Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

Определенная в наше время атомная масса предсказанного элемента – протактиния близка к 231. Хотя предсказание массы можно посчитать относительно точным, оно всё-таки не сбылось – в предсказаниях атомной массы протактиния Менделеев не мог знать, что протактиний является членом одной из всего лишь четырёх пар «перевёртышей» – пар, в которых более тяжелый элемент располагается перед более лёгким (эти пары – аргон и калий; кобальт и никель; теллур и йод; торий и протактиний). Сейчас мы знаем, что существование таких пар объясняется тем, что периодичность изменения свойств элемента зависит не от массы, а от заряда ядра, но эта концепция была разработана Мозли и Бором уже после смерти Дмитрия Ивановича.

Другие же предсказания Менделеева про протактиний сбылись – свойства протактиния действительно воспроизводят свойства тантала – его высший и наиболее устойчивый оксид Pa₂O₅, хотя необходимо учесть, что протактиний демонстрирует горизонтальную аналогию свойств с торием и ураном, проявляя степень окисления +4, а вот горизонтальную аналогию свойств Дмитрий Иванович не принимал. Менделеев точно предсказал, что протактиний будет сопутствовать урану в руде ураните (также известной как урановая смолка).

Уран и торий были открыты в 1789 и 1828 годах соответственно, а вот открытия стоящего между ними протактиния пришлось ждать до XX века. Конечно тут, как и во многих других случаях нужно определиться, какой момент можно считать открытием элемента – осознание того, что руда содержит новый элемент, выделение соединения этого элемента из руды или получения нового элемента в виде простого вещества. В зависимости от того, что мы засчитаем за открытие, фактически для любого элемента можно назвать нескольких первооткрывателей. Для протактиния же ситуация еще сложнее.

В 1900 году английский химик и изобретатель Сэр Уильям Крукс выяснил, что в некоторых урановых рудах содержится новое радиоактивное вещество, которое он назвал уран-Х. Позднее оказалось, что уран-Х представляет собой два разных вещества, получившие название UX-1 и UX-2. Второе из них – UX-2 впервые было выделено польским химиком Казимиром Фаянсом в 1913 году. Это был короткоживущий нуклид ²³⁴Pa, период полураспада которого был чуть больше минуты. Из-за малого времени жизни Фаянс назвал открытый элемент бревием.

В 1917 году немецкий физик Лиза Мейтнер выделила более устойчивый нуклид этого элемента – ²³¹Pa, который отличался большим временем жизни – его период полураспада составлял около 33 000 лет. В связи с этим Фаянс отказался от названия «бревий», поскольку правила обязывали учёных называть элемент, опираясь на свойства самого долгоживущего из изотопов. Мейтнер предложила несколько громоздкое название «протоактиний», которое потом редуцировалось до привычного протактиния. Выбор названия был продиктован тем, что α-распад протактиния приводит к образованию актиния, элемента № 89. В том же году нуклид ²³¹Pa был выделен автором термина «изотопы» Фредериком Содди и его коллегой Джоном Крэнстоном (оба ученых работали в Университете Глазго).

Протактиний – радиоактивный и высокотоксичный элемент, который не находит практического применения, однако некоторыми аспектами интересен для ученых. Так, например, определение соотношения изотопов ²³¹Pa и ²³⁰Th в океанских осадочных породах позволяет океанологам реконструировать перемещение вод в Северной Атлантике после таяния льдов последнего ледникового периода.

В 1961 году Управление по атомной энергии Великобритании, переработав 60 тонн радиоактивных отходов, выделило 125 грамм протактиния. Это и есть самый серьезный по массе мировой запас этого элемента. Создан он для научных нужд – лаборатории всего мира могут закупить протактиний, если он им нужен для экспериментов.

92. Уран