231,03588(1)<ref name="CIAAW">IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights: Standard Atomic Weights of 14 Chemical Elements Revised. In: Chemistry International. 40, 2018, S. 23, doi:10.1515/ci-2018-0409.</ref> u
1843 ± 50 K<ref>Rudy J. M. Konings, Ondrej Beneš: The Thermodynamic Properties of the f-Elements and Their Compounds. I. The Lanthanide and Actinide Metals. In: Journal of Physical and Chemical Reference Data. Band 39, Nr. 4, 2010, Artikel 043102, Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Handle“ ist nicht vorhanden..</ref> (1570 ± 50 °C)
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar<ref name="NV">Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung. In Bezug auf weitere Gefahren wurde dieses Element entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden. </ref>
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
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Protactinium (Vorlage:GrcS und Actinium; Silbentrennung Prot.ac.ti.ni.um oder Pro.tac.ti.ni.um) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Pa und der Ordnungszahl 91. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Actinoide (7. Periode, f-Block). Es ist silbrig metallisch und wird unterhalb von 1,4 K supraleitend. Es ist radioaktiv und kommt in der Natur extrem selten vor. Die größte Menge an Protactinium wird künstlich erzeugt.
Dmitri Mendelejew postulierte im Jahre 1871 die Existenz eines Elements zwischen Thorium und Uran.<ref>Philip J. Stewart: Mendeleev’s predictions: success and failure. In: Foundations of Chemistry. Band 21, 2019, S. 3–9, Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Handle“ ist nicht vorhanden.</ref> Die Reihe der Actinoiden-Elemente war zu der Zeit noch unbekannt. Daher wurde Uran unterhalb des Wolframs gesetzt, und Thorium unterhalb des Eka-Zirconiums (dem damals ebenfalls noch unentdeckten Element Hafnium), wobei der Platz unterhalb des Tantals freiblieb. Bis in die 1950er Jahre wurde das Periodensystem in dieser Form dargestellt.<ref>Michael Laing: A Revised Periodic Table: With the Lanthanides Repositioned. In: Foundations of Chemistry. 2005, 7 (3), S. 203 (doi:10.1007/s10698-004-5959-9).</ref> Für lange Zeit suchten Chemiker nach Eka-Tantal mit ähnlichen chemischen Eigenschaften zum Tantal.
Datei:Periodensystem Mendelejews.jpgMendelejews Periodensystem von 1871 mit einer Lücke für Protactinium am unteren Rand, zwischen Thorium (Th = 231) und Uran (U = 240)
234mPa wurde 1913 von Kasimir Fajans und Oswald Helmuth Göhring entdeckt, sie gaben ihm wegen seiner kurzen Halbwertszeit (1,17 Minuten) den Namen Brevium (Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:lang“ ist nicht vorhanden. ‚kurz‘).<ref>K. Fajans: Die Stellung der Radioelemente im periodischen System. In: Physikalische Zeitschrift. 1913, 14 (4), S. 136–142.</ref><ref>Kasimir Fajans: Radioactive Transformations and the Periodic System of The Elements. In: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 1913, 46, S. 422–439.</ref><ref>K. Fajans, O. Göhring: Über die komplexe Natur des UrX. In: Die Naturwissenschaften. 1913, 1 (14), S. 339. (digizeitschriften); doi:10.1007/BF01495360; Vorlage:Bibcode.</ref><ref>K. Fajans, O. Göhring: Über das Uran X2-das neue Element der Uranreihe. In: Physikalische Zeitschrift. 1913, 14, S. 877–884.</ref>
Das langlebige 231Pa (t½ = 32.760 Jahre) wurde 1917 von Otto Hahn und Lise Meitner gefunden (veröffentlicht 1918), sie nannten es Protactinium (von griechisch πρῶτος = protos: das Erste, der Vorhergehende, das chemische Element, das in der Zerfallsreihe des Uran-235 vor dem Actinium steht).<ref>Otto Hahn, Lise Meitner: Die Muttersubstanz des Actiniums, ein Neues Radioaktives Element von Langer Lebensdauer. In: Physikalische Zeitschrift. 1918, 19, S. 208–218 (doi:10.1002/bbpc.19180241107).</ref><ref>Lise Meitner, Otto Hahn: Über das Protactinium und die Frage nach der Möglichkeit seiner Herstellung als chemisches Element. In: Die Naturwissenschaften. 1919, 7 (33), S. 611–612 (doi:10.1007/BF01498184).</ref> Unabhängig gelang die Entdeckung des langlebigen Isotops in England Frederick Soddy und John Arnold Cranston, wobei letzterer nicht veröffentlichen konnte, da er 1915 Soldat im Ersten Weltkrieg wurde.<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Vorlage:Webarchiv/WaybackSkriptfehler: Ein solches Modul „TemplatePar“ ist nicht vorhanden. Linktext ungültig.Vorlage:Webarchiv/Wartung/URLSkriptfehler: Ein solches Modul „TemplUtl“ ist nicht vorhanden.</ref><ref>Frederick Soddy, John A. Cranston: The parent of Actinium. In: Proc. R. Soc. Lond. A. Band 94, Nr. 662, 1918, S. 384–404, Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Handle“ ist nicht vorhanden..</ref>
Im Jahre 1921 entdeckte Otto Hahn, dass es neben dem von Fajans gefundenen Brevium-234 ein weiteres betastrahlendes Nuklid mit der Massenzahl 234 gibt, das sich von Brevium-234 lediglich durch seine längere Halbwertszeit von 6,7 Stunden unterscheidet; es handelt sich hierbei um den seltenen Fall einer Kernisomerie.<ref>Otto Hahn: Über eine neue radioaktive Substanz im Uran. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 1921, 54 (6), S. 1131–1142 (doi:10.1002/cber.19210540602).</ref>
1928 entwickelten Mitarbeiter Otto Hahns ein Verfahren, um Protactinium aus Rückständen der Radium-Herstellung zu isolieren. Im Labor der I.G. Farben in Ludwigshafen wurden dadurch 40 mg Protactinium(V)-oxid aus einer halben Tonne Radium-Rückständen aus Joachimsthal hergestellt.<ref>Aristid v. Grosse: Zur Herstellung von Protactinium. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. Band 68, Nr. 2, 1934, S. 307–309, Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Handle“ ist nicht vorhanden..</ref> 1934 gewann Aristid von Grosse erstmals metallisches Protactinium. Er nutzte dabei zwei verschiedene Verfahren. Zum einen beschoss er Protactiniumoxid mit Elektronen, wodurch sich Sauerstoff abspaltete und das Metall zurückblieb. Zum anderen stellte er Protactiniumhalogenide (Chlorid, Bromid, Iodid) her, die er auf einem Wolframdraht elektrisch erhitzte. Dabei zersetzten sich die Halogenide zu metallischem Protactinium und den elementaren Halogenen. Die Ausbeute war beim Iodid am besten, beim Chlorid am schlechtesten.<ref>A. V. Grosse: Metallic Element 91. In: Journal of the American Chemical Society. Band 56, 1934, S. 2200–2201, Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Handle“ ist nicht vorhanden..</ref>
<chem>2 PaI5 -> 2 Pa + 5 I2</chem>
Der offizielle Name für alle drei Isotope sowie alle künstlich herstellbaren Isotope mit der Ordnungszahl 91 wurde 1949 von der IUPAC zu Protactinium bestimmt.<ref>Names of New Elements Confirmed by International Union of Chemistry. In: Chemical & Engineering News. 1949, Band 27, Nummer 42, S. 2996–3091 Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Handle“ ist nicht vorhanden..</ref>
Protactinium ist eines der seltensten Elemente auf der Erde, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste wurde auf 0,87 · 10−6 ppm und die Gesamtmenge der Erde auf 22 Millionen Tonnen berechnet. Das natürlich vorkommende Protactinium besteht fast ausschließlich aus dem Isotop 131Pa. Vorkommen des Elements sind eng mit Uranvorkommen verbunden, da 231Pa als Teil der Uran-Actinium-Reihe ein Tochterisotop von 235U ist. Dieses zerfällt zu 231Th, das weiter zu 231Pa zerfällt.<ref name="MorssPa" details="S. 170-171">Boris F. Myasoedov, H. W. Kirby, Ivan G. Tananaev: Protactinium. In: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Springer, Dordrecht 2006, ISBN 1-4020-3555-1, S. 161–252.</ref> Im reichsten Uranerz Pechblende sind etwa 0,1 ppm enthalten.<ref>Britain Declassifies Protactinium Extraction. In: Chemical & Engineering News Archive. Band 39, Nr. 32, 1961, S. 48–49, Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Handle“ ist nicht vorhanden..</ref>
In Lavaschmelzen wirkt Protactinium wahrscheinlich als stark inkompatibles Element, das kaum in magmatische Gesteine eingebaut wird. Eine Ausnahme ist Zirkon, hier wurde ein Verteilungskoeffizient zwischen 0,9 und 2,2 gefunden.<ref name="EncyclGeochem">Julie Prytulak: Protactinium . In: William White (Hrsg.): Encyclopedia of Geochemistry. Springer, 2018, ISBN 978-3-319-39311-7, S. 1287–1290.</ref>
Uran hat eine annähernd konstante Konzentration in Meerwasser. Dagegen sind Thorium und Protactinium schlechter löslich als Uran, haften sich an absinkende Partikel und reichern sich im marinen Sediment an. Da Thorium und Protactinium unterschiedlich gut löslich sind (Thorium schlechter als Protactinium) können aus dem Verhältnis von 230Th und 231Pa Rückschlüsse auf Strömungen und die Zirkulation im Ozean gezogen werden.<ref name="EncyclGeochem"/>
Weitere Isotope, die natürlich vorkommen, sind 234mPa, 234Pa und 233Pa. 234mPa ist ein Bestandteil der Uran-Radium-Reihe, in der 238U zunächst zu 234Th und dieses dann weiter zum metastabilen 234mPa zerfällt.<ref name="MorssPa" details="S. 170-171"/> Auf Grund der sehr kurzen Halbwertszeit dieses Isomers ist mengenmäßig im Vergleich zu 231Pa nur sehr wenig auf der Erde vorhanden, seine Aktivität durch γ-Emissionen ist aber ein wichtiger Bestandteil der natürlichen Radioaktivität, etwa von Rohphosphorsäure.<ref>E.M. El Afifi, M.A. Hilal, E.H. Borai: Comparative study for measurement of environmental natural radioactivity in the crude phosphoric acid using nuclear and non-nuclear techniques. In: Journal of Environmental Chemical Engineering. Band 3, Nr. 4, Teil A, 2015, S. 2909–2916, Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Handle“ ist nicht vorhanden..</ref> Auch 234Pa ist in der Uran-Radium-Reihe enthalten, da 0,16 % des 234mPa in einem Isomerieübergang in den Grundzustand übergehen.<ref name="NUBASE2020">F. G. Kondev, M. Wang, W. J. Huang, S. Naimi, G. Audi: The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties. In: Chinese Physics C. 2021, Band 45, Nummer 3, Artikel 030001, S. 161, Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Handle“ ist nicht vorhanden..</ref> 233Pa wurde noch nicht direkt in der Natur beobachtet, aber sowohl das Mutterisotop 237Np als auch das weitere Zerfallsprodukt 225Ac. Daraus wurde geschlossen, dass sich durch Neutroneneinfang237U natürlich bilden kann, das dann über die Neptunium-Reihe und damit auch 233Pa zerfällt.<ref name="MorssPa" details="S. 170-171"/>
In den Jahren 1959 und 1961 wurden von der United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA) 125 Gramm Protactinium mit einer Reinheit von 99,9 Prozent aus 60 Tonnen abgebrannter Kernbrennstäbe in einem 12-stufigen Prozess extrahiert; die Kosten betrugen etwa 500.000 US-Dollar.<ref name="CRC">Vorlage:CRC Handbook</ref> Für viele Jahre war dies die einzig weltweit verfügbare Quelle für Protactinium, von der jeweils verschiedene Laboratorien für wissenschaftliche Untersuchungen versorgt wurden.<ref name="Emsley">John Emsley: Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press, Oxford, England, UK 2001, ISBN 0-19-850340-7, S. 347–349, Kapitel: Protactinium (Fehler im Ausdruck: Unerwarteter Operator <#v=onepage eingeschränkte Vorschau in der Google-BuchsucheSkriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:GoogleBook“ ist nicht vorhanden.Skriptfehler: Ein solches Modul „TemplatePar“ ist nicht vorhanden.).</ref>
Protactinium ist silbrig metallisch und wird supraleitend unterhalb von 1,4 K.<ref name="super">R. D. Fowler, B. T. Matthias, L. B. Asprey, H. H. Hill, J. D. G. Lindsay, C. E. Olsen, R. W. White: Superconductivity of Protactinium. In: Phys. Rev. Lett. 1965, 15 (22), S. 860–862 (doi:10.1103/PhysRevLett.15.860; Vorlage:Bibcode).</ref>
Wegen seiner Seltenheit, hohen Radioaktivität und Giftigkeit findet Protactinium außer in der Forschung keine praktische Anwendung.
In Protactinium 231Pa, das beim Zerfall von Uran 235U entsteht und sich in Kernreaktoren auch durch die Reaktion 232Th + n → 231Th + 2n und anschließenden Betazerfall bildet, kann möglicherweise eine nukleare Kettenreaktion zustande kommen, die prinzipiell auch zum Bau von Atomwaffen genutzt werden könnte. Die kritische Masse beträgt nach Angabe von Walter Seifritz 750±180 kg.<ref>Walter Seifritz: Nukleare Sprengkörper – Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit. Thiemig-Verlag, 1984, ISBN 3-521-06143-4.</ref> Andere Autoren kommen zum Schluss, dass eine Kettenreaktion selbst bei beliebig großer Masse in Protactinium 231Pa nicht möglich ist.<ref>S. Ganesan, Umasankari Kannan, P. D. Krishnani, V. Jagannathan, R. P. Jain, R. Karthikeyan: A Re-calculation of Criticality Property of 231Pa Using New Nuclear Data. In: Current Science. 1999, 77 (5), S. 667–671. (PDF).</ref>
Seit der Verfügbarkeit moderner, sehr sensibler Massenspektrometer ist eine Anwendung des 231Pa beispielsweise als Tracer in der Paläozeanographie möglich geworden.<ref>J. F. McManus, R. Francois, J.-M. Gherardi, L. D. Keigwin, S. Brown-Leger: Collapse and rapid resumption of Atlantic meridional circulation linked to deglacial climate changes. In: Nature. 2004, 428, S. 834–837 (doi:10.1038/nature02494; <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Vorlage:Webarchiv/WaybackSkriptfehler: Ein solches Modul „TemplatePar“ ist nicht vorhanden. Linktext ungültig.Vorlage:Webarchiv/Wartung/URLSkriptfehler: Ein solches Modul „TemplUtl“ ist nicht vorhanden.).</ref>
Protactinium(IV)-oxid (PaO2) ist ein schwarzes, kristallines Pulver. Protactinium(V)-oxid (Pa2O5) ist ein weißes, kristallines Pulver. Beide weisen ein kubisches Kristallsystem auf.
Protactinium(V)-chlorid (PaCl5) bildet gelbe monokline Kristalle und besitzt eine Kettenstruktur bestehend aus 7-fach koordinierten pentagonalen Bipyramiden.<ref>R. P. Dodge, G. S. Smith, Q. Johnson, R. E. Elson: The Crystal Structure of Protactinium Pentachloride. In: Acta Cryst. 1967, 22, S. 85–89 (doi:10.1107/S0365110X67000155).</ref>
Einstufungen nach der GHS-Verordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen, die eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren spielt. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.
Harold W. Kirby: The Radiochemistry of Protactinium. National Academies, 1959 (PDF).
Boris F. Myasoedov, Harold W. Kirby, Ivan G. Tananaev: Protactinium. In: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Springer, Dordrecht 2006, ISBN 1-4020-3555-1, S. 161–252 (doi:10.1007/1-4020-3598-5_4).
Eric Scerri: A tale of seven elements. Oxford University Press, Oxford 2013.
[[wikt:Skriptfehler: Ein solches Modul „WLink“ ist nicht vorhanden.|Wiktionary: Skriptfehler: Ein solches Modul „WLink“ ist nicht vorhanden.]] – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Skriptfehler: Ein solches Modul „TemplatePar“ ist nicht vorhanden.
Eintrag zu Protactinium. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:AbrufdatumSkriptfehler: Ein solches Modul „TemplatePar“ ist nicht vorhanden.Skriptfehler: Ein solches Modul „TemplatePar“ ist nicht vorhanden.
Linda Raber: Protactinium, Chemical & Engineering News, 2003
