2. Ядерные свойства

Изотопы

Массовое число Период полураспада Тип распада

224 0,6 с α

225 2,0 с α

226 1,8 с α

227 38,3 мин. α

228 22 час. α (2%)

229 1,4 дня α (0,25%),

230 17 дней β− (10%), α (0,003%),

231 32480±260 лет α

232 1,31 дня β−

233 27,4 дня β−

234 (UX2) 1,18 мин. β−

234 (UZ) 6,7 час. β−

235 23,7 мин. β−

236 12,5 мин. β−

237 10,5 мин. β−

В настоящее время известно 14 изотопов протактиния. Из них только и встречаются в природе, остальные получены искусствен- ным путем.

Протактиний-231 – единственный природный изотоп доступный в весовых количествах. Он образуется в результате распада :

→ → →

Протактиний -233 – наиболее важный искусственный изотоп, получающийся при облучении тория нейтронами по схеме:

→ →

Протактиний-234 - второй природный изотоп элемента, полученный из -короткоживущего β-излучателя, образующегося при распаде долгоживущего изотопа урана - . Протактиний-234 существует в двух изомерных формах UX2 и UZ.

3. Методы и техника получения

Из природных источников — остатков от переработки урановой смолки — можно получить только . Кроме того, можно получить облучением медленными нейтронами:

(n, γ) → .

или при облучении быстрыми нейтронами по реакции

(n, 2n) → .

Изотоп также получают из тория:

(n, γ) → .

Металлический протактиний получают при восстановлении PaF4 парами бария или кальция при 1400-1500 С.

Изотоп выделяют из уранового сырья с применением осадительных, экстракционных и ионообменных методов.

4. Экстракция

ЭКСТРАКЦИЯ (позднелат. extractio - извлечение, от extraho - вытягиваю, извлекаю), перевод одного или несколько компонентов раствора из одной органической фазы в контактирующую и не смешивающуюся с ней другую водную фазу.

Экстракция – процесс извлечения вещества (соединения металла) из водного раствора в жидкую органическую фазу, не смешивающуюся с водой.

Экстракция может быть разовой (однократной или многократной) или непрерывной. Простейший способ экстракции из раствора — однократная или многократная промывка экстрагентом в делительной воронке.

Сущность экстракции:

водный раствор, содержащий экстрагируемое вещество обрабатывается избирательным органическим растворителем (экстрагентом). Вещество распределяется между водным раствором и растворителем в количествах, зависящих от его коэффициента распределения между двумя жидкими фазами и количественного соотношения этих фаз. Переход вещества из водной в органическую фазу совершается до тех пор, пока не будет достигнута в системе равновесие, которая определяется коэффициентом распределения.

Существует два механизма экстракции:

1. физическая - распределяемое вещество не взаимодействует на с органической, ни с водной фазами ( экстракция проводится нейтральными реагентами )

2. химическая (анионо- и катионообменная экстракция) при которой распределяемое вещество претерпевает химические превращения как в водной так и в органической фазах .

Закон распределения. Закон Генри – Нернста.

Закон распределения, в одинаковых степенях, справедлив для физического и химического механизмов экстракции. Процесс экстракции подчиняется закону распределения, который гласит, что для данной температуры отношения концентрации вещества между двумя несмешивающимися жидкостями, является величиной постоянной при различных концентрациях вещества в условиях равновесия.

Определения:

Экстрагент – органическое вещество, образующее с извлекаемым элементом, соединения способные растворяться в органической фазе (кислоты, спирты, эфиры, кетоны)

Разбавитель – органическое жидкое вещество, не смешивающее с водой, служащий растворителем экстрагента (керосин и т.д.). Благодаря разбавителю можно использовать экстрагенты или улучить физические характеристики жидких экстрагентов.

Высаливатель – неорганическое вещество (электролит) улучающий показатель экстракции.

Экстракт – органическая фаза после экстракции.

Рафинат – объединённая водная фаза.

Реэкстракт – водная фаза после экстракции, то есть извлечение металла из экстракта в водный раствор

Стадии:

1. привидение в контакт и диспергирование фаз.

2. разделение фаз на экстракт и рафинат.

3. выделение целевых компонентов из экстракта и регенерация экстрагента, для чего на ряду с дистилляцией применяют реэкстракцию, обрабатывают экстракт водным раствором вещества, обеспечивает полный перевод целевых компонентов в раствор или осадок и их концентрирование.

4. промывка экстрагента для уменьшения содержания и удаления механического, захваченного исходного раствора.

Свойства экстрагента:

- несмшиваемость;

- хорошая экстрагируемая способность и селективность;

- малая растворимость в воде, кислотах, щелочах;

- регенирация, устойчивость в водных растворах;

-отличная плотность;

-низкая вязкость, трудновоспламеняемость, нетоксичные.

В водных растворах ионы гидротируются и прочно удерживаются в водной фазе. Их извлечение происходит, если процесс сопровождается низкой энергий Гибсса. Это условие может быть выполнено при использовании в качестве экстрагентов органические соединения при взаимодействии которые с извлекаемым ионом будет компенсироваться энергия. Отвечающие этому условию органические вещества можно подразделить на две группы:

1. нейтральные экстрагенты, которые способны к образованию координационных связей с извлекаемым ионом, более прочным, чем связи молекулы воды ( Есольв. Егидр.)

2. ионообменные органические кислоты и их соли, органические основания, способны при контакте с водным раствором к обмену неорганического катиона или аниона на одноименный ион, находящейся в растворе

Эктсракционные процессы по типу применяемых экстрагентов делятся на:

1. экстракция нейтральными экстрагентами;

2. анионообменная экстракция;

3. катионообменная экстракция.

Для того чтобы нитратные соединения актинидов переходили в органическую фазу, необходимо наличие химической связи между экстрагентом и нитратами извлекаемым элементом и образуют растворимые в органической фазе координационные соединения.

Экстрагенты проявляют склонность к комплексообразованию, и чем выше их полярность, тем выше экстракционная способность, но при этом они больше растворимы в воде.

Склонность ТБФ к сольватации – результат его высокой донорной способности, связан с наличием фосфорной группы Р=О, в состав которой входит основной атом О.

Сольватация солей ТБФ осуществляется путем присоединения молекул ТБФ к катиону соли.

Основние константы и коэффициенты экстракции

1. Коэффициент распределения (D) – отношения концентрации элемента в органической и в водной фазе в условиях равновесия

D= (1)

Классификация коэффициентов подразделяется по:

- концентрация извлекаемого элемента;

- по количеству извлекаемого элемента;

- по доле извлекаемого элемента.

2. Коэффициент экстракции (µ) – отношения количества перешедшего в органическую фазу к равновесному количеству этого вещества в водном растворе.

µ = = D·n (2)

Для успешного выделения вещества необходимо, что бы µ

3. Степень извлечения (Е)- доля вещества перешедшего в органическую фазу.

Е = (3)

n- отношения объёмов в органической и в водной фазах.

n = (4)

4. Кажущая константа (К)-