Úvod
Protaktinium (Pa) je vzácný, vysoce radioaktivní a toxický kovový prvek. Má protonové číslo 91 a v periodické tabulce se řadí mezi aktinoidy. V čistém stavu je to stříbřitě bílý, lesklý kov, který na vzduchu postupně tmavne a ztrácí lesk. V přírodě ho najdeme pouze ve stopových množstvích v uranových rudách, například ve smolinci, jelikož vzniká jako meziprodukt radioaktivního rozpadu uranu. Jeho získávání z rud je extrémně nákladné, proto se dnes vyrábí spíše uměle v jaderných reaktorech. Praktické využití má pouze ve vědeckém výzkumu.
Vlastnosti
Protaktinium, stříbřitě bílý a lesklý kovový prvek patřící do skupiny aktinoidů, nese protonové číslo 91. Vyznačuje se vysokou hustotou, téměř 15,4 g/cm³, a na vzduchu postupně ztrácí svůj lesk vlivem oxidace. Jeho fyzikální vlastnosti jsou extrémní; teplota tání dosahuje 1572 °C a bod varu přesahuje 4000 °C. Chemicky je poměrně reaktivní, přičemž jeho nejstabilnějším a nejběžnějším oxidačním stavem je +5. Tvoří řadu sloučenin, zejména s halogeny a kyslíkem. Za teplot pod 1,4 K vykazuje tento vzácný prvek supravodivé vlastnosti, což podtrhuje jeho vědecký význam.
Vznik názvu
Název protaktinium je odvozen z řeckých slov. První část, „protos“, znamená „první“ nebo „před“. Druhá část odkazuje na prvek aktinium. Název tedy doslova znamená „předchůdce aktinia“, protože nejstabilnější izotop protaktinia se radioaktivním rozpadem přeměňuje právě na prvek aktinium a je tak jeho mateřským prvkem.
Objev
Historie objevu protaktinia je příběhem postupného odhalování. Jeho existenci jako „eka-tantalu“ předpověděl již Dmitrij Mendělejev. První krátkodobý izotop ²³⁴Pa identifikovali roku 1913 Kasimir Fajans a Oswald Göhring, kteří mu dali jméno „brevium“ kvůli jeho nestabilitě. Zásadní průlom nastal v letech 1917–1918, kdy dva týmy nezávisle na sobě objevily mnohem stabilnější izotop ²³¹Pa. Byli to Otto Hahn a Lise Meitnerová v Německu a Frederick Soddy s Johnem Cranstonem ve Velké Británii. Nový název protaktinium, znamenající „předchůdce aktinia“, odrážel jeho pozici v rozpadové řadě.
Výskyt v přírodě
Protaktinium patří mezi nejvzácnější přirozeně se vyskytující prvky na Zemi. Nachází se v uranových rudách, jako je smolinec, kde vzniká jako produkt radioaktivního rozpadu uranu-235. Jeho koncentrace je však extrémně nízká, typicky se pohybuje v řádu zlomků části na milion. Průmyslově se netěží, jeho získávání je vedlejším produktem zpracování uranových rud nebo vyhořelého jaderného paliva. Tento proces je mimořádně náročný a nákladný, využívá složité chemické metody jako solventní extrakci a iontoměničovou chromatografii k oddělení od uranu a jiných prvků. Roční produkce pro výzkum je minimální.
Využití
Protactinium má kvůli své extrémní vzácnosti, vysoké ceně a intenzivní radioaktivitě velmi omezené praktické využití. Jeho hlavní uplatnění spočívá ve vědeckém výzkumu, především v geochemii a paleooceanografii. Izotop protaktinium-231 se spolu s thoriem-230 používá k datování mořských sedimentů a uhličitanových usazenin, což pomáhá rekonstruovat minulé klimatické změny. V přírodě se protaktinium vyskytuje v nepatrných stopových množstvích ve všech uranových rudách, jako je například smolinec. Vzniká jako meziprodukt v rozpadové řadě uranu-235, což je jeho jediný přírodní zdroj. Jeho koncentrace je mimořádně nízká.
Sloučeniny
Člověkem vyrobené sloučeniny protaktinia jsou připravovány výhradně pro výzkumné účely v laboratoři. Mezi nejznámější patří oxid protaktiničný (Pa₂O₅), což je bílá pevná látka a nejstabilnější oxid tohoto prvku, a oxid protaktiničitý (PaO₂). Dále byly syntetizovány halogenidy, jako je těkavý chlorid protaktiničný (PaCl₅) nebo fluorid protaktiničitý (PaF₄). V přírodě protaktinium kvůli své nízké koncentraci netvoří samostatné minerály. Vyskytuje se jako iont rozpuštěný ve vodě nebo je adsorbováno na povrchu jílových minerálů a jiných sedimentárních částic, často ve formě hydratovaných oxidů nebo hydroxidů.
Zajímavosti
Jednou z nejpozoruhodnějších vlastností protaktinia je jeho schopnost stát se supravodičem při teplotách nižších než 1,4 Kelvina, což je pro prvek ze skupiny aktinoidů neobvyklé. Patří mezi nejradioaktivnější a nejtoxičtější přirozeně se vyskytující prvky. Jeho alfa záření je obzvláště nebezpečné při vdechnutí nebo požití, protože způsobuje vážné poškození tkání. Je také jedním z nejvzácnějších prvků v zemské kůře; získání pouhého jednoho gramu čistého kovu je nesmírně složitý a nákladný proces. V čistém stavu je to hustý, stříbřitě bílý kov, který na vzduchu rychle ztrácí lesk.
