प्रोटॅक्टिनियम

प्रोटॅक्टिनियम :किरणोत्सर्गी (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकण्याचा गुणधर्म असणारे) मूलद्रव्य रासायनिक चिन्ह Pa अणुक्रमांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनाची संख्या) ९१ अणुभार २३१·०३६ आवर्त सारणीतील [इलेक्ट्रॉन रचनेनुसार केलेल्या मूलद्रव्यांच्या कोष्टकरूप मांडणीतील →आवर्त सारणी] ॲक्टिनाइट श्रेणीतील आणि ३ ब गटातील मूलद्रव्य वितळबिंदू सु. १,६००° से. स्थिर किरणोत्सर्गी समस्थानिका (अणुक्रमांक तोच पण अणुभार भिन्न असलेल्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकाराचा) द्रव्यमानांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांची एकूण संख्या) २३१ असून त्याचा अर्धायुकाल (किरणोत्सर्गी मूलद्रव्याची मूळची क्रियाशीलता निम्मी होण्यास लागणारा काळ) ३·४३ X १०^४ वर्षे याशिवाय २२५ ते २३७ यांच्या दरम्यान द्रव्यमानांक असलेले कित्येक समस्थानिक आढळतात आणि हे सर्व किरणोत्सर्गी असून अल्पायुषी आहेत विद्युत् विन्यास (अणुकेंद्राभोवतील विविध कक्षांमधील इलेक्ट्रॉनांची संख्या) २, ८, १८, ३२, २०, ९, २ संयुजा (इतर अणूंशी संयोग पावण्याची क्षमता दर्शविणारी अंक) ४ व ५ चतुष्कोणीय स्फटिक करड्या रंगाची वर्धनशील धातू.

इतिहास:डी. आय्. मेंडेलेव्ह यांनी १८७१ मध्ये आवर्त सारणी तयार करताना थोरियम (अणुक्रमांक ९०) व युरेनियम (अणुक्रमांक ९२) या दोन मूलद्रव्यांमधील ९१ अणुक्रमांकाच्या अज्ञात मूलद्रव्याची जागा भरण्याचे ठरवून त्याला एका-टँटॅलम असे नाव दिले. १९१३ मध्ये काझिमीर फायान्स व ओ. गोरिंग यांनी प्रोटॅक्टिनियमाचा २३४ द्रव्यमानांक असलेला पहिला समस्थानिक शोधून काढला व त्याला UX₂ किंवा ब्रेव्हियम असे नाव दिले. तथापि प्रोटॅक्टिनियमाचा २३१ द्रवमानांकाचा दीर्घायुषी समस्थानिक एफ्. सॉडी व जे. ए. क्रॅन्स्टन यांनी आणि त्याचप्रमाणे ओ. हान. व एल्. माइटनर यांनी स्वतंत्र रीत्या १९१७ मध्ये शोधून काढला. १९२६ मध्ये हान यांनी या मूलद्रव्याच्या व त्याच्या संयुगांच्या गुणधर्मांचे भाकीत केले. १९३० मध्ये ए. व्ही. ग्रोसे यांनी त्या वेळी संबोधिलेले एका-टँटँलम पेंटॉक्साइड हे संयुग दोन मिलिग्रॅम इतके मिळविले. त्याच्या अभ्यासावरून मूलद्रव्य ९१ व त्याची संयुगे ही टँटॅलम व त्यांच्या संयुगांहून वेगळी आहेत हे सिद्ध केले. मात्र प्रोटॅक्टिनियमाच्या शोधाचे श्रेय हान व माइटनर यांनाच दिले जाते. प्रोटॅक्टिनियमातून एक आल्फा कण (हीलियम अणुकेंद्र) उत्सर्जित होऊन ॲक्टिनियम (२२७) तयार होते. म्हणून Protos म्हणजे पूर्व या ग्रीक अर्थाच्या शब्दावरून त्यास प्रोटॅक्टिनियम असे नाव देण्यात आले.

आढळ:प्रोटॅक्टिनियम (२३१) हे सर्व युरेनियमाच्या नैसर्गिक निक्षेपांत (साठ्यांत) आढळते. त्यांमध्ये त्याचे प्रमाण प्रती दशलक्ष युरेनियम भागांत ०·३४ भाग इतके असते. तसेच UX₂ व UZ हे २३४ द्रव्यमानांकाचे अल्पायुषी समस्थानिक निसर्गात आढळचाच, बाकीचे समस्थानिक संश्लेषित (कृत्रिम रीत्या तयार) करतात. संश्लेषित केलेला २३३ द्रव्यमानांकाचा समस्थानिक महत्त्वाचा आहे. कारण नैसर्गिक थोरियम (२३२) पासून युरेनियमाचा भजनक्षम (अणुउर्जा मिळविण्यासाठी तुकडे पाडता येणारा) समस्थानिक युरेनियम (२३३) हा न्यूट्रॉन-ग्रास विक्रियेने तयार करण्यामध्ये प्रोटॅक्टिनियम मध्यस्थित पदार्थ आहे.  

प्रोटॅक्टिनियम (२३३) हा बीटा व गॅमा उत्सर्जक [→किरणोत्सर्ग] असून त्याचा अर्धायुकाल २७ दिवस आहे. 

निर्मिती :युरेनियम धातुकांच्या (कच्चा रूपातील धातूच्या अम्ल निष्कर्षावर संस्करण करून प्रथम कार्बोनेट अवक्षेप (न विरघळणारा साका) मिळवितात. हा अवक्षेप विरघळविल्यानंतर सिलिका जेल [→जेल] अवशेषात प्रोटॅक्टिनियम राहते व त्याच्या विद्रावापासून प्रोटॅक्टिनियम अलग करण्यासाठी मॅंगॅनीज डाय-ऑक्साइड किंवा झिर्कोनियम फॉस्फेट वाहक म्हणून वापरतात. या वाहक तंत्रात तीव्र अम्लीय विद्रावातून झिर्कोनियम अवक्षेपित होताना त्याच्याबरोबरच प्रोटॅक्टिनियम अवक्षेपित होते. वाहकापासून प्रोटॅक्टिनियम अलग करण्यासाठी झिर्कोनियम ऑक्सिक्लोराइडाचे भागशः स्फटिकीकरण करतात. दुसरी पद्धत म्हणजे हायड्रोक्लोरिक अम्लातील विद्रावातून कीटोने (उदा., डाय-आयसो-प्रोपिल कीटोन) किंवा अल्कोहॉले यांच्या साहाय्याने प्रोटॅक्टिनियमाचे निष्कर्षण करतात. विद्रावकातून (विरघळविणाऱ्या द्रवातून) पुन्हा प्रोटॅक्टिनियम निष्कर्षित करण्यासाठी जलीय हायड्रोफ्ल्युओरिक अम्ल विद्रावाचा उपयोग करतात. ॲल्युमिनियम क्लोराइड व हायड्रोक्लोरिक अम्ल फ्ल्युओराइड निष्कर्षात घातल्यास त्यापासून कार्बनी विद्रावकांनी पुन्हा प्रोटॅक्टिनियम निष्कर्षित करता येते. या क्रिया अलगीकरण व सांद्रीकरण (प्रमाण वाढविणे) असा चक्रीय स्वरूपात एकत्र करता येतात. 

प्रोटॅक्टिनियम लवणांचे शुद्धीकरण करण्यासाठी वर वर्णन केलेल्या कार्बनी विद्रावकांच्या पद्धतीखेरीज आयन-विनिमय रेझिने [→आयन-विनिमिय], प्रोटॅक्टिनियम पेरॉक्साइडाचे अवक्षेपण इ. पद्धती वापरण्यात येतात. 

प्रोटॅक्टिनियम धातू तयार करण्यासाठी प्रोटॅक्टिनियम टेट्राफ्ल्युओराइडाचे १,५००° से. तापमानाला धातुरूप बेरियमाने ⇨क्षपण करणे,उच्च निर्वातात प्रोटॅक्टिनियम हॅलाइड (सामान्यतः आयोडाइड) तापविणे आणि उच्च निर्वातात प्रोटॅक्टिनियम ऑक्साइडावर ३५ KeV (किलो इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट, १ इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट = १·६०२ X १० ^-१९ जूल) ऊर्जेच्या इलेक्ट्रॉनांचा काही तास भडिमार करणे व त्या वेळी विद्युत् प्रवाह ०·००५-०·०१० अँपिअर ठेवणे या पद्धती वापरतात.

याखेरीज इतर मूलद्रव्यांवर (उदा., थोरियमावर) ड्यूटेरॉन, न्यूट्रॉन, आल्फा कण यांसारख्या कणांचा भडिमार करूनही प्रोटॅक्टिनियमाचे समस्थानिक संश्लेषणाने मिळविता येतात.

गुणधर्म:धातुरूप प्रोटॅक्टिनियम पूर्णतः धनविद्युती (इलेक्ट्रॉन देऊन टाकण्याची व धन विद्युत् भार धारण करण्याची प्रवृत्ती असलेले) आहे. याच्या चतुःधनविद्युती व पंचधनविद्युती अशा दोन ऑक्सिडीकरण अवस्था [→ऑक्सिडीभवन] आढळतात. त्यांपैकी पंचधनविद्युती अवस्थेचे प्राधान्य अधिक आहे. काही विशिष्ट क्षपणकारक परिस्थितीत (उदा., जलीय विद्रावात जस्त पारदमेलाने – जस्ताच्या पाऱ्यातील विद्रावाने – विक्रिया करून) चतुःधनविद्युती अवस्था मिळविता येते. प्रोटॅक्टिनियमाच्या चतुःधनविद्युती अवस्थेचे जलीय विद्राव व धन संयुगे यांच्या बाबतीतील गुणधर्म ॲक्टिनाइड श्रेणीतील इतर चतुःधनविद्युती मूलद्रव्यांप्रमाणेच आढळतात. पंचधनविद्युती अवस्था जेव्हा जटिल आयनाच्या (विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगटाच्या) रूपात नसते, तेव्हा विद्रावात ती PaO₂⁺ या रूपात असण्याची शक्यता असते. पंचधनविद्युती अवस्थेतील बहुतेक सर्व संयुगे जलीय विद्रावात सहजपणे जलीय विच्छेदित होतात (पाण्याच्या विक्रियेने रेणूचे तुकडे होतात) व कलिलीय परिमाणाइतक्या [→कलिल] परिमाणाचे कणसमूह तयार होतात. (मात्र PaF₇^{– –}सारखे काही जटिल धनायन – विद्युत् विच्छेदनात धनाग्राकडे आकर्षित होणारे ऋण विद्युत् भारित आयन – जलीय विच्छेदनाच्या बाबतीत स्थिर असल्याचे दिसून येते स्थिर ऋणायनी अवस्था आढळलेल्या नाहीत). त्यामुळे याबाबतीत त्यांचे टँटॅलम व निओबियम यांच्या संयुगांशी साम्य दिसून येते. जलीय विच्छेदन व अधिशोषण (दुसऱ्या पदार्थाच्या पृष्ठभागाशी आकृष्ट करून घेऊन तेथे साचवून ठेवण्याची क्रिया) यांनी ही संयुगे जलीय विद्रावातून वेगळी करता येत असल्यामुळे वरील गुणधर्म महत्त्वाचे आहेत. इतर अनेक पदार्थांबरोबर प्रोटॅक्टिनियम सह-अवक्षेपित होते आणि त्याचे स्पष्टीकरण जलीय विच्छेदन व अधिशोषण या त्याच्या संयुगांच्या गुणधर्मातच असण्याची शक्यता आहे. साध्या लवणांच्या रूपात जलीय विद्रावात प्रोटॅक्टिनियम ठेवणे कठीण आहे. ज्या अल्प प्रमाणातच ती पाण्यात विरघळलेली आढळतात ती केवळ जटिल आयन तयार झाल्यामुळेच, असे दिसून येते. फ्ल्युओराइड आयन तीव्रतेने प्रोटॅक्टिनियमाशी जटिल रीतीने संयोगित होतो आणि त्यामुळेच सामान्यतः प्रोटॅक्टिनियमाची संयुगे हायड्रोफ्ल्युओरिक अम्लात विरघळतात. 

पंचसंयुजी अवस्थेत याचे निओबियम व झिर्कोनियम यांच्याशी साम्य आढळते. PaCl₅, PaBr₅ व PaI₅ ही पेटॅंहॅलाइडे निओबियम व टँटॅलम हॅलाइडांशी साम्य दर्शवितात. मात्र पेंटॉक्साइड Pa₂O₅ हे निओबियम व टँटॅलम यांच्या पेंटॉक्साइडांपेक्षा कमी अम्लीय आहे. बहुतेक पंचसंयुजी संयुगे रंगहीन आहेत. मात्र टॅनिक अम्लाने पिवळा साका मिळतो. त्याचप्रमाणे क्यूफेरॉन, पायरोगॅलॉल यांमुळेही रंगीत साका मिळतो. क्रोमियम (II) आयनासारख्या तीव्र क्षपणकाने [→क्षपण]प्रोटॅक्टिनियम चतुर्संयुजी होते. चतुर्संयुजी संयुगे रंगीत आणि न विरघळणारी असतात. चतुर्संयुजी अवस्थेत त्यांचे थोरियम संयुगांशी साम्य आढळून येते. 

प्रोटॅक्टिनियम ऑक्झॅलेट वा सजल ऑक्साइड पेटवून प्रोटॅक्टिनियम पेटॉक्साइड (Pa₂O₅) तयार करतात. याची पांढरी पूड असून त्याचा वितळबिंदू उच्च आहे.

प्रोटॅक्टिनियम ऑक्साइड व फॉस्जीन (कार्बोनिल क्लोराइड COCl₂) यांची निर्वातात ५५०°से. ला कार्बन टेट्राक्लोराइडाबरोबर २००° से. ला विक्रिया करून बाष्पनशील (बाष्परूपाने उडून जाणारे) प्रोटॅक्टिनियम पेंटाक्लोराइड तयार करतात. याचे ६००° से. ला हायड्रोजनाने क्षपण केल्यास टेट्राक्लोराड (Pacl₄) तयार होते. हायड्रोजन हॅलाइड वा क्षार (अल्कली) हॅलाइडे आणि पेंटाक्लोराइड यांची विक्रिया करून तत्सम हॅलाइडे तयार करता येतात. प्रोटॅक्टिनियम फ्ल्युओराइड (PaF₅) हे बाष्पनशील संयुग अथवा ऑक्सिफ्ल्युओराइड (PaOF₃) हे २००° से. ला प्रोटॅक्टिनियमाच्या एकाद्या ऑक्साइडावर BrF₃ वा BrF₅ यांची विक्रिया करून तयार करता येते. उच्च तापमानास हायड्रोजन व हायड्रोजन फ्ल्युओराइड यांची पेंटॉक्साइडाबरोबर विक्रिया होऊन PaF₄ हे तयार होते. पोटॅशियम फ्ल्युओप्रोटॅक्टिनेट (K₂PaF₇) व बेरियम फ्ल्युओप्रोटॅक्टिनेट (BaPaF₇) ही जटिल संयुगेही तयार करता येतात. ती कमी विद्राव्य आहेत. 

कारेकर, न. वि.

“