PROTACTINIUM

Le protactinium (Pa) est l'élément chimique de numéro atomique 91. Tous ses isotopes sont radioactifs ; deux d'entre eux, ²³¹Pa et ²³⁴Pa, existent dans la nature associés à la géochimie de l' uranium. L'isotope de masse 231, émetteur α de demi-vie T_1/2 = 32 760 ans, appartient à la famille radioactive 4n + 3 engendrée par l'uranium 235 et se trouve en quantité pondérable dans les minerais d'uranium (0,3 partie par million). Il donne naissance à l'actinium 227 : d'où son nom. L'autre isotope naturel, ²³⁴Pa, en filiation avec ²³⁸U (famille 4n + 2), n'existe qu'à l'état de trace. Il a deux isomères émetteurs β^– : UX₂ (T_1/2 = 1,159 min) et UZ (T_1/2 = 6,70 h). C'est l'isotope UX₂ qui a été séparé le premier de son parent ²³⁴Th (UX₁), en 1913, par Kasimir Fajans et O. H. Göring ; ²³¹Pa a été découvert cinq ans plus tard indépendamment par Otto Hahn et Lise Meitner et par Frederick Soddy et John A. Cranston. On a préparé 27 isotopes artificiels, dont l'un, ²³³Pa (β^–, T_1/2 = 26,975 j), d'obtention aisée par irradiation neutronique du thorium 232, selon la séquence :

La quantité de ²³¹Pa produite est de l'ordre de 10 grammes par tonne de thorium irradié pendant un an dans un réacteur nucléaire ayant un flux de 4 × 10¹³ n.cm^–2.s^–1. Cette voie a été utilisée en ex-U.R.S.S. Les propriétés physico-chimiques du protactinium ont été intensément utilisées jusque vers les années 1980, et cet élément suscite encore des recherches car c'est un élément clé de la classification périodique : c'est celui où apparaît le premier électron 5f.

Obtention et propriétés physiques

L'extraction du protactinium à partir de diverses fractions résiduelles résultant de l'attaque des minerais d'uranium ou du thorium irradié est une opération extrêmement difficile qui explique que la quantité de protactinium à l'état pur dans le monde ait été d'environ 200 g, dont 130 g ont été préparés en 1960 par des radiochimistes britanniques. Avant cette date, peu de laboratoires disposaient de cet élément en quantité pondérable. L'année 1960 a marqué le début d'une période extrêmement fertile pour la connaissance des propriétés de cet élément et de ses composés. Aristid von Grosse prépara le premier, en 1927, 2 mg d'oxyde Pa₂O₅, puis le protactinium, en 1934, par bombardement électronique de cet oxyde ou par dissociation thermique d'un halogénure sur un fil de tungstène. Depuis, plusieurs échantillons de quelques milligrammes ont été obtenus par réduction de PaF₄ avec la vapeur de calcium ou de baryum à 1 400 ⁰C. On a produit le protactinium métallique extrêmement pur à l'échelle du gramme par dissociation de PaI₅ sur un globule de tungstène chauffé par haute fréquence, PaI₅ étant lui-même produit à partir du carbure PaC par attaque avec du diiode (I₂).

Le protactinium est un métal de couleur grise, de structure quadratique centrée (puis cubique centrée vers 1 170 ⁰C), malléable, qui fond à 1 560 ⁰C. Il se ternit rapidement à l'air en formant PaO, réagit avec l'[...]