية	رباعي الزوايا متمركز حول الجسم [5] ( tI2 )
ثابت الشبكة	أ  = 392.1 بيكومتر ج  = 323.5 بيكومتر (عند 20 درجة مئوية) [3]
التمدد الحراري	11.8 × 10 −6 /ك (عند 20 درجة مئوية) [3]
الموصلية الحرارية	47 واط/(م⋅ك)
المقاومة الكهربائية	177 نانو أوم⋅متر (عند 0 درجة مئوية)
الطلب المغناطيسي	مغناطيسية [6]
رقم CAS	7440-13-3
تاريخ
تنبؤ	ديمتري مندلييف (1869)
الاكتشاف والعزلة الأولى	كاسيمير فاجانس وأوزوالد هيلموث جورينج (1913)
تم تسميته بواسطة	أوتو هان وليز مايتنر (1917-198)
نظائر البروتكتينيوم ف هـ
النظائر الرئيسية [7] فساد وفرة نصف العمر ( t 1/2 ) وضع منتج 229 با مُصنِّع 1.5 د ي 229 ث 230 باسكال مُصنِّع 17.4 د بيتا + 230 ث β − 230 وحدة ألفا 226 فدان 231 با 100% 3.265 × 10 4  ي ألفا 227 فدان 232 باسكال مُصنِّع 1.32 د β − 232 يو 233 باسكال يتعقب 26.975 د β − 233 يو 234 باسكال يتعقب 6.70 ساعة β − 234 يو 234م باسكال يتعقب 1.159 دقيقة β − 234 يو
الفئة: بروتكتينيوم منظر يتحدث يحرر | المراجع

البروتكتينيوم هو عنصر كيميائي له الرمز Pa والعدد الذري 91. وهو معدن أكتينيدي كثيف مشع رمادي فضي يتفاعل بسهولة مع الأكسجين وبخار الماء والأحماض غير العضوية . يشكل مركبات كيميائية مختلفة ، حيث يوجد البروتكتينيوم عادةً في حالة الأكسدة +5، ولكن يمكن أن يتخذ أيضًا حالة الأكسدة +4 وحتى +3 أو +2. عادة ما تكون تركيزات البروتكتينيوم في قشرة الأرض بضعة أجزاء لكل تريليون، ولكنها قد تصل إلى بضعة أجزاء لكل مليون في بعض رواسب خام اليورانينيت . بسبب ندرته وإشعاعه العالي وسميته العالية، لا توجد حاليًا أي استخدامات للبروتكتينيوم خارج البحث العلمي، ولهذا الغرض، يتم استخراج البروتكتينيوم في الغالب من الوقود النووي المستنفد .

تم التعرف على العنصر لأول مرة في عام 1913 من قبل كازيميرز فاجانز وأوزوالد هيلموت جورينج وتم تسميته "بريفيوم" بسبب عمر النصف القصير للنظير المحدد المدروس، بروتكتينيوم-234 م . تم اكتشاف نظير أكثر استقرارًا من البروتكتينيوم، ^{231 باسكال، في عامي 1917/1918 من قبل} ليز مايتنر بالتعاون مع أوتو هان ، وأطلقوا على العنصر اسم بروتكتينيوم. ^[8] في عام 1949، اختار الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية اسم "بروتكتينيوم" وأكد أن هان ومايتنر هما مكتشفاه. يعني الاسم الجديد " سلائف (نووي) للأكتينيوم "، [ ^9] مما يشير إلى أن الأكتينيوم هو نتاج التحلل الإشعاعي للبروتكتينيوم. يُنسب أيضًا إلى جون أرنولد كرانستون (الذي يعمل مع فريدريك سودي وأدا هيتشينز ) اكتشاف النظير الأكثر استقرارًا في عام 1915، لكنه أرجأ إعلانه بسبب استدعائه للخدمة في الحرب العالمية الأولى . ^[10]

أطول نظير طبيعي للبروتكتينيوم عمرًا وأكثرها وفرة (حوالي 100%)، البروتكتينيوم-231، له عمر نصف يبلغ 32760 عامًا وهو ناتج تحلل اليورانيوم-235 . توجد كميات ضئيلة للغاية من البروتكتينيوم-234 قصير العمر ومتماثله النووي البروتكتينيوم-234م في سلسلة تحلل اليورانيوم-238 . يحدث البروتكتينيوم-233 نتيجة لتحلل الثوريوم -233 كجزء من سلسلة الأحداث اللازمة لإنتاج اليورانيوم-233 عن طريق التشعيع النيوتروني للثوريوم-232. إنه منتج وسيط غير مرغوب فيه في المفاعلات النووية القائمة على الثوريوم ، وبالتالي يتم إزالته من المنطقة النشطة للمفاعل أثناء عملية التكاثر. يستخدم علم المحيطات العنصر لفهم جغرافية المحيط القديم. يتم استخدام تحليل التركيزات النسبية لمختلف نظائر اليورانيوم والثوريوم والبروتكتينيوم في الماء والمعادن في التأريخ الإشعاعي للرواسب التي يصل عمرها إلى 175000 عام، وفي نمذجة العمليات الجيولوجية المختلفة. ^[11]

في عام 1871، تنبأ دميتري مندلييف بوجود عنصر بين الثوريوم واليورانيوم . ^[12] كانت سلسلة الأكتينيدات غير معروفة في ذلك الوقت، لذلك وضع مندلييف اليورانيوم أسفل التنغستن في المجموعة السادسة ، والثوريوم أسفل الزركونيوم في المجموعة الرابعة، تاركًا المساحة أسفل التنتالوم في المجموعة الخامسة فارغة. حتى القبول العام لمفهوم الأكتينيدات في أواخر الأربعينيات، نُشرت الجداول الدورية بهذا الهيكل. ^[13] لفترة طويلة، بحث الكيميائيون عن إيكا-تانتالوم ^{[ملاحظة 1]} كعنصر له خصائص كيميائية مماثلة للتنتالوم، مما جعل اكتشاف البروتكتينيوم مستحيلًا تقريبًا. تم لاحقًا العثور على نظير التنتالوم الأثقل وهو عنصر ما بعد اليورانيوم دوبنيوم - على الرغم من أن الدوبنيوم أكثر تشابهًا كيميائيًا مع البروتكتينيوم، وليس التنتالوم. ^[14]

في عام 1900، عزل ويليام كروكس البروتكتينيوم كمادة مشعة بشدة من اليورانيوم؛ ومع ذلك، لم يتمكن من وصفه كعنصر كيميائي جديد وبالتالي أطلق عليه اسم اليورانيوم X (UX). ^{[12] [15] [16]} أذاب كروكس نترات اليورانيوم في الأثير ، واحتوت المرحلة المائية المتبقية على معظم²³⁴
₉₀ذ
و²³⁴
₉₁با
وقد تم استخدام طريقته في الخمسينيات من القرن العشرين لعزل²³⁴
₉₀ذ
و²³⁴
₉₁با
من مركبات اليورانيوم. ^[17] تم التعرف على البروتكتينيوم لأول مرة في عام 1913، عندما واجه كازيمير فاجانز وأوزوالد هيلموت جورينج النظير ^{234 م} باسكال أثناء دراستهما لسلاسل اضمحلال اليورانيوم 238 :²³⁸
₉₂و
→²³⁴
₉₀ذ
→^234م
₉₁با
→²³⁴
₉₂و
أطلقوا على العنصر الجديد اسم " بريفيوم " (من الكلمة اللاتينية " بريفيس " والتي تعني مختصر أو قصير) بسبب عمر النصف القصير الذي يبلغ 1.16 دقيقة.^234م
₉₁با
(اليورانيوم X2). ^{[18] [19] [20] [21] [22] [23]} في عامي 1917-1918، اكتشفت مجموعتان من العلماء، ليز مايتنر بالتعاون مع أوتو هان من ألمانيا وفريدريك سودي وجون كرانستون من بريطانيا العظمى ، بشكل مستقل نظيرًا آخر، ²³¹ باسكال، له نصف عمر أطول بكثير يبلغ 32760 عامًا. ^{[8] [22] [24]} غيرت مايتنر اسم "بريفيوم" إلى بروتكتينيوم لأن العنصر الجديد كان جزءًا من سلسلة اضمحلال اليورانيوم 235 باعتباره الأصل للأكتينيوم (من اليونانية : πρῶτος prôtos ، بمعنى "أولاً، قبل"). ^[25] أكد الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية هذا التسمية في عام 1949. ^{[26] [27]} أدى اكتشاف البروتكتينيوم إلى استكمال إحدى الفجوات الأخيرة في الإصدارات المبكرة من الجدول الدوري، وجلب الشهرة للعلماء المشاركين. ^[28]

أنتج أريستيد فون جروس 2 مليجرام من Pa ₂ O ₅ في عام 1927، ^[29] وفي عام 1934 عزل لأول مرة البروتكتينيوم العنصري من 0.1 مليجرام من Pa ₂ O _5. ^[30] لقد استخدم طريقتين مختلفتين: في الأولى، تعرض أكسيد البروتكتينيوم للإشعاع بواسطة إلكترونات 35 كيلو فولت في الفراغ. في الطريقة الأخرى، والتي تسمى عملية فان أركل دي بور ، تم تحويل الأكسيد كيميائيًا إلى هاليد ( كلوريد أو بروميد أو يوديد ) ثم اختزل في الفراغ باستخدام خيوط معدنية ساخنة كهربائيًا: ^{[26] [31]}

2 باسكال ₅ → 2 باسكال + 5 1 ₂

في عام 1961، أنتجت هيئة الطاقة الذرية في المملكة المتحدة (UKAEA) 127 جرامًا من البروتكتينيوم-231 النقي بنسبة 99.9% من خلال معالجة 60 طنًا من المواد المهدرة في عملية مكونة من 12 مرحلة، بتكلفة بلغت حوالي 500000 دولار أمريكي. ^{[26] [32]} لسنوات عديدة، كان هذا هو المصدر الوحيد المهم للبروتكتينيوم في العالم، والذي تم توفيره لمختبرات مختلفة للدراسات العلمية. ^[12] قدم مختبر أوك ريدج الوطني في الولايات المتحدة البروتكتينيوم بتكلفة بلغت حوالي 280 دولارًا أمريكيًا للجرام. ^[33]

تم اكتشاف تسعة وعشرين نظيرًا مشعًا للبروتكتينيوم. وأكثرها استقرارًا هو ²³¹ باسكال بنصف عمر 32760 عامًا، ^{[34] و 233} باسكال بنصف عمر 27 يومًا، و ²³⁰ باسكال بنصف عمر 17.4 يومًا. جميع النظائر الأخرى لها نصف عمر أقصر من 1.6 يوم، وأغلبها لها نصف عمر أقل من 1.8 ثانية. يحتوي البروتكتينيوم أيضًا على متزامرين نوويين ، ^{217 م} باسكال (نصف عمر 1.2 مللي ثانية) و ^{234 م} باسكال (نصف عمر 1.16 دقيقة). ^[35]

الوضع الأساسي للاضمحلال للنظير الأكثر استقرارًا ²³¹ باسكال والأخف وزنًا ( ²¹¹ باسكال إلى ²³¹ باسكال) هو اضمحلال ألفا ، مما ينتج نظائر الأكتينيوم . الوضع الأساسي للنظائر الأثقل ( ²³² باسكال إلى ²³⁹ باسكال) هو اضمحلال بيتا ، مما ينتج نظائر اليورانيوم . ^[35]

أطول نظير عمرًا وأكثرها وفرة، ²³¹ باسكال، يمكنه الانشطار من نيوترونات سريعة تتجاوز ~1 ميجا إلكترون فولت. ^{[36] 233} باسكال، النظير الآخر للبروتكتينيوم المنتج في المفاعلات النووية، له أيضًا عتبة انشطار تبلغ 1 ميجا إلكترون فولت. ^[37]

البروتكتينيوم هو أحد أندر العناصر الطبيعية وأكثرها تكلفة. يوجد في شكل نظيرين - ²³¹ باسكال و ²³⁴ باسكال، حيث يوجد النظير ²³⁴ باسكال في حالتين مختلفتين من الطاقة. كل البروتكتينيوم الطبيعي تقريبًا هو بروتكتينيوم-231. وهو ينبعث منه ألفا ويتكون من تحلل اليورانيوم-235، في حين ينتج البروتكتينيوم-234 المشع بيتا نتيجة لتحلل اليورانيوم-238 . يتحلل كل اليورانيوم-238 تقريبًا (99.8٪) أولاً إلى أيزومر أقصر عمرًا ^{234 م} باسكال . ^[38]

يوجد البروتكتينيوم في اليورانينيت (البيتشبليند) بتركيزات تبلغ حوالي 0.3-3 أجزاء ²³¹ باسكال لكل مليون جزء (جزء في المليون) من الخام. ^[12] في حين أن المحتوى المعتاد أقرب إلى 0.3 جزء في المليون ^[39] (على سبيل المثال في ياخيموف ، جمهورية التشيك ^[40] )، فإن بعض الخامات من جمهورية الكونغو الديمقراطية تحتوي على حوالي 3 جزء في المليون. ^[26] ينتشر البروتكتينيوم بشكل متجانس في معظم المواد الطبيعية وفي الماء، ولكن بتركيزات أقل بكثير في حدود جزء واحد لكل تريليون، وهو ما يتوافق مع النشاط الإشعاعي 0.1 بيكوكوري (pCi) / جم. يوجد حوالي 500 مرة أكثر من البروتكتينيوم في جزيئات التربة الرملية مقارنة بالمياه، حتى عند مقارنتها بالمياه الموجودة في نفس عينة التربة. يتم قياس نسب أعلى بكثير من 2000 وما فوق في التربة الطميية والطينية، مثل البنتونيت . ^{[38] [41]}

يتم إنتاج نظيرين رئيسيين للبروتوكتينيوم، ²³¹ باسكال و ²³³ باسكال، من الثوريوم في المفاعلات النووية ؛ وكلاهما غير مرغوب فيه وعادة ما يتم إزالته، مما يضيف تعقيدًا إلى تصميم المفاعل وتشغيله. على وجه الخصوص، ينتج ²³² ثوريوم، عبر تفاعلات ( n ، 2n ) ، ²³¹ ثوريوم، والذي يتحلل بسرعة إلى ²³¹ باسكال (نصف عمر 25.5 ساعة). النظير الأخير، على الرغم من أنه ليس نفايات ما بعد اليورانيوم، له نصف عمر طويل يبلغ 32760 عامًا، وهو مساهم رئيسي في السمية الإشعاعية طويلة المدى للوقود النووي المستنفد. ^[42]

يتكون البروتكتينيوم-233 عند التقاط النيوترون بواسطة ²³² Th. إما أن يتحلل إلى يورانيوم-233، أو يلتقط نيوترونًا آخر ويتحول إلى يورانيوم-234 غير قابل للانشطار. ^{[43] يتمتع 233} Pa بنصف عمر طويل نسبيًا يبلغ 27 يومًا ومقطع عرضي مرتفع لالتقاط النيوترون (ما يسمى " سم النيوترون "). وبالتالي، بدلاً من التحلل السريع إلى ²³³ U المفيد ، يتحول جزء كبير من ²³³ Pa إلى نظائر غير قابلة للانشطار ويستهلك النيوترونات، مما يؤدي إلى تدهور كفاءة المفاعل . للحد من فقدان النيوترونات، يتم استخراج ²³³ Pa من المنطقة النشطة لمفاعلات الملح المنصهر للثوريوم أثناء تشغيلها، بحيث لا يمكن أن يتحلل إلا إلى ²³³ U. يتم استخراج ^{233 Pa باستخدام أعمدة من} البزموت المنصهر مع الليثيوم المذاب فيه. باختصار، يقوم الليثيوم بشكل انتقائي باختزال أملاح البروتكتينيوم إلى معدن البروتكتينيوم، والذي يتم استخراجه بعد ذلك من دورة الملح المنصهر، في حين أن البزموت المنصهر هو مجرد ناقل، يتم اختياره بسبب نقطة انصهاره المنخفضة التي تبلغ 271 درجة مئوية، وضغط البخار المنخفض، والذوبان الجيد لليثيوم والأكتينيدات، وعدم قابليته للامتزاج مع الهاليدات المنصهرة . ^[42]

قبل ظهور المفاعلات النووية، كان يتم فصل البروتكتينيوم من خامات اليورانيوم لإجراء التجارب العلمية. ومنذ أن أصبحت المفاعلات النووية أكثر شيوعًا، يتم إنتاجه في الغالب كمنتج وسيط للانشطار النووي في مفاعلات دورة وقود الثوريوم كوسيط في إنتاج اليورانيوم الانشطاري 233:

${\displaystyle {\ce {^{232}_{90}ث + ^{1}_{0}n -> ^{233}_{90}ث ->[\beta^-][22.3\ {\ م {دقيقة}}] ^{233}_{91}Pa ->[\beta^-][26.967\ {\ce {d}}] ^{233}_{92}U.}}}$

يمكن تحضير النظير ^231Pa عن طريق تشعيع الثوريوم-230 بالنيوترونات البطيئة ، وتحويله إلى الثوريوم-231 المتحلل بيتا؛ أو عن طريق تشعيع الثوريوم-232 بالنيوترونات السريعة، لتوليد الثوريوم-231 و2 نيوترون.

يمكن تحضير معدن البروتكتينيوم عن طريق اختزال الفلورايد الخاص به بالكالسيوم ، [ ^{44] أو} الليثيوم ، أو الباريوم عند درجة حرارة تتراوح بين 1300 و1400 درجة مئوية. ^{[45] [46]}

البروتكتينيوم هو أكتينيد يقع في الجدول الدوري على يسار اليورانيوم وعلى يمين الثوريوم ، والعديد من خصائصه الفيزيائية متوسطة بين الأكتينيدات المجاورة له. البروتكتينيوم أكثر كثافة وأكثر صلابة من الثوريوم، لكنه أخف من اليورانيوم؛ نقطة انصهاره أقل من الثوريوم، لكنها أعلى من نقطة انصهار اليورانيوم. التمدد الحراري، والتوصيل الكهربائي، والحراري لهذه العناصر الثلاثة قابلة للمقارنة وهي نموذجية للمعادن بعد الانتقالية . معامل القص المقدر للبروتكتينيوم مماثل لمعامل القص للتيتانيوم . ^[47] البروتكتينيوم هو معدن ذو بريق رمادي فضي يتم الحفاظ عليه لبعض الوقت في الهواء. ^{[26] [32]} يتفاعل البروتكتينيوم بسهولة مع الأكسجين وبخار الماء والأحماض، ولكن ليس مع القلويات. ^[12]

عند درجة حرارة الغرفة، يتبلور البروتكتينيوم في البنية الرباعية المركزية للجسم ، والتي يمكن اعتبارها شبكة مكعبة مركزية للجسم مشوهة؛ لا يتغير هذا الهيكل عند الضغط حتى 53 جيجاباسكال. يتغير الهيكل إلى مكعب مركز الوجه ( fcc ) عند التبريد من درجة حرارة عالية، عند حوالي 1200 درجة مئوية. ^{[44] [48]} معامل التمدد الحراري للطور الرباعي بين درجة حرارة الغرفة و700 درجة مئوية هو 9.9 × 10^-6 / درجة مئوية. ^[44]

البروتكتينيوم هو مادة بارامغناطيسية ولا توجد انتقالات مغناطيسية معروفة له عند أي درجة حرارة. ^[49] يصبح موصلًا فائقًا عند درجات حرارة أقل من 1.4 كلفن. ^{[12] [45]} رباعي كلوريد البروتكتينيوم هو مادة بارامغناطيسية عند درجة حرارة الغرفة، لكنه يصبح مغناطيسيًا حديديًا عند تبريده إلى 182 كلفن. ^[50]

يوجد البروتكتينيوم في حالتي أكسدة رئيسيتين : +4 و+5، في كل من المواد الصلبة والمحاليل؛ والحالتين +3 و+2، اللتين لوحظتا في بعض المواد الصلبة. ونظرًا لأن التكوين الإلكتروني للذرة المحايدة هو [Rn]5f ² 6d ¹ 7s ² ، فإن حالة الأكسدة +5 تتوافق مع التكوين منخفض الطاقة (وبالتالي المفضل) 5f ^0. تشكل كلتا الحالتين +4 و+5 هيدروكسيدات بسهولة في الماء، حيث تكون الأيونات السائدة هي Pa(OH) ³⁺ و Pa(OH)2+2، با(أوهايو)+3، وPa(OH) ₄ ، وكلها عديمة اللون. ^[51] تشمل أيونات البروتكتينيوم الأخرى المعروفة PaCl2+2، باسكال2+4، PaF ³⁺ ، PaF2+2, باف-6, باف2-7، و PaF3-8. ^{[52] [53]}

صيغة	لون	التماثل	مجموعة الفضاء	لا	رمز بيرسون	أ (م)	ب (م)	ج (م)	ز	الكثافة (جم/سم 3 )
با	رمادي فضي	رباعي الزوايا [5]	14/ممم	139	تي2	392.5	392.5	323.8	2	15.37
باو		ملح صخري [46]	فم 3 م	225	سي اف 8	496.1			4	13.44
باو 2	أسود	لجنة الاتصالات الفيدرالية [46]	فم 3 م	225	سي اف 12	550.5			4	10.47
باسكال 2 أو 5	أبيض		فم 3 م [46]	225	سي اف 16	547.6	547.6	547.6	4	10.96
باسكال 2 أو 5	أبيض	معيني الشكل [46]				692	402	418
حمض الهيدروكلوريك 3	أسود	مكعب [46]	مساءا 3 ن	223	سي بي 32	664.8	664.8	664.8	8	10.58
باف 4	بني-احمر	أحادي الميل [46]	ج2/ج	15	إم إس 60				2
كلوريد الصوديوم 4	أخضر-أصفر	رباعي الزوايا [54]	I4 1 /م	141	تي20	837.7	837.7	748.1	4	4.72
بابر 4	بني	رباعي الزوايا [55] [56]	I4 1 /م	141	تي20	882.4	882.4	795.7
كلوريد الصوديوم 5	أصفر	أحادي الميل [57]	ج2/ج	15	م س 24	797	1135	836	4	3.74
بابر 5	أحمر	أحادي الميل [56] [58]	ص2 1 /ج	14	ام بي 24	838.5	1120.5	1214.6	4	4.98
باوبر 3		أحادي الميل [56]	سي 2			1691.1	387.1	933.4
با( PO3 ) 4		معيني الشكل [59]				696.9	895.9	1500.9
باسكال 2 ف 2 ا 7		مكعب [59]	با3			865	865	865
باسكال ( C8H8 ) 2​	أصفر ذهبي	أحادي الميل [60]				709	875	1062

هنا، a و b و c هي ثوابت الشبكة بوحدات البيكومتر، No هو رقم المجموعة الفراغية، و Z هو عدد وحدات الصيغة لكل خلية وحدة ؛ fcc تعني التناظر المكعب ذي مركز الوجه . لم يتم قياس الكثافة بشكل مباشر ولكن تم حسابها من معلمات الشبكة.

تُعرف أكاسيد البروتكتينيوم بحالات أكسدة المعادن +2 و+4 و+5. وأكثرها استقرارًا هو خماسي الأكسيد الأبيض Pa ₂ O ₅ ، والذي يمكن إنتاجه عن طريق إشعال هيدروكسيد البروتكتينيوم (V) في الهواء عند درجة حرارة 500 درجة مئوية. ^[61] هيكله البلوري مكعب، والتركيب الكيميائي غالبًا ما يكون غير متكافئ، ويوصف بأنه PaO _2.25 . كما تم الإبلاغ عن مرحلة أخرى من هذا الأكسيد ذات تناسق معيني الشكل. ^{[46] [62]} يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون الأسود PaO ₂ من خماسي الأكسيد عن طريق اختزاله عند 1550 درجة مئوية بالهيدروجين. لا يذوب بسهولة في حمض النيتريك أو الهيدروكلوريك أو الكبريتيك المخفف أو المركز ، ولكنه يذوب بسهولة في حمض الهيدروفلوريك . ^[46] يمكن تحويل ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى إلى خماسي الأكسيد عن طريق التسخين في جو يحتوي على الأكسجين إلى 1100 درجة مئوية. ^[62] تم ملاحظة أول أكسيد PaO2 فقط كطبقة رقيقة على معدن البروتكتينيوم، ولكن ليس في شكل كتلة معزولة. ^[46]

يشكل البروتكتينيوم أكاسيد ثنائية مختلطة مع معادن مختلفة. مع الفلزات القلوية A ، يكون للبلورات الصيغة الكيميائية APaO3 _وبنية البيروفسكايت ؛ أو _A3 PaO4 وبنية ملح صخري مشوهة؛ أو A7 _PaO6 ، حيث تشكل ذرات الأكسجين شبكة سداسية متقاربة. في كل هذه المواد، تكون أيونات البروتكتينيوم منسقة ثماني السطوح. _[ ^{63] [64] يتحد} _{خماسي أكسيد Pa2O5} مع _أكاسيد المعادن الأرضية النادرة R2O3 _لتكوين أكاسيد مختلطة غير متكافئة مختلفة، أيضًا من بنية البيروفسكايت. [ ⁶⁵ _]

أكاسيد البروتكتينيوم قاعدية ؛ فهي تتحول بسهولة إلى هيدروكسيدات ويمكن أن تشكل أملاحًا مختلفة، مثل الكبريتات والفوسفات والنترات وما إلى ذلك. وعادة ما يكون النترات أبيض اللون ولكن يمكن أن يكون بني اللون بسبب التحلل الإشعاعي . يؤدي تسخين النترات في الهواء عند 400 درجة مئوية إلى تحويلها إلى خماسي أكسيد البروتكتينيوم الأبيض. [ ^66] يمكن إنتاج بولي تريوكسوفوسفات Pa(PO3 ₎ 4 _عن طريق تفاعل كبريتات _{ثنائي الفلوريد PaF2SO4} مع حمض الفوسفوريك ₍ H3PO4 ₎ في جو خامل. يؤدي تسخين المنتج إلى حوالي 900 درجة مئوية إلى التخلص من المنتجات الثانوية للتفاعل، والتي تشمل حمض الهيدروفلوريك وثلاثي أكسيد الكبريت وأنهيدريد الفوسفوريك. يؤدي تسخينه إلى درجات حرارة أعلى في جو خامل إلى تحلل Pa(PO3 ₎ 4 _إلى ثنائي الفوسفات PaP2O7 _، وهو مشابه لثنائيات الفوسفات للأكتينيدات الأخرى. في ثنائي الفوسفات، تشكل مجموعات PO3 _{أهرامات} ذات تناسق C2v _{. يؤدي} تسخين PaP2O7 _{في الهواء} إلى 1400 درجة مئوية إلى تحلله إلى خماسي أكاسيد الفوسفور والبروتكتينيوم. ^[59]

يشكل فلوريد البروتكتينيوم (V) بلورات بيضاء حيث يتم ترتيب أيونات البروتكتينيوم في هرم ثنائي الشكل خماسي الأضلاع ويتم تنسيقها بواسطة 7 أيونات أخرى. يكون التنسيق هو نفسه في كلوريد البروتكتينيوم (V)، ولكن اللون أصفر. يتغير التنسيق إلى ثماني السطوح في بروميد البروتكتينيوم (V) البني، ولكن غير معروف في يوديد البروتكتينيوم (V). يكون تنسيق البروتكتينيوم في جميع هاليداته 8، ولكن الترتيب يكون مربعًا ومضادًا للمنشور في فلوريد البروتكتينيوم (IV) واثنا عشري السطوح في الكلوريد والبروميد. تم الإبلاغ عن يوديد البروتكتينيوم (III) بني اللون، حيث يتم تنسيق أيونات البروتكتينيوم 8 في ترتيب منشوري ثلاثي السطوح ثنائي القبعة. ^[67]

يتمتع فلوريد البروتكتينيوم (V) وكلوريد البروتكتينيوم (V) ببنية بوليمرية ذات تماثل أحادي الميل. هناك، داخل سلسلة بوليمرية واحدة، تقع جميع ذرات الهاليد في مستوى واحد يشبه الجرافيت وتشكل خماسيات مستوية حول أيونات البروتكتينيوم. ينشأ تنسيق 7 للبروتكتينيوم من ذرات الهاليد الخمس ورابطتين لذرات البروتكتينيوم تنتميان إلى السلاسل القريبة. تتحلل هذه المركبات بسهولة في الماء. ^[68] يذوب خماسي الكلوريد عند 300 درجة مئوية ويتسامى عند درجات حرارة أقل.

يمكن تحضير فلوريد البروتكتينيوم (V) عن طريق تفاعل أكسيد البروتكتينيوم مع خماسي فلوريد البروم أو ثلاثي فلوريد البروم عند حوالي 600 درجة مئوية، ويتم الحصول على فلوريد البروتكتينيوم (IV) من الأكسيد ومزيج من الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين عند 600 درجة مئوية؛ يلزم وجود فائض كبير من الهيدروجين لإزالة تسرب الأكسجين الجوي إلى التفاعل. ^[46]

يتم تحضير كلوريد البروتكتينيوم (V) عن طريق تفاعل أكسيد البروتكتينيوم مع رباعي كلوريد الكربون عند درجات حرارة تتراوح بين 200 و300 درجة مئوية. ^[46] تتم إزالة المنتجات الثانوية (مثل PaOCl _{3 ) عن طريق التسامي الكسري.} ^[57] يؤدي اختزال كلوريد البروتكتينيوم (V) بالهيدروجين عند حوالي 800 درجة مئوية إلى إنتاج كلوريد البروتكتينيوم (IV) - وهو مادة صلبة صفراء-خضراء تتسامى في الفراغ عند 400 درجة مئوية. يمكن أيضًا الحصول عليه مباشرة من ثاني أكسيد البروتكتينيوم عن طريق معالجته برباعي كلوريد الكربون عند 400 درجة مئوية. ^[46]

يتم إنتاج بروميدات البروتكتينيوم من خلال تفاعل بروميد الألومنيوم أو بروميد الهيدروجين أو رباعي بروميد الكربون أو خليط من بروميد الهيدروجين وبروميد الثيونيل على أكسيد البروتكتينيوم. يمكن إنتاجها أيضًا عن طريق تفاعل خماسي كلوريد البروتكتينيوم مع بروميد الهيدروجين أو بروميد الثيونيل. ^[46] يحتوي بروميد البروتكتينيوم (V) على شكلين أحاديين متشابهين: أحدهما يتم الحصول عليه بالتسامي عند 400-410 درجة مئوية، والآخر بالتسامي عند درجة حرارة أقل قليلاً من 390-400 درجة مئوية. ^{[56] [58]}

يمكن إنتاج يوديدات البروتكتينيوم عن طريق تفاعل معدن البروتكتينيوم مع اليود العنصري عند درجة حرارة 600 درجة مئوية، وعن طريق تفاعل Pa ₂ O ₅ مع AlO ₃ عند درجة حرارة 600 درجة مئوية. ^[46] يمكن الحصول على يوديد البروتكتينيوم (III) عن طريق تسخين يوديد البروتكتينيوم (V) في الفراغ. ^[68] كما هو الحال مع الأكاسيد، يشكل البروتكتينيوم هاليدات مختلطة مع المعادن القلوية. والأكثر بروزًا بين هذه هو Na ₃ PaF ₈ ، حيث يحيط أيون البروتكتينيوم بشكل متماثل بـ 8 أيونات F ⁻ ، مما يشكل مكعبًا مثاليًا تقريبًا. ^[52]

تُعرف أيضًا فلوريدات البروتكتينيوم الأكثر تعقيدًا، مثل Pa2F9 _{[ 68} ^] والفلوريدات الثلاثية من الأنواع MPaF6 ₍ M = Li, Na, K, Rb, Cs أو NH4 _{)، وM2PaF7 (M = K, Rb, Cs أو NH4)، وM3PaF8 (} M ₌ Li _, Na _, Rb , Cs)، وكلها مواد صلبة بلورية بيضاء. يمكن تمثيل صيغة MPaF6 _كمزيج من MF وPaF5 _. يمكن الحصول على هذه المركبات عن طريق تبخير محلول حمض الهيدروفلوريك المحتوي _على كلا المركبين. بالنسبة للكاتيونات القلوية الصغيرة مثل Na، يكون الهيكل البلوري رباعي الزوايا، بينما يصبح معينيًا للكاتيونات الأكبر K ⁺ أو Rb ⁺ أو Cs ⁺ أو _NH4 ⁺ . لوحظ اختلاف مماثل لفلوريدات M2PaF7 _{: أي أن} تناسق البلورة كان يعتمد على _{الكاتيون} ويختلف بالنسبة لـ Cs2PaF7 _و M2PaF7 ( M = _K أو Rb أو NH4 ) _. [ ^53]

من المعروف أن هاليدات الأكسي وكبريتيدات الأكسي للبروتكتينيوم. يمتلك PaOBr ₃ بنية أحادية الميل تتكون من وحدات ذات سلسلة مزدوجة حيث يكون للبروتكتينيوم تنسيق 7 ومرتب في هرمين خماسي. ترتبط السلاسل ببعضها البعض من خلال ذرات الأكسجين والبروم، وكل ذرة أكسجين مرتبطة بثلاث ذرات بروتكتينيوم. ^[56] PaOS عبارة عن مادة صلبة صفراء فاتحة غير متطايرة ذات شبكة بلورية مكعبة مماثلة لبنية أكسيدات الأكتينيد الأخرى. يتم الحصول عليها عن طريق تفاعل كلوريد البروتكتينيوم (V) مع خليط من كبريتيد الهيدروجين وكبريتيد الكربون عند 900 درجة مئوية. ^[46]

في الهيدريدات والنتريدات، يتمتع البروتكتينيوم بحالة أكسدة منخفضة تبلغ حوالي +3. يتم الحصول على الهيدريد عن طريق التأثير المباشر للهيدروجين على المعدن عند 250 درجة مئوية، والنتريد هو نتاج الأمونيا ورباعي كلوريد البروتكتينيوم أو خماسي كلوريد. هذه المادة الصلبة الصفراء الزاهية مستقرة حرارياً حتى 800 درجة مئوية في الفراغ. يتكون كربيد البروتكتينيوم (PaC) عن طريق اختزال رباعي فلوريد البروتكتينيوم مع الباريوم في بوتقة كربونية عند درجة حرارة حوالي 1400 درجة مئوية. ^[46] يشكل البروتكتينيوم بوروهيدريدات ، والتي تشمل Pa(BH ₄ ) _4. له بنية بوليمرية غير عادية مع سلاسل حلزونية، حيث يكون لذرة البروتكتينيوم رقم تنسيق 12 ومحاطة بستة أيونات BH ₄ ⁻ . ^[69]

يشكل البروتكتينيوم (IV) مركبًا رباعي السطوح tetrakis (cyclopentadienyl)protactinium (IV) (أو Pa(C ₅ H ₅ ) ₄ ) مع أربع حلقات سيكلوبنتادينيل ، والتي يمكن تصنيعها عن طريق تفاعل كلوريد البروتكتينيوم (IV) مع Be(C ₅ H ₅ ) ₂ المنصهر . يمكن استبدال إحدى الحلقات بذرة هاليد. ^[70] مركب عضوي معدني آخر هو بروتكتينيوم ثنائي (π-سيكلوكتاتتراين) ذو اللون الأصفر الذهبي، أو بروتكتينوسين (Pa(C ₈ H ₈ ) ₂ )، والذي يشبه في بنيته اليورانوسين . هناك، تكون ذرة المعدن محصورة بين ربيطين سيكلوكتاتتراين . على غرار اليورانوسين، يمكن تحضيره عن طريق تفاعل رباعي كلوريد البروتكتينيوم مع ثنائي بوتاسيوم سيكلوكتيتراينيد ₍ K2C8H8 ₎ في رباعي _{هيدروفوران} . [ 60 ^]

على الرغم من أن البروتكتينيوم يقع في الجدول الدوري بين اليورانيوم والثوريوم، وكلاهما لهما تطبيقات عديدة، إلا أنه لا توجد حاليًا أي استخدامات للبروتكتينيوم خارج البحث العلمي بسبب ندرته، وارتفاع نشاطه الإشعاعي، وسميته العالية. ^[38]

ينشأ البروتكتينيوم 231 بشكل طبيعي من تحلل اليورانيوم الطبيعي 235، وبشكل مصطنع في المفاعلات النووية عن طريق التفاعل ²³² Th + n →  ²³¹ Th + 2n والتحلل بيتا اللاحق لـ ²³¹ Th. كان يُعتقد ذات يوم أنه قادر على دعم تفاعل نووي متسلسل، والذي يمكن استخدامه من حيث المبدأ لبناء أسلحة نووية ؛ وقد قدر الفيزيائي والتر سيفريتز  [de] ذات مرة الكتلة الحرجة المرتبطة بـ750 ± 180 كجم . ^[71] ومع ذلك، تم استبعاد إمكانية حدوث حرجية تبلغ ^{231 باسكال منذ ذلك الحين. [36] [72]}

مع ظهور أجهزة قياس الطيف الكتلي شديدة الحساسية، أصبح من الممكن استخدام ²³¹ باسكال كمتتبع في الجيولوجيا وعلم المحيطات القديمة . في هذا التطبيق، تُستخدم نسبة البروتكتينيوم-231 إلى الثوريوم-230 للتأريخ الإشعاعي للرواسب التي يصل عمرها إلى 175000 عام، وفي نمذجة تكوين المعادن. ^[39] وعلى وجه الخصوص، ساعد تقييمه في الرواسب المحيطية في إعادة بناء حركات المسطحات المائية في شمال الأطلسي أثناء الذوبان الأخير للأنهار الجليدية في العصر الجليدي . ^[73] تعتمد بعض الاختلافات في التأريخ المتعلقة بالبروتكتينيوم على تحليل التركيزات النسبية للعديد من الأعضاء طويلة العمر في سلسلة اضمحلال اليورانيوم - اليورانيوم والبروتكتينيوم والثوريوم، على سبيل المثال. تحتوي هذه العناصر على 6 و5 و4 إلكترونات تكافؤ، وبالتالي تفضل حالات الأكسدة +6 و+5 و+4 على التوالي، وتُظهر خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة. الثوريوم والبروتكتينيوم، ولكن ليس مركبات اليورانيوم، ضعيفي الذوبان في المحاليل المائية ويترسبان في الرواسب؛ يكون معدل الترسيب أسرع للثوريوم منه للبروتكتينيوم. يحسن تحليل التركيز لكل من البروتكتينيوم-231 (نصف العمر 32760 عامًا) والثوريوم-230 (نصف العمر 75380 عامًا) دقة القياس مقارنة عندما يتم قياس نظير واحد فقط؛ كما أن طريقة النظير المزدوج هذه حساسة بشكل ضعيف لعدم التجانس في التوزيع المكاني للنظائر والاختلافات في معدل ترسيبها. ^{[39] [74]}

البروتكتينيوم سام وعالي الإشعاع؛ وبالتالي، يتم التعامل معه حصريًا في صندوق قفازات محكم الغلق . يتمتع النظير الرئيسي له ²³¹ باسكال بنشاط نوعي يبلغ 0.048 كوري (1.8  جيجا بيكريل ) لكل جرام ويصدر في المقام الأول جسيمات ألفا بطاقة 5 ميجا إلكترون فولت، والتي يمكن إيقافها بطبقة رقيقة من أي مادة. ومع ذلك، فإنه يتحلل ببطء، بنصف عمر يبلغ 32760 عامًا، إلى ²²⁷ Ac، الذي يتمتع بنشاط نوعي يبلغ 74 كوري (2700 جيجا بيكريل) لكل جرام، وينبعث منه كل من إشعاعات ألفا وبيتا، وله نصف عمر أقصر بكثير يبلغ 22 عامًا. يتحلل ²²⁷ Ac بدوره إلى نظائر أخف وزناً ذات نصف عمر أقصر وأنشطة نوعية أكبر بكثير. ^[38]

النظير	231 با	227 فدان	227 ث	223 را	219 ر.ن	215 بو	211 رصاص	211 بي	207 تل
SA ( Ci /g)	0.048	73	3.1 × 104	5.2 × 104	1.3 × 1010	3 × 1013	2.5 × 107	4.2 × 108	1.9 × 108
فساد	ألفا	ألفا، بيتا	ألفا	ألفا	ألفا	ألفا	بيتا	ألفا، بيتا	بيتا
نصف العمر	33 كا	22 أ	19 يوما	11 يوما	4 ثانية	1.8 مللي ثانية	36 دقيقة	2.1 دقيقة	4.8 دقيقة

وبما أن البروتكتينيوم موجود بكميات صغيرة في أغلب المنتجات والمواد الطبيعية، فإنه يتم تناوله مع الطعام أو الماء واستنشاقه مع الهواء. ويتم امتصاص حوالي 0.05% فقط من البروتكتينيوم المتناول في الدم ويتم إفراز الباقي. ومن الدم، يترسب حوالي 40% من البروتكتينيوم في العظام، ويذهب حوالي 15% إلى الكبد، و2% إلى الكلى، ويترك الباقي الجسم. ويبلغ عمر النصف البيولوجي للبروتكتينيوم حوالي 50 عامًا في العظام، في حين أن عمره البيولوجي في الأعضاء الأخرى له مكون سريع وبطيء. على سبيل المثال، يبلغ عمر النصف البيولوجي لـ 70% من البروتكتينيوم في الكبد 10 أيام، والباقي 30% لمدة 60 يومًا. والقيم المقابلة للكلى هي 20% (10 أيام) و80% (60 يومًا). وفي كل عضو مصاب، يعزز البروتكتينيوم الإصابة بالسرطان من خلال نشاطه الإشعاعي. ^{[38] [66]} الجرعة الآمنة القصوى من Pa في جسم الإنسان هي 0.03 μCi (1.1 kBq)، والتي تقابل 0.5 ميكروجرام من ²³¹ Pa. ^[75] الحد الأقصى المسموح به لتركيزات ²³¹ Pa في الهواء في ألمانيا هو3 × 10 ⁻⁴  بيكريل/م ³ . ^[66]

• آدا هيتشينز ، التي ساعدت سودي في اكتشاف عنصر البروتكتينيوم

• جرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر (الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان . رقم ISBN 978-0080379418.

• البروتكتينيوم في الجدول الدوري للفيديوهات (جامعة نوتنغهام)