A protaktínium (vegyjel: Pa) egy különleges és titokzatos kémiai elem, amely az aktinoidák csoportjába tartozik a periódusos rendszerben. Rendkívüli ritkasága és magas radioaktivitása miatt kevéssé ismert a köztudatban, mégis fontos szerepet játszik a tudományos kutatásokban. Ebben a cikkben bemutatjuk a protaktínium felfedezésének történetét, fizikai és kémiai tulajdonságait, előfordulását a természetben, valamint potenciális alkalmazási lehetőségeit.
A protaktínium felfedezése
A protaktínium felfedezése 1913-ra nyúlik vissza, amikor Kasimir Fajans és Oswald Helmuth Göhring német radiokémikusok először azonosították az elemet. Eredetileg „brevium”-nak nevezték el, utalva annak rövid felezési idejére. Később, 1918-ban Otto Hahn és Lise Meitner újra felfedezték az elemet, és a „protaktínium” nevet adták neki, ami a görög „protos” (első) és „actinium” (aktínium) szavak összetételéből származik, jelezve az elem helyét az aktínium előtt a periódusos rendszerben.
Fizikai és kémiai tulajdonságok
A protaktínium a periódusos rendszer 91-es rendszámú eleme, vegyjele Pa. Ezüstfehér színű, fémes megjelenésű anyag, amely levegőn gyorsan oxidálódik. Sűrűsége körülbelül 15,4 g/cm³, olvadáspontja 1572°C, forráspontja pedig 4000°C körül van. Kémiailag reaktív elem, könnyen reagál oxigénnel, vízzel és savakkal. Vegyértékelektronjai alapján többféle oxidációs állapotot is felvehet, de legstabilabb a +5-ös oxidációs állapot.
Izotópok és radioaktivitás
A természetben előforduló protaktínium szinte kizárólag a Pa-231 izotópból áll, melynek felezési ideje körülbelül 32 760 év. Ez az izotóp az urán-235 radioaktív bomlási sorának tagja. Léteznek még rövidebb felezési idejű mesterséges izotópok is, mint például a Pa-233, amelynek felezési ideje mindössze 27 nap.
A protaktínium erősen radioaktív elem, alfa-, béta- és gamma-sugárzást is kibocsát. Emiatt kezelése különleges óvintézkedéseket igényel, és csak speciálisan felszerelt laboratóriumokban végezhető.
Előfordulás a természetben
A protaktínium rendkívül ritka elem a Földön, becsült gyakorisága mindössze 1 ppb (parts per billion – milliárdod rész) a földkéregben. Természetes állapotban szinte kizárólag az uránércekben fordul elő, ahol az urán bomlási sorának köztitermékeként keletkezik. A legfontosabb protaktínium-tartalmú ásványok a bröggerit és a kolbeckit.
Előállítás és felhasználás
A protaktínium kereskedelmi célú előállítása nem gazdaságos, mivel rendkívül kis mennyiségben fordul elő a természetben, és kinyerése az uránércből bonyolult és költséges folyamat. Laboratóriumi körülmények között neutronokkal besugárzott tóriumból vagy uránból állítható elő.
Felhasználása jelenleg főként a tudományos kutatásokra korlátozódik. Alkalmazható például radiokémiai vizsgálatokhoz, magfizikai kísérletekhez vagy radioaktív nyomjelzőként. Potenciális jövőbeli alkalmazások lehetnek speciális ötvözetek vagy kompakt nukleáris reaktorok kifejlesztésében, de ezek egyelőre még kísérleti stádiumban vannak.