5.2.4. Протактиний

В природе обнаружено 2 изотопа протактиния:

231

91

Pa (Т_1/2 = 3,43 · 10⁴ лет) - ряд ²³⁵U и

234

91

Pa, имеющий два изомера (T_1/2 = 6,7 ч и Т_1/2 = 1,175 мин), - ряд ²³⁸U.

Протактиний - член семейства актиноидов и по своим химическим свойствам близок к Th⁴⁺ и ⁴⁺U. С другой стороны, он имеет много общего с элементами VA группы Периодической системы, являясь химическим аналогом тантала. Некоторые свойства сближают его с Zr и Hf. Выделение Ра из растворов показало, что с Са он соосаждается хуже, чем с Th и Zr.

Основная степень окисления Ра равна 5. Она проявляется в его высшем оксиде и соединениях с галогенами. Протактиний изоморфно сокристаллизуется со многими соединениями Та (V). Ра более электроположителен, чем Та, и не образует соединений, подобных танталатам.

Однако получены соединения Ра с кислородом и галогенами, где он проявляет степень окисления четыре, а также четыре и три в растворе. Здесь он проявляет изоморфизм с Th (IV) (R_Pa⁴⁺ = 0,96 Å, R_Th⁴⁺ = 0,99 Å). Ион Ра⁴⁺ легко (легче, чем уран U⁴⁺) окисляется до Ра (V). Окисление идет на воздухе. Протактиний относится к числу химически инертных элементов. Его

120

соединения, как правило, плохо растворимы и легко подвергаются гидролизу. В сильнокислых растворах Ра⁵⁺ находится в виде гидролизованных форм. При очень низких концентрациях Ра в растворе, свойственных его природным соединениям, продукты гидролиза быстро адсорбируются на коллоидных частицах других веществ, образуя псевдоколлоиды, а также на поверхности твердой фазы.

Катионы Ра легко образуют комплексные соединения, однако большинство из них так же неустойчивы к гидролизу, как и простые соединения. В водных растворах сравнительно устойчивы лишь фторидные, сульфатные и некоторые органические комплексные соединения.

В природе Ра всегда присутствует в минералах U (IV), будучи продуктом распада ²³⁸U и ²³⁵U. Самостоятельное значение в геохимии имеет лишь наиболее долгоживущий изотоп ²³¹Ра. Среднее содержание ²³¹Ра в земной коре, рассчитанное по урану, составляет 0,9 · 10^-10 % массы. В эндогенных минералах Ра находится в радиоактивном равновесии с ураном.

При выщелачивании урана из горных пород природными водами можно ожидать обогащения твердой фазы ²³¹Ра относительно равновесного урана. В молодых вулканических породах наблюдается некоторый дефицит ²³¹Ра относительно ²³⁵U (Чердынцев, 1978), возможно обусловленный различной летучестью этих элементов в вулканических газах. В природных водах Ра постоянно образуется за счет распада растворенного там урана. Благодаря интенсивному гидролизу он быстро сорбируется на взвешенных и коллоидных частицах и оседает с ними на дно водоема. Этот процесс наиболее заметен в океане, где в воде наблюдается большой дефицит ²³¹Ра относительно ²³⁵U, а в донных осадках, напротив, сильный избыток ²³¹Ра.

121