بروتكتينيوم Pa

الاكتشاف

حين رتّب ديمتري مندلييف جدوله الدوري عام 1871 ترك فراغًا بين الثوريوم واليورانيوم لعنصر لم يره أحد بعد. ووُجد أول ساكن له عام 1913 على يد كازيمير فايانس وأوسفالد غورينغ في كارلسروه. فبدراسة سلسلة اضمحلال اليورانيوم تعرّفا على نظير عابر يختفي في غضون دقيقة تقريبًا (يُعرف اليوم بالبروتكتينيوم-234m)، وسمّياه «بريفيوم»، من اللاتينية بمعنى القصير.

وفي 1917–1918 وجد أوتو هان وليزه مايتنر في برلين نظيرًا أطول عمرًا بكثير هو البروتكتينيوم-231. وتوصل فريدريك سودي وجون كرانستون في بريطانيا إلى النتيجة نفسها مستقلين في الوقت نفسه تقريبًا.

استغرق تحضير عينة نقية عقودًا. فقد عزل أريستيد فون غروسه الأكسيد عام 1927 والفلز عام 1934. وفي أوائل ستينيات القرن العشرين عالجت هيئة الطاقة الذرية في المملكة المتحدة نحو 60 طنًا من بقايا معالجة اليورانيوم لاستعادة ما يزيد قليلًا على 100 غرام.

أصل التسمية

جمع هان ومايتنر بين اليونانية protos (الأول، قبل) والأكتينيوم فصاغا «بروتوأكتينيوم»، لأن البروتكتينيوم-231 يضمحل بإطلاق ألفا إلى الأكتينيوم-227، فهو في الواقع أصل الأكتينيوم. وفي عام 1949 حذف الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية حرفًا واحدًا لتسهيل النطق، فصار «بروتكتينيوم». والرمز Pa مكوّن من أول حرفين.

أهم الاستخدامات

• البحث الأساسي: يذهب كل البروتكتينيوم المنقّى تقريبًا إلى المختبرات. ولأنه يقع حيث يبدأ امتلاء غلاف الإلكترونات 5f، فهو حالة اختبار رئيسية لفهم كيفية تغيّر كيمياء الأكتينيدات عبر السلسلة.
• علم المحيطات والمناخ: ينتج اليورانيوم المذاب في مياه البحر البروتكتينيوم-231 والثوريوم-230 بمعدل ثابت، لكن العنصرين يلتصقان بالجسيمات الغائصة على نحو مختلف. وقياس نسبتهما في لبّات الرسوبيات يتيح للباحثين إعادة بناء مدى قوة الدوران العميق في الأطلسي في المناخات الماضية.
• دراسات مفاعلات الثوريوم: في دورة وقود الثوريوم يلتقط الثوريوم-232 نيوترونًا ويمر عبر البروتكتينيوم-233 قبل أن يصبح يورانيوم-233 قابلًا للانشطار. ويهم سلوكه تصميم مفاعلات الثوريوم.

النظائر

ليس للبروتكتينيوم نظائر مستقرة. وأطولها عمرًا، البروتكتينيوم-231، عمر النصف له نحو 32,800 سنة، ويوجد طبيعيًا جزءًا من سلسلة اضمحلال اليورانيوم-235. وحين يُقرن بالثوريوم-230 يمكنه تأريخ الرسوبيات البحرية والمرجان حتى بضع مئات آلاف السنين. أما البروتكتينيوم-233، وعمر النصف له نحو 27 يومًا، فهو المعبر الحاسم في دورة وقود الثوريوم. والنظير الذي رصده فايانس أولًا، البروتكتينيوم-234m، لا يدوم في المتوسط إلا نحو 1.2 دقيقة قبل أن يضمحل.

في الحياة اليومية

من غير المرجح إلى أقصى حد أن تصادف البروتكتينيوم. فطن من خام اليورانيوم لا يحوي منه إلا أقل بكثير من غرام، وإن كانت كميات نزرة منه موجودة في كل معدن لليورانيوم وفي التربة المحيطة بهذه الرواسب. وهو مُطلِق قوي لجسيمات ألفا وسام كيميائيًا، ومتى دخل الجسم قد يستقر في العظام، لذا لا تتعامل معه المختبرات إلا في صناديق قفازات محكمة.