Son Haberler

En Pahalı Element Protaktinyum Nedir?

-
Eylül 5, 2022
En Pahalı Element Protaktinyum Nedir?

Protaktinyum, en ender ve en pahalı elementtir. Natürel olarak uranyum madeninden elde edilir. “Aktinyumun atası” olarak ismini bu kelimeden almıştır.

En Pahalı Element Protaktinyum Nedir?

Protaktinyum, radyoaktif bir aktinit elementtir. Tabiatta en az bulunan ve en pahalı elementtir. Uranyum madeninde çok ender bulunur. Bozunma zincirinde bulunan aktinyumdan dolayı “protaktinyum” ismini almıştır. “Aktinyumun atası” olarak öğrenilir. Toryumun bazı izotoplarının bozunma zincirinden de elde edilebilir. 1990-1930 seneleri arasında değişik kimyacılar tarafından, değişik yerlerde bağımsız olarak keşfedilen ve muhtelif formları hazırlanan protaktinyumun adlandırılarak periyodik tabloya ilave edilmesi 1949 senesinde hakikatleşmiştir. Geleceğin elementleri arasında olabilecek kapasitedeki protaktinyumla alakalı bir hayli bilgiyi derlemeye çalıştık.

Frederic Soody’nin kullandığı, protaktinyumun elde edilmesi için kullanılan uranyum ve toryum içerikli deney tüpleri… 1918

Tarihçesi

Protaktinyum, ilk olarak 1913 senesinde Polonyalı kimyacı Kasimir Fajans ve Alman kimyacı Oswald Helmuth Göhring tarafından Almanya’nın Baden-Württemberg eyaletine bağlı Karlsruhe kentinde keşfedilmiştir. Fajans ve Göhring, Uranyum-238 izotopunun bozunma zinciri çalışmaları sırasında 1,17 dakika yarılanma ömrü olan “Protaktinyum-234m” nükleer izomerini elde etti.

En uzun ömürlü Protaktinyum-231 izotopu ise, 1917-1918 seneleri arasında Almanya’nın başşehri Berlin’de bulunan Kaiser Wilhelm Enstitüsü’nde vazifeli Alman kimyacı Otto Hahn ve Avusturyalı nükleer fizikçi Lise Meitner tarafından, aktinyuma bozunan bir “ana element” arama çalışmaları sırasında keşfedilmiştir. Hahn ve Meitner, uranyum oksit uraninit madeninin silika atıklarındaki analizleri sırasında 32 bin 760 yarılanma ömrü olan Pa-231’i elde etti. Otto Hahn, emellerini “aktinit serisinin başlangıç noktasını oluşturan aktinyum elementinin ana maddesini tespit etmek” olarak açıkladı.

Soody’nin radyoaktif element çalışmaları ile alakalı bir haber kupürü…

Protaktinyum ile alakalı öteki bazı ehemmiyetli tarihler şunlardır;

Periyodik tabloyu sıralamak için Periyodik Kanun’u bulan Rus bilim adamı Dimitri Mendeleyev, 1871 senesinde toryum ve uranyum arasında bir element bulunması gerektiğini öngördü.
1900 senesinde İngiliz fizikçi ve kimyacı Sir William Crookes, uranyum madeninde yeni bir radyoaktif madde tespit etti. Bu maddeye “Uranyum-X” ismini verdi. Ancak bu maddeyi belirleyemedi. Daha sonra “UX-2” olarak adlandırılan bu maddenin, 1913 senesinde izole edilen 1,17 dakika yarılanma ömrüne sahip Pa-234m nükleer izomer olduğu anlaşıldı.
1915 senesinde İngiliz kimyacı Frederic Soddy ve İskoç kimyacı Dr. John Arnold Cranston tarafından İskoçya’nın Glasgow kentindeki İskoçya Üniversitesi’nde bağımsız olarak Protaktinyum-231 izotopu keşfedildi. Birinci Dünya Savaşı nedeniyle keşiflerini duyuru edemediler. Soddy, keşif raporunu 1918 senesinde yayınlayabildi.
1927 senesinde Alman nükleer kimyager Aristid von Grosse tarafından tartılabilir ölçüde protaktinyum oksit elde etti. Aynı zamanda atom kütlesi tanımlandı ve halojenleri hazırlandı.
1934 senesinde Grosse, protaktinyum oksidi iyodür haline dönüştürerek oksitten yalıttı ve yüksek vakumda ısıtılmış filament üzerinde ayrıştırarak metal protaktinyum elde etti.
1949 senesinde Beynelmilel Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği IUPAC tarafından “protaktinyum” adı tanındı ve periyodik tabloya eklendi.
1960 senesinde İngiliz Atom Enerjisi Müesseseyi’nda 125 gram protaktinyum üretildi. Bu ölçü, protaktinyumun bir hayli kimyevi özelliğinin tanımlanmasını sağladı.

 “Protaktinyum” sözcüğü, Yunanca “ilk evvel” anlamındaki “protos” ve element “aktinyum” sözcüklerinin birleştirilmesinden türetilmiş bir kelimedir. İlk keşfedilen Protaktinyum-234m izomerinin kısa yarılanma ömrü nedeniyle 1,17 dakika “kısalık” anlamındaki “brevity” kelimesinden esinlenilerek “brevium” olarak adlandırıldı. İlk keşfedilen izotopu Pa-234m’nin öteki ismi ise uranyum bozunma zincirinin bir parçası olduğu için “Uranyum-X2” veya “UX2” biçimindeydi. 1918 senesinde keşfedilen Pa-231 izotopunun uzun yarılanma ömrü ve öteki özelliklerinden dolayı “aktinyumun atası” anlamındaki “proto-actinium” ismi uygun görüldü. Bunun nedeni, protaktinyumun, radyoaktif bozunum ile aktinyum elementine dönüşmesidir. 1949 senesinde IUPAC tarafından “protactinium” olarak kısaltıldı.


Fiziksel ve Kimyevi Özellikleri

Protaktinyumun kimyevi simgeyi “Pa”dır. Atom numarası 91, atom ağırlığı 231’dir. Periyodik tablonun 3-A Grubu, 7. Periyot, F-Blok elementlerinden biridir. Aktinit başka bir deyişle ender bulunan radyoaktif element serisinde yer alır. Erime noktası 1568 derece, kaynama noktası 4027 derecedir. Yoğunluğu 15,37 gr/cm3’cins. Enerji seviyesi başına elektronları “2, 8, 18, 32, 20, 9, 2” biçimindedir. Atom yarıçapı 161 pm’dir. Oksidasyon gidişatları “+4, +5” biçimindedir. -271 derecenin altında süper geçirgendir. Kristal yapısı oda sıcaklığında tetragonaldır. Havada metalik bir parlaklığa sahiptir. Gümüşî beyaz görünümlü, radyoaktif bir metaldir. Saf protaktinyum, oldukça yoğun, parlak ve soluk gümüş renklidir.

Protaktinyum, az rakamda bileşik oluşturabilir. Birkaç bileşiği renklidir. Hidrojenle ve halojenlerle bileşikler oluşturabilir. Bileşikleri suda basitlikle hidrolize olur, koloidler oluşturabilirler ve kompleks iyonlar oluşturarak çözünürler. Muhtelif bileşikler oluşturmak için oksijen, su buğuyu ve inorganik asitlerle basitçe tepki verir. Protaktinyum oksit, alkaliktir; basitçe hidroksitlere dönüşür ve sülfatlar, nitratlar ve fosfatlar gibi muhtelif tuzları oluşturabilir. Nitratlar beyazdır; ancak radyolitik bozunma nedeniyle kahverengi olabilirler.

İzotopları

Protaktinyum, tabiatta uranyum kaynağı olan uranyum oksit madeni uraninitten peklend veya pitchblend elde edilen bir elementtir. Uranyum elde edilmesi sırasında yan ürün olarak da üretilebilir. Çok yoğun radyoaktif bir elementtir ve bir alfa parçacığının emisyonuyla kendiliğindene bölünür. İzotoplarının tamamı izotop rakamına bağlı olarak alfa ve beta emisyonu zincirleri aracıyla aktinyum izotoplarına dönüşür. Protaktinyumun en ehemmiyetli izotopları Pa-231 ve Pa-233, nükleer reaktörlerde toryumdan da elde edilebilir.

Atom kütle numaraları 212 ila 239 arasında değişen 29 radyoaktif izotopu bulunan protaktinyumun kararlı izotopu yoktur. Bu izotoplardan 5’i, Uranyum-235 ve Uranyum-238 izotoplarının radyoaktif bozunumlarının bir ürünüdür. Protaktinyumun en çok bulunan ve en uzun ömürlü izotopu Pa-231’dir. Aynı zamanda en kararlı izotop olan Pa-231’in yarılanma ömrü 32 bin 760 yıldır. Tabiattaki hemen hemen tam protaktinyum içeriğini temsil eden Pa-231, kendiliğindene dağılınarak alfa parçacıkları verir. Uranyum-235 izotopunun bozunma ürünü olan Pa-231, alfa çürümesi ile Aktinyum-277’ye bozunur.

Uranyum-238’nam bozunma ürünlerinden biri olan Pa-234 izotopunun yarılanma ömrü 6,7 saattir. Uranyum-238’in yüzde 99,8’lik kısmı evvel 1,17 dakika yarılanma ömrü olan Pa-234m izomerine, daha sonra da Pa-234 izotopuna bozunur. Sentetik Pa-233 izotopu, Toryum-233 izotopunun beta parçacığı yayarak bozunması ile elde edilir. Aynı zamanda Toryum-232 izotopunun nötron ışınlamasıyla da elde edilebilir ve Uranyum-233 izotopunun da lideridir.

Bunları Öğreniyor Musunuz?

Protaktinyum, natürel elementler arasında en az bulunan ve en pahalı olan element olarak öğrenilir.
Bir gram protaktinyumun maliyeti takribî 300 dolardır.
Uranyum madenlerinde hipotezi olarak milyonda 0,34 parça protaktinyum içeriği vardır. Pa-231 izotopu, uraninit madeninde 10 milyonda 1 oranında bulunur. Afrika’daki bazı uraninit madenlerindeki ölçüyü ise milyonda 3 etrafındadır.
Protaktinyum-231 ve Toryum-230 izotopları, değişik uranyum izotoplarının bozunma ürünleridir; ancak eş özelliklere sahiptir ve eş oranlarda oluşurlar.
Okyanus sedimentlerindeki Pa-231 ve Th-230 oranları, buzul hareketlerinin araştırılmasında, 175 bin yaşındaki sedimentlerin radyometrik olarak tarihlendirilmesinde ve muhtelif jeolojik süreçlerin modellenmesinde kullanılır.
Günümüze kadar elde edilen en büyük saf protaktinyum ölçüyü 125 gramdır. Bu ölçü, İngiltere Atom Enerjisi Müesseseyi tarafından 1959-1961 seneleri arasında 60 ton nükleer atıktan elde edilmiştir. Yüzde 99,9 saflıktaki bu ölçünün kıymeti takribî 500 bin dolar etrafındadır. Bu ölçünün yapımı için takribî 50 bin dolar harcanmıştır.
İngiltere’de üretilen 125 gramlık protaktinyum, uzun seneler dünyanın dört bir yanındaki laboratuvara element misali sağladı.
Protaktinyumun kimyevi araştırmalar dışında ciddi bir uygulaması ve kullanımı bulunmuyor.
Protaktinyum, bir hayli kullanımı olan toryum ve uranyumun arasında bir konumda yer almasına karşın bu elementler kadar kullanışlı ve bereketli değildir.
Protaktinyum, natürel olarak toprak, kaya, yüzey suları, yeraltı suları, nebatlar ve hayvanlarda çok düşük konsantrasyonlarda bulunabilir.
Protaktinyum, insan ve hayvan sıhhati için riskli ve toksik özelliği bulunan bir elementtir. Natürel kaynaklardan yiyecek zinciri aracıyla bedene alınan protaktinyumun büyük bir kısmı dışkı yoluyla bedenden atılır. Alınan yüzde 0,05’lik ölçünün yüzde 40’ı kemiklerde, yüzde 15’i karaciğerde, yüzde 2’si de böbreklerde birikebilir. Kalan ölçüde muhtelif yollarla bedenden atılır.
Kemiklerdeki protaktinyumun biyolojik yarılanma ömrü 50 yıldır. Karaciğerlerdeki protaktinyum içeriğinin yüzde 70’inin biyolojik yarılanma ömrü ise 10 gündür. Bu ölçüler, radyoaktifliği nedeniyle bazı vaziyetlerde kanserojen tehlikeler oluşturabilir.