البروتكتينيوم Protactinium – عنصر مشع بدون استخدامات

ما هو عنصر البروتكتينيوم Protactinium؟

– البروتكتينيوم Thorium هو عنصر من عناصر الجدول الدوري: العدد الذري = 91 ، العدد الكتلي = 231

– الرمز الكيميائي لعنصر البروتكتينيوم يرمز له بالرمز: ²³¹Pa₉₁

– التوزيع الإلكتروني له: Rn]₈₆ 7s² 5f² 6d¹]

– البروتكتينيوم فلز مشع ذو لون رمادي فضي لامع.

– ينتمي إلى مجموعة الأكتنيدات، لا يفقد بريقه في الهواء.

– له كثافة تفوق كثافة الرصاص.

– يوجد في الطبيعة بتراكيز منخفضة جداً.

– يعتبر كمنتج من منتجات اضمحلال اليورانيوم، وهناك ثلاثة نظائر طبيعية الوجود ويعد البروتكتينيوم  (Pa-231) أوفرها.

– الجدول التالي يوضح الخواص العامة لعنصر البروتكتينيوم كما يلي:

 

اكتشافه ووجوده في الطبيعة Discovery of Protactinium

– اكتشف البروتكتينيوم أول مرة في عام 1913م من قبل فاجنس وجوهرينغ” على شكل النظير بروتكتينيوم (Pa-231).

– اشتق اسمه من اليونانية (Protos) وتعني السابق أي (قبل الأكتينيوم) وذلك لأن ذرة اليورانيوم تتحلل لتشكل ذرة بروتكتينيوم، والتي تتحلل بعد ذلك بسرعة إلى ذرة الأكتينيوم لأن البروتكتينيوم هو طليعة الأوكتينيوم.

– يتوزع البروتكتينيوم بشكل واسع بكميات قليلة في القشرة الأرضية، وهو أحد أندر الموجودة طبيعياً وأغلاها تكلفة.

– يوجد بشكل طبيعي في التربة، الصخور المياه السطحية، المياه الجوفية، النباتات والحيوانات بتراكيز منخفضة جداً.

– كما يلتصق البروتكتينيوم بشكل تفضيلي بالتربة، وأما التركيز المرتبط بجزيئات التربة الرملية فإنه يفوق من الناحية النمطية 550 ضعف تركيزه في المياه الخلالية (بمعنى المياه الموجودة في المسافات المسامية بين جزيئات التربة) ويكون تركيزه أعلى في التربة الطينية والمختلطة رملية وطينية).

– تم العثور على كميات صغيرة من البروتكتينيوم في الرمال القديمة والطين.

– تحتوي قضبان الوقود النووي المستخدمة على البروتكتينيـوم.

– يحتوي خام Torbernite المشع الأخضر النابض بالحياة على كميات صغيرة من البروتكتينيوم.

تحضير البروتكتينيوم Preparation of Protactinium

– يستحصل البروتكتينيوم بالتحطيم الحراري الخامس كلوريد البروتكتينيـوم كما بالمعادلة الآتية:

 2PaCl₅ → 2Pa + 5Cl

الخواص الكيميائية لعنصر البروتكتينيوم Chemical properties of Protactinium

(1) أكسيد البروتكتينيوم P₂O₅

– يتأكسد البروتكتينيوم في الهواء، كما بالمعادلة التالية:

4Pa + 5O₂ → 2Pa₂O₅

– كما يتأكسد بالماء والأحماض، أما مع الأسس في الشروط العادية فلا يتفاعل.

(2) هيدروكسيد البروتكتينيوم

– إن هيدروكسيد البروتكتينيوم Pa(OH)₃ يشبه هيدروكسيدات اللانثانيدات ذات درجة الأكسدة (3+)، فهو قليل الانحلال في الماء، كما أنه يظهر صفات قاعدية واضحة، ويتفاعل بسهولة مع الأحماض.

– أما هيدروكسيد البروتكتينيـوم Pa(OH)₄ ، له درجة أكسدة (4+) تميزه عن Pa(OH)₃ ذو درجة الأكسدة (3+)، وهو يظهر لحد ما صفة أساسية ضعيفة، كما نتحصل على ₄(Pa(OH من تفاعلات التبادل.

(3) هاليدات البروتكتينيوم

– نذكر منها PaI₃ يوديد البروتكتينيـوم، PaBr₃ ثلاثي بروميد البروتكتينيـوم، PaCl₃ ثلاثي كلوريد البروتكتينيـوم وهي تنحل في الماء.

– أما PaF₃ ثلاثي فلوريد البروتكتينيـوم، فهو صعب الانحلال في الماء.

– كما أن مركبات البروتكتينيوم ذات درجة الأكسدة (3+) تعتبر كمواد مختزلة فهي تفكك الماء كما يلي:

2PaCl₃ + 4H₂O  → 2Pa(OH)₂Cl₂ + H₂ + 2HCl

– يعرف أيضاً مركب رباعي فلوريد البروتكتينيـوم PaF₄ ، ذي درجة الأكسدة (4+) نميزه عن ثلاثي فلوريد البروتكتينيـوم (3+)، فهو مقاوم للانصهار وصعب الانحلال في الماء، كما يوجد أيضاً رباعي كلوريد البروتكتينيـوم.

(4) مركبات ذو درجة التأكسد (4+)

– من أجل بروتكتينيوم ذو درجة الأكسدة (4+) فيوجد أكسيد بلوري أسود بني صيغته الكيميائية PaO₂.

– من مميزاته أنه لا ينحل عملياً في الماء وبسبب ثبات الشبكة البلورية فهو لا ينحل عملياً في الأحماض الضعيفة، لا يتفاعل مع القواعد حتى في الحالة المنصهرة.

– في حالة مركبات أخرى، ينحل نترات البروتكتينيـوم (4+) في الماء بصورة جيدة، أما كبريتات البروتكتينيوم فتنحل بصورة معتدلة، والفوسفات والكربونات تنحل بصورة سيئة.

(5) مركبات ذو درجة التأكسد (5+)

– إن درجة الأكسدة تظهر أكثر استقراراً في البروتكتينيوم (5+) تظهر صفات قاعدية بدرجة عالية، ولذا عمليا فإن Pa₂O₅ لا يظهر عملياً خواص حمضية حتى خلال صهره مع الصودا، بينما على العكس ينحل بصورة واضحة في حمض الكبريتيك الساخن.

– هيدروكسيد البروتكتينيـوم ذو التركيب HPaO₃ لا ينحل في الماء، وبطبيعته الكيميائية يعتبر قاعدة ضعيفة، وهو يملك الشكل PaO₂(OH) مع بعض سمات حمضية، يتفاعل بسهولة نسبياً مع الأحماض كما بالمعادلة التالية:

PaO₂(OH) + HCl → PaO₂Cl + H₂O

– أما السمات الحمضية لـ HPaO₂ فتظهر بدرجة ضعيفة جداً.

–  ومن بقية نواتج البروتكتينيـوم ذي درجة الأكسدة (5+) ، فقد تم استحصال خماسي فلوريد البروتكتينيـوم PaF₅ وخماسي كلوريد البروتكتينيـوم PaCl₅ وخماسي بروميد البروتكتينيـوم PaBr₅ وجميعها تعتبر مركبات طيارة، وفي المحاليل المائية تتحلمه كلياً.

استخدامات البروتكتينيوم Uses of Protactinium

– لا توجد أية استخدامات تجارية أو صناعية للبروتكتينيـوم بسبب ندرته وتكلفته وسميته الإشعاعية، وتنحصر استخداماته بأنشطة البحث العلمي الأساسية فقط.

– كما يستخدم الجيولوجيون عدادات جيجر لإجراء الأبحاث لحساب عمر الرمال.

تأثيره على جسم الإنسان

– لا يشكل البروتكتينيوم خطراً على صحة الإنسان بشكل عام إلا إذا دخل الجسم على الرغم من وجود خطورة خارجية صغيرة تلازم أشعة (جاما) التي يطلقها البروتكتينيوم (231) وعدداً من نواتج التحلل قصيرة الأمد للأكتينيوم (227).

– إن أكثر طرق التعرض تتمثل في تناول الغذاء والمياه المحتوية على البروتكتينيـوم، ويعد الابتلاع عموما طريقة التعرض الأكثر إثارة للقلق.

– ونظراً لكون البروتكتينيوم يدخل الجسم بشكل أسرع إذا تم استنشاقه أكثر مما لو تم ابتلاعه، فكلا طريقتي التعرض يمكن أن تكونان مهمتين.

–  أما الشأن الصحي الأكثر إقلاقاً فهو السرطان الناشئ عن الإشعاع المتأين والذي يصدر عن البروتكتينيـوم المختزن في الهيكل العظمي والكبد والكليتين.

– علاوة على ذلك يجرى إدراج المخاطر الصحية المرتبطة بالبروتكتينيـوم (234) مع تلك المرتبطة باليورانيوم (238).

– يضمحل البروتكتينيوم (234) عن طريق جسيم (بيتا) النشيط، ولذلك يجب القيام إجراءات وقائية ضد هذا الإشعاع حين تداول اليورانيوم، فعلى سبيل المثال يتم ارتداء قفازات مطاطية لحماية اليدين والساعدين.

 

– المراجع: 

• دراسة كيميائية تحليلية مفصلة لعناصر الجدول الدوري / الأستاذ الدكتور حسن بوزيّان. أستاذ بقسم الكيمياء بالمدرسة العليا للأساتذة / الجزء الأول / أبريل 2017 / الجزائر.
• The Periodic Table Book – A Visual Encyclopedia of Elements written by Tom Jackson. – consultant Jack Challoner – Great Britain 2017