Protactinium Pa

Entdeckung

Als Dmitri Mendelejew 1871 sein Periodensystem ordnete, ließ er zwischen Thorium und Uran eine Lücke für ein Element, das noch niemand gesehen hatte. Den ersten Bewohner fanden 1913 Kasimir Fajans und Oswald Göhring in Karlsruhe. Bei der Untersuchung der Uran-Zerfallsreihe identifizierten sie ein flüchtiges Isotop, das innerhalb etwa einer Minute verschwand (heute als Protactinium-234m bekannt), und nannten es „Brevium“, nach dem lateinischen Wort für kurz.

1917–1918 fanden Otto Hahn und Lise Meitner in Berlin ein weit langlebigeres Isotop, Protactinium-231. Frederick Soddy und John Cranston kamen in Großbritannien etwa zur selben Zeit unabhängig zum gleichen Ergebnis.

Die Herstellung einer reinen Probe dauerte Jahrzehnte. Aristid von Grosse isolierte 1927 das Oxid und 1934 das Metall. Anfang der 1960er-Jahre verarbeitete die britische Atomenergiebehörde rund 60 Tonnen Rückstände aus der Uranaufbereitung, um etwas über 100 Gramm zu gewinnen.

Herkunft des Namens

Hahn und Meitner verbanden das griechische protos (erster, vor) mit Actinium zu „Protoactinium“, weil Protactinium-231 durch Alphazerfall in Actinium-227 übergeht; es ist gewissermaßen der Vorfahr des Actiniums. 1949 strich die IUPAC einen Buchstaben, um den Namen leichter aussprechbar zu machen, und so entstand „Protactinium“. Das Symbol Pa besteht aus den ersten beiden Buchstaben.

Wichtigste Verwendungen

• Grundlagenforschung: Fast das gesamte gereinigte Protactinium geht an Labore. Da es dort steht, wo sich die 5f-Elektronenschale zu füllen beginnt, ist es ein wichtiger Prüfstein, um zu verstehen, wie sich die Chemie der Actinoide entlang der Reihe verändert.
• Ozeanographie und Klimaforschung: Im Meerwasser gelöstes Uran erzeugt Protactinium-231 und Thorium-230 mit gleichbleibender Rate, doch die beiden haften unterschiedlich an absinkenden Partikeln. Aus ihrem Verhältnis in Sedimentkernen können Forscher rekonstruieren, wie kräftig die Tiefenzirkulation des Atlantiks in früheren Klimaphasen war.
• Studien zu Thoriumreaktoren: Im Thorium-Brennstoffkreislauf fängt Thorium-232 ein Neutron ein und durchläuft Protactinium-233, bevor es zu spaltbarem Uran-233 wird. Sein Verhalten ist für die Auslegung von Thoriumreaktoren wichtig.

Isotope

Protactinium hat keine stabilen Isotope. Das langlebigste, Protactinium-231, hat eine Halbwertszeit von etwa 32.800 Jahren und kommt natürlich als Glied der Uran-235-Zerfallsreihe vor. Zusammen mit Thorium-230 lassen sich damit Meeressedimente und Korallen bis zu einigen Hunderttausend Jahren datieren. Protactinium-233 mit einer Halbwertszeit von etwa 27 Tagen ist die entscheidende Zwischenstufe im Thorium-Brennstoffkreislauf. Das Isotop, das Fajans zuerst entdeckte, Protactinium-234m, existiert im Mittel nur etwa 1,2 Minuten, bevor es zerfällt.

Im Alltag

Dass Sie jemals Protactinium begegnen, ist äußerst unwahrscheinlich. Eine Tonne Uranerz enthält weit weniger als ein Gramm davon, auch wenn Spuren in jedem Uranmineral und im Boden rund um solche Lagerstätten vorhanden sind. Es ist ein starker Alphastrahler und chemisch giftig und kann sich, einmal in den Körper gelangt, in den Knochen festsetzen; Labore handhaben es daher nur in geschlossenen Handschuhkästen.