海洋的年龄是如何测定的多亏了这个稀有元素

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镤的发现历史

年,门捷列夫预言钍和铀之间有元素的存在。当时锕系元素还没有被发现。因此年代出版的周期表,先是铀、钨、锆、钍、钽,而钽下面的空格是空的。造成很长一段时间的化学家以EKA-钽作为搜索的结果来搜寻相似的化学性质如钽的元素,而使得发现镤几乎不可能。

在年,威廉·克鲁克斯从铀分离出强烈的放射性物质镤,然而他不知道他发现了一个新的化学元素,因此将其命名为铀-X。克鲁克斯将硝酸铀酰溶解于乙醚中,发现剩余的水中含有钍-和镤-。

年,当时法扬斯和格林,在他们的研究铀-衰变链:铀-→钍-→镤-→铀-,发现了镤的号同位素。因为它镤-的半衰期仅只有6.7小时,他们将这个新元素命名为Brevium(拉丁语,意思是短暂或短期)。

在年至年,两组科学家奥托·汉恩和莉斯·麦特纳,以及德国和英国的弗雷德里克·索迪和约翰·克兰斯登的,另外发现了镤-,半衰期约3.2万年。他们将这个元素更名为镤(protoactinium)(proto-源于希腊文:πρτο,意义为之前,首先;-actinium源于锕的英文名),因为镤在铀-衰变链的在锕之前。

AristidvonGrosse于年提取2毫克的Pa2O5,并于年首次分离出元素镤于0.1毫克的Pa2O5。他用两种不同的方法:第一个,氧化镤在真空中照射35keV的电子。在另一种方法中,被称为范亚克-戴波耳法,将氧化物的化学置HF换为一个卤化物(氯化物,溴化物或碘化物),然后在真空用一个电加热的金属丝制备。

年,英国原子能管理局(UKAEA)用克纯度为99.9%镤,用一个12级的过程处理60吨的废料,成本约50万美元。

美国橡树岭国家实验室提供镤的成本约美元/克。

镤的性质

密度15.37克/厘米3。熔点小于℃,具有放射性。已知同位素中,Pa寿命最长,发射α粒子,半衰期约为3.4×10^4。Pa,发射β和γ射线,半衰期为27天。其他几种同位素Pa、Pa等,都较短命。灰白色金属,有延展性能,硬度似铀。空气中稳定,晶格属正方系。化学性质与钽相似。常显示+4价和+5价。镤是第三罕有元素。它在放射衰变过程中产生锕,是锕的祖先。

在同一时间内自然界中只有几个镤原子存在并几乎都在出现后几分钟内衰变掉了,见于铀、钍和钚的裂变产物中。

海洋中的镤

镤在海水中的溶存形态可能是五价的氧化态,以PaO(OH)2.5或Pa(OH)4.5水解形态存在。这些水解产物被吸附在氢氧化物和粘土矿物等天然吸附剂的表面上,最后在海底沉积物或铁锰结核中富集。

由于镤在海水中的含量极低,所以必须要取大体积(-升)水样才能分析。通常用氢氧化铁和二氧化锰进行富集,然后再用溶剂萃取或阴离子交换法分离、纯化。至今,海水中测定镤的实例还不多。有的报道说,在太平洋赤道海域其值为3—5×10克/升,在北太平洋和加勒比海其值为1.3-2.4×10克/升。这只不过是与U平衡值的0.15-7%。不平衡的原因是与镤的水解产物沉积在海底沉积物所致。

在镤的放射性同位素中,较有意义的是Pa。利用锾镤法(Pa/Th)或镤法,可以测定海底沉积物的年代及铁锰结核和磷块结核的生长速度。

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