Protaktinyum, en nadir ve en pahalı elementtir. Doğal olarak uranyum cevherinden elde edilir. “Aktinyumun atası” olarak adını bu sozcukten almıştır.
Protaktinyum, radyoaktif bir aktinit elementtir. Doğada en az bulunan ve en pahalı elementtir. Uranyum cevherinde cok nadir bulunur. Bozunma zincirinde bulunan aktinyumdan dolayı “protaktinyum” adını almıştır. “Aktinyumun atası” olarak bilinir. Toryumun bazı izotoplarının bozunma zincirinden de elde edilebilir. 1990-1930 yılları arasında farklı kimyagerler tarafından, farklı yerlerde bağımsız olarak keşfedilen ve ceşitli formları hazırlanan protaktinyumun isimlendirilerek periyodik tabloya eklenmesi 1949 yılında gercekleşmiştir. Geleceğin elementleri arasında olabilecek kapasitedeki protaktinyumla ilgili bircok bilgiyi derlemeye calıştık.
(Frederic Soody'nin kullandığı, protaktinyumun elde edilmesi icin kullanılan uranyum ve toryum icerikli deney tupleri... 1918)
[h=4]Tarihcesi [/h]Protaktinyum, ilk olarak 1913 yılında Polonyalı kimyager Kasimir Fajans ve Alman kimyager Oswald Helmuth Gohring tarafından Almanya ’nın Baden-Wurttemberg eyaletine bağlı Karlsruhe kentinde keşfedilmiştir. Fajans ve Gohring, Uranyum-238 izotopunun bozunma zinciri calışmaları sırasında 1,17 dakika yarılanma omru olan “Protaktinyum-234m” nukleer izomerini elde etti.
En uzun omurlu Protaktinyum-231 izotopu ise, 1917-1918 yılları arasında Almanya ’nın başkenti Berlin ’de bulunan Kaiser Wilhelm Enstitusu ’nde gorevli Alman kimyager Otto Hahn ve Avusturyalı nukleer fizikci Lise Meitner tarafından, aktinyuma bozunan bir “ana element” arama calışmaları sırasında keşfedilmiştir. Hahn ve Meitner, uranyum oksit (uraninit) cevherinin silika atıklarındaki incelemeleri sırasında 32 bin 760 yarılanma omru olan Pa-231 ’i elde etti. Otto Hahn, amaclarını “aktinit serisinin başlangıc noktasını oluşturan aktinyum elementinin ana maddesini tespit etmek” olarak acıkladı.
(Soody'nin radyoaktif element calışmaları ile ilgili bir haber kupuru...)
Protaktinyum ile ilgili diğer bazı onemli tarihler şunlardır;
Periyodik tabloyu sıralamak icin Periyodik Kanun ’u bulan Rus bilim adamı Dimitri Mendeleyev, 1871 yılında toryum ve uranyum arasında bir element bulunması gerektiğini ongordu.
1900 yılında İngiliz fizikci ve kimyager Sir William Crookes, uranyum cevherinde yeni bir radyoaktif madde tespit etti. Bu maddeye “Uranyum-X” adını verdi. Ancak bu maddeyi tanımlayamadı. Daha sonra “UX-2” olarak adlandırılan bu maddenin, 1913 yılında izole edilen 1,17 dakika yarılanma omrune sahip Pa-234m nukleer izomer olduğu anlaşıldı.
1915 yılında İngiliz kimyager Frederic Soddy ve İskoc kimyager Dr. John Arnold Cranston tarafından İskocya ’nın Glasgow kentindeki İskocya Universitesi ’nde bağımsız olarak Protaktinyum-231 izotopu keşfedildi. Birinci Dunya Savaşı sebebiyle keşiflerini ilan edemediler. Soddy, keşif raporunu 1918 yılında yayınlayabildi.
1927 yılında Alman nukleer kimyacı Aristid von Grosse tarafından tartılabilir miktarda protaktinyum oksit elde etti. Aynı zamanda atom kutlesi belirlendi ve halojenleri hazırlandı.
1934 yılında Grosse, protaktinyum oksidi iyodur haline donuşturerek oksitten izole etti ve yuksek vakumda ısıtılmış filament uzerinde ayrıştırarak metal protaktinyum elde etti.
1949 yılında Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) tarafından “protaktinyum” ismi tanındı ve periyodik tabloya eklendi.
1960 yılında İngiliz Atom Enerjisi Kurumu ’nda 125 gram protaktinyum uretildi. Bu miktar, protaktinyumun bircok kimyasal ozelliğinin belirlenmesini sağladı.
“Protaktinyum” kelimesi, Yunanca “ilk once” anlamındaki “protos” ve element “aktinyum” kelimelerinin birleştirilmesinden turetilmiş bir sozcuktur. İlk keşfedilen Protaktinyum-234m izomerinin kısa yarılanma omru sebebiyle (1,17 dakika) “kısalık” anlamındaki “brevity” sozcuğunden esinlenilerek “brevium” olarak adlandırıldı. İlk keşfedilen izotopu Pa-234m ’nin diğer adı ise uranyum bozunma zincirinin bir parcası olduğu icin “Uranyum-X2” veya “UX2” şeklindeydi. 1918 yılında keşfedilen Pa-231 izotopunun uzun yarılanma omru ve diğer ozelliklerinden dolayı “aktinyumun atası” anlamındaki “proto-actinium” adı uygun goruldu. Bunun sebebi, protaktinyumun, radyoaktif bozunum ile aktinyum elementine donuşmesidir. 1949 yılında IUPAC tarafından “protactinium” olarak kısaltıldı.
[h=3]Fiziksel ve Kimyasal Ozellikleri [/h]Protaktinyumun kimyasal sembolu “Pa”dır. Atom numarası 91, atom ağırlığı 231 ’dir. Periyodik tablonun 3-A Grubu, 7. Periyot, F-Blok elementlerinden biridir. Aktinit yani nadir bulunan radyoaktif element serisinde yer alır. Erime noktası 1568 derece, kaynama noktası 4027 derecedir. Yoğunluğu 15,37 gr/cm3 ’tur. Enerji seviyesi başına elektronları “2, 8, 18, 32, 20, 9, 2” şeklindedir. Atom yarıcapı 161 pm ’dir. Oksidasyon durumları “+4, +5” şeklindedir. -271 derecenin altında super iletkendir. Kristal yapısı oda sıcaklığında tetragonaldır. Havada metalik bir parlaklığa sahiptir. Gumuşî beyaz gorunumlu, radyoaktif bir metaldir. Saf protaktinyum, oldukca yoğun, parlak ve soluk gumuş renklidir.
Protaktinyum, az sayıda bileşik oluşturabilir. Birkac bileşiği renklidir. Hidrojenle ve halojenlerle bileşikler oluşturabilir. Bileşikleri suda kolaylıkla hidrolize olur, koloidler oluşturabilirler ve kompleks iyonlar oluşturarak cozunurler. Ceşitli bileşikler oluşturmak icin oksijen, su buharı ve inorganik asitlerle kolayca tepki verir. Protaktinyum oksit, baziktir; kolayca hidroksitlere donuşur ve sulfatlar, nitratlar ve fosfatlar gibi ceşitli tuzları oluşturabilir. Nitratlar beyazdır; ancak radyolitik bozunma sebebiyle kahverengi olabilirler.
[h=4]İzotopları [/h]Protaktinyum, doğada uranyum kaynağı olan uranyum oksit cevheri uraninitten (peklend veya pitchblend) elde edilen bir elementtir. Uranyum elde edilmesi sırasında yan urun olarak da uretilebilir. Cok yoğun radyoaktif bir elementtir ve bir alfa parcacığının emisyonuyla kendi kendine parcalanır. İzotoplarının tamamı izotop sayısına bağlı olarak alfa ve beta emisyonu zincirleri vasıtasıyla aktinyum izotoplarına donuşur. Protaktinyumun en onemli izotopları Pa-231 ve Pa-233, nukleer reaktorlerde toryumdan da elde edilebilir.
Atom kutle 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 urunudur. Protaktinyumun en cok bulunan ve en uzun omurlu izotopu Pa-231 ’dir. Aynı zamanda en kararlı izotop olan Pa-231 ’in yarılanma omru 32 bin 760 yıldır. Doğadaki hemen hemen butun protaktinyum iceriğini temsil eden Pa-231, kendi kendine parcalanarak alfa parcacıkları verir. Uranyum-235 izotopunun bozunma urunu olan Pa-231, alfa curumesi ile Aktinyum-277 ’ye bozunur.
Uranyum-238 ’un bozunma urunlerinden biri olan Pa-234 izotopunun yarılanma omru 6,7 saattir. Uranyum-238 ’in yuzde 99,8 ’lik bolumu once 1,17 dakika yarılanma omru olan Pa-234m izomerine, daha sonra da Pa-234 izotopuna bozunur. Sentetik Pa-233 izotopu, Toryum-233 izotopunun beta parcacığı yayarak bozunması ile elde edilir. Aynı zamanda Toryum-232 izotopunun notron ışınlamasıyla da elde edilebilir ve Uranyum-233 izotopunun da oncusudur.
[h=4]Bunları Biliyor Musunuz? [/h]
Protaktinyum, doğal elementler arasında en az bulunan ve en pahalı olan element olarak bilinir.
Bir gram protaktinyumun maliyeti yaklaşık 300 dolardır.
Uranyum cevherlerinde tahmini olarak milyonda 0,34 parca protaktinyum iceriği vardır. Pa-231 izotopu, uraninit cevherinde 10 milyonda 1 oranında bulunur. Afrika ’daki bazı uraninit cevherlerindeki miktarı ise milyonda 3 civarındadır.
Protaktinyum-231 ve Toryum-230 izotopları, farklı uranyum izotoplarının bozunma urunleridir; ancak benzer ozelliklere sahiptir ve benzer oranlarda oluşurlar.
Okyanus sedimentlerindeki Pa-231 ve Th-230 oranları, buzul hareketlerinin incelenmesinde, 175 bin yaşındaki sedimentlerin radyometrik olarak tarihlendirilmesinde ve ceşitli jeolojik sureclerin modellenmesinde kullanılır.
Gunumuze kadar elde edilen en buyuk saf protaktinyum miktarı 125 gramdır. Bu miktar, İngiltere Atom Enerjisi Kurumu tarafından 1959-1961 yılları arasında 60 ton nukleer atıktan elde edilmiştir. Yuzde 99,9 saflıktaki bu miktarın değeri yaklaşık 500 bin dolar civarındadır. Bu miktarın uretimi icin yaklaşık 50 bin dolar harcanmıştır.
İngiltere ’de uretilen 125 gramlık protaktinyum, uzun yıllar dunyanın dort bir yanındaki laboratuvara element orneği sağladı.
Protaktinyumun kimyasal araştırmalar dışında ciddi bir uygulaması ve kullanımı bulunmuyor.
Protaktinyum, bircok kullanımı olan toryum ve uranyumun arasında bir konumda yer almasına rağmen bu elementler kadar kullanışlı ve yararlı değildir.
Protaktinyum, doğal olarak toprak, kaya, yuzey suları, yeraltı suları, bitkiler ve hayvanlarda cok duşuk konsantrasyonlarda bulunabilir.
Protaktinyum, insan ve hayvan sağlığı icin tehlikeli ve toksik ozelliği bulunan bir elementtir. Doğal kaynaklardan besin zinciri vasıtasıyla vucuda alınan protaktinyumun buyuk bir bolumu dışkı yoluyla vucuttan atılır. Alınan yuzde 0,05 ’lik miktarın yuzde 40 ’ı kemiklerde, yuzde 15 ’i karaciğerde, yuzde 2 ’si de bobreklerde birikebilir. Kalan miktarda ceşitli yollarla vucuttan atılır.
Kemiklerdeki protaktinyumun biyolojik yarılanma omru 50 yıldır. Karaciğerlerdeki protaktinyum iceriğinin yuzde 70 ’inin biyolojik yarılanma omru ise 10 gundur. Bu miktarlar, radyoaktifliği sebebiyle bazı durumlarda kanserojen riskler oluşturabilir.
Protaktinyum, radyoaktif bir aktinit elementtir. Doğada en az bulunan ve en pahalı elementtir. Uranyum cevherinde cok nadir bulunur. Bozunma zincirinde bulunan aktinyumdan dolayı “protaktinyum” adını almıştır. “Aktinyumun atası” olarak bilinir. Toryumun bazı izotoplarının bozunma zincirinden de elde edilebilir. 1990-1930 yılları arasında farklı kimyagerler tarafından, farklı yerlerde bağımsız olarak keşfedilen ve ceşitli formları hazırlanan protaktinyumun isimlendirilerek periyodik tabloya eklenmesi 1949 yılında gercekleşmiştir. Geleceğin elementleri arasında olabilecek kapasitedeki protaktinyumla ilgili bircok bilgiyi derlemeye calıştık. (Frederic Soody'nin kullandığı, protaktinyumun elde edilmesi icin kullanılan uranyum ve toryum icerikli deney tupleri... 1918)
[h=4]Tarihcesi [/h]Protaktinyum, ilk olarak 1913 yılında Polonyalı kimyager Kasimir Fajans ve Alman kimyager Oswald Helmuth Gohring tarafından Almanya ’nın Baden-Wurttemberg eyaletine bağlı Karlsruhe kentinde keşfedilmiştir. Fajans ve Gohring, Uranyum-238 izotopunun bozunma zinciri calışmaları sırasında 1,17 dakika yarılanma omru olan “Protaktinyum-234m” nukleer izomerini elde etti.
En uzun omurlu Protaktinyum-231 izotopu ise, 1917-1918 yılları arasında Almanya ’nın başkenti Berlin ’de bulunan Kaiser Wilhelm Enstitusu ’nde gorevli Alman kimyager Otto Hahn ve Avusturyalı nukleer fizikci Lise Meitner tarafından, aktinyuma bozunan bir “ana element” arama calışmaları sırasında keşfedilmiştir. Hahn ve Meitner, uranyum oksit (uraninit) cevherinin silika atıklarındaki incelemeleri sırasında 32 bin 760 yarılanma omru olan Pa-231 ’i elde etti. Otto Hahn, amaclarını “aktinit serisinin başlangıc noktasını oluşturan aktinyum elementinin ana maddesini tespit etmek” olarak acıkladı.
(Soody'nin radyoaktif element calışmaları ile ilgili bir haber kupuru...)
Protaktinyum ile ilgili diğer bazı onemli tarihler şunlardır;
Periyodik tabloyu sıralamak icin Periyodik Kanun ’u bulan Rus bilim adamı Dimitri Mendeleyev, 1871 yılında toryum ve uranyum arasında bir element bulunması gerektiğini ongordu.
1900 yılında İngiliz fizikci ve kimyager Sir William Crookes, uranyum cevherinde yeni bir radyoaktif madde tespit etti. Bu maddeye “Uranyum-X” adını verdi. Ancak bu maddeyi tanımlayamadı. Daha sonra “UX-2” olarak adlandırılan bu maddenin, 1913 yılında izole edilen 1,17 dakika yarılanma omrune sahip Pa-234m nukleer izomer olduğu anlaşıldı.
1915 yılında İngiliz kimyager Frederic Soddy ve İskoc kimyager Dr. John Arnold Cranston tarafından İskocya ’nın Glasgow kentindeki İskocya Universitesi ’nde bağımsız olarak Protaktinyum-231 izotopu keşfedildi. Birinci Dunya Savaşı sebebiyle keşiflerini ilan edemediler. Soddy, keşif raporunu 1918 yılında yayınlayabildi.
1927 yılında Alman nukleer kimyacı Aristid von Grosse tarafından tartılabilir miktarda protaktinyum oksit elde etti. Aynı zamanda atom kutlesi belirlendi ve halojenleri hazırlandı.
1934 yılında Grosse, protaktinyum oksidi iyodur haline donuşturerek oksitten izole etti ve yuksek vakumda ısıtılmış filament uzerinde ayrıştırarak metal protaktinyum elde etti.
1949 yılında Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) tarafından “protaktinyum” ismi tanındı ve periyodik tabloya eklendi.
1960 yılında İngiliz Atom Enerjisi Kurumu ’nda 125 gram protaktinyum uretildi. Bu miktar, protaktinyumun bircok kimyasal ozelliğinin belirlenmesini sağladı.
“Protaktinyum” kelimesi, Yunanca “ilk once” anlamındaki “protos” ve element “aktinyum” kelimelerinin birleştirilmesinden turetilmiş bir sozcuktur. İlk keşfedilen Protaktinyum-234m izomerinin kısa yarılanma omru sebebiyle (1,17 dakika) “kısalık” anlamındaki “brevity” sozcuğunden esinlenilerek “brevium” olarak adlandırıldı. İlk keşfedilen izotopu Pa-234m ’nin diğer adı ise uranyum bozunma zincirinin bir parcası olduğu icin “Uranyum-X2” veya “UX2” şeklindeydi. 1918 yılında keşfedilen Pa-231 izotopunun uzun yarılanma omru ve diğer ozelliklerinden dolayı “aktinyumun atası” anlamındaki “proto-actinium” adı uygun goruldu. Bunun sebebi, protaktinyumun, radyoaktif bozunum ile aktinyum elementine donuşmesidir. 1949 yılında IUPAC tarafından “protactinium” olarak kısaltıldı.
[h=3]Fiziksel ve Kimyasal Ozellikleri [/h]Protaktinyumun kimyasal sembolu “Pa”dır. Atom numarası 91, atom ağırlığı 231 ’dir. Periyodik tablonun 3-A Grubu, 7. Periyot, F-Blok elementlerinden biridir. Aktinit yani nadir bulunan radyoaktif element serisinde yer alır. Erime noktası 1568 derece, kaynama noktası 4027 derecedir. Yoğunluğu 15,37 gr/cm3 ’tur. Enerji seviyesi başına elektronları “2, 8, 18, 32, 20, 9, 2” şeklindedir. Atom yarıcapı 161 pm ’dir. Oksidasyon durumları “+4, +5” şeklindedir. -271 derecenin altında super iletkendir. Kristal yapısı oda sıcaklığında tetragonaldır. Havada metalik bir parlaklığa sahiptir. Gumuşî beyaz gorunumlu, radyoaktif bir metaldir. Saf protaktinyum, oldukca yoğun, parlak ve soluk gumuş renklidir.
Protaktinyum, az sayıda bileşik oluşturabilir. Birkac bileşiği renklidir. Hidrojenle ve halojenlerle bileşikler oluşturabilir. Bileşikleri suda kolaylıkla hidrolize olur, koloidler oluşturabilirler ve kompleks iyonlar oluşturarak cozunurler. Ceşitli bileşikler oluşturmak icin oksijen, su buharı ve inorganik asitlerle kolayca tepki verir. Protaktinyum oksit, baziktir; kolayca hidroksitlere donuşur ve sulfatlar, nitratlar ve fosfatlar gibi ceşitli tuzları oluşturabilir. Nitratlar beyazdır; ancak radyolitik bozunma sebebiyle kahverengi olabilirler.
[h=4]İzotopları [/h]Protaktinyum, doğada uranyum kaynağı olan uranyum oksit cevheri uraninitten (peklend veya pitchblend) elde edilen bir elementtir. Uranyum elde edilmesi sırasında yan urun olarak da uretilebilir. Cok yoğun radyoaktif bir elementtir ve bir alfa parcacığının emisyonuyla kendi kendine parcalanır. İzotoplarının tamamı izotop sayısına bağlı olarak alfa ve beta emisyonu zincirleri vasıtasıyla aktinyum izotoplarına donuşur. Protaktinyumun en onemli izotopları Pa-231 ve Pa-233, nukleer reaktorlerde toryumdan da elde edilebilir.
Atom kutle 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 urunudur. Protaktinyumun en cok bulunan ve en uzun omurlu izotopu Pa-231 ’dir. Aynı zamanda en kararlı izotop olan Pa-231 ’in yarılanma omru 32 bin 760 yıldır. Doğadaki hemen hemen butun protaktinyum iceriğini temsil eden Pa-231, kendi kendine parcalanarak alfa parcacıkları verir. Uranyum-235 izotopunun bozunma urunu olan Pa-231, alfa curumesi ile Aktinyum-277 ’ye bozunur.
Uranyum-238 ’un bozunma urunlerinden biri olan Pa-234 izotopunun yarılanma omru 6,7 saattir. Uranyum-238 ’in yuzde 99,8 ’lik bolumu once 1,17 dakika yarılanma omru olan Pa-234m izomerine, daha sonra da Pa-234 izotopuna bozunur. Sentetik Pa-233 izotopu, Toryum-233 izotopunun beta parcacığı yayarak bozunması ile elde edilir. Aynı zamanda Toryum-232 izotopunun notron ışınlamasıyla da elde edilebilir ve Uranyum-233 izotopunun da oncusudur.
[h=4]Bunları Biliyor Musunuz? [/h]
Protaktinyum, doğal elementler arasında en az bulunan ve en pahalı olan element olarak bilinir.
Bir gram protaktinyumun maliyeti yaklaşık 300 dolardır.
Uranyum cevherlerinde tahmini olarak milyonda 0,34 parca protaktinyum iceriği vardır. Pa-231 izotopu, uraninit cevherinde 10 milyonda 1 oranında bulunur. Afrika ’daki bazı uraninit cevherlerindeki miktarı ise milyonda 3 civarındadır.
Protaktinyum-231 ve Toryum-230 izotopları, farklı uranyum izotoplarının bozunma urunleridir; ancak benzer ozelliklere sahiptir ve benzer oranlarda oluşurlar.
Okyanus sedimentlerindeki Pa-231 ve Th-230 oranları, buzul hareketlerinin incelenmesinde, 175 bin yaşındaki sedimentlerin radyometrik olarak tarihlendirilmesinde ve ceşitli jeolojik sureclerin modellenmesinde kullanılır.
Gunumuze kadar elde edilen en buyuk saf protaktinyum miktarı 125 gramdır. Bu miktar, İngiltere Atom Enerjisi Kurumu tarafından 1959-1961 yılları arasında 60 ton nukleer atıktan elde edilmiştir. Yuzde 99,9 saflıktaki bu miktarın değeri yaklaşık 500 bin dolar civarındadır. Bu miktarın uretimi icin yaklaşık 50 bin dolar harcanmıştır.
İngiltere ’de uretilen 125 gramlık protaktinyum, uzun yıllar dunyanın dort bir yanındaki laboratuvara element orneği sağladı.
Protaktinyumun kimyasal araştırmalar dışında ciddi bir uygulaması ve kullanımı bulunmuyor.
Protaktinyum, bircok kullanımı olan toryum ve uranyumun arasında bir konumda yer almasına rağmen bu elementler kadar kullanışlı ve yararlı değildir.
Protaktinyum, doğal olarak toprak, kaya, yuzey suları, yeraltı suları, bitkiler ve hayvanlarda cok duşuk konsantrasyonlarda bulunabilir.
Protaktinyum, insan ve hayvan sağlığı icin tehlikeli ve toksik ozelliği bulunan bir elementtir. Doğal kaynaklardan besin zinciri vasıtasıyla vucuda alınan protaktinyumun buyuk bir bolumu dışkı yoluyla vucuttan atılır. Alınan yuzde 0,05 ’lik miktarın yuzde 40 ’ı kemiklerde, yuzde 15 ’i karaciğerde, yuzde 2 ’si de bobreklerde birikebilir. Kalan miktarda ceşitli yollarla vucuttan atılır.
Kemiklerdeki protaktinyumun biyolojik yarılanma omru 50 yıldır. Karaciğerlerdeki protaktinyum iceriğinin yuzde 70 ’inin biyolojik yarılanma omru ise 10 gundur. Bu miktarlar, radyoaktifliği sebebiyle bazı durumlarda kanserojen riskler oluşturabilir.