Dans le tableau périodique des éléments chimiques, le protactinium appartient au bloc f et au groupe des actinides. Son symbole est Pa. Il porte le numéro atomique 91. Cela signifie que son noyau contient 91 protons. Tous ses 29 isotopes connus sont radioactifs. C’est un élément en argent métallique qui se présente sous une structure quadratique centrée. Le métal est de couleur gris.
Étymologiquement, son nom est composé du grec πρῶτος qui signifie « premier » et « actinium ». Dans la chaîne de désintégration radioactive de l’uranium 235 où il est placé, le protactinium 231 se place avant l’actinium. Il est naturellement présent dans les minerais d’uranium.
En 1900, le chimiste britannique William Crookes sépare l’uranium de l’un de ses produits de transformation radioactive. Ne connaissant pas l’identité de ce produit, il le nomme uranium-X.
En 1913, Kasimir Fajans et Otto H. Göhring produisent l’isotope 234Pa pendant une courte durée avec une demi-vie de 1,17 minute. À cette époque, ils nomment leur découverte « brévium ».
En 1918, le radio-isotope de protactinium le plus stable 231Pa est identifié par les chimistes Otto Hahn et Lise Meitner. L’isotope 231Pa possède une période radioactive de 32 760 ans. Les chimistes lui donnent le nom de protoactinium.
En 1934, l’isolation du métal a été pratiquée par le biais du procédé Van-Arkel-de-Boer. Ce procédé industriel consiste à utiliser des iodures pour composer des métaux purs.
En 1949, l’IUPAC reconnaît l’élément et le nomme officiellement protactinium.
29 isotopes du protactinium ont été pratiquement reconnus. Parmi eux, les plus stables sont :
Les autres isotopes n’ont qu’une durée de demi-vie inférieure à 1,6 jour.
Le protactinium dispose de deux isomères peu stables. Le premier est 217mPa avec une demi-vie de 1,15 milliseconde, et le second est 234mPa avec une demi-vie de 1,17 minute.
Les isotopes 231Pa et 234Pa sont associés à la chaîne de désintégration radioactive de l’uranium.
23592U ⟶ 23190Th + 42He ;
23892U ⟶ 23490Th + 2234He;
23490Th ⟶ 234m91Pa + e− + ‾νe.
‾ve indique l’antineutrino électronique.
Le protactinium paraît très radiotoxique en cas d’ingestion et d’inhalation à cause de son rayonnement α très élevé. Il atteint des valeurs supérieures à celles du plutonium 238. À cause de cette toxicité, l’homme ne doit pas entrer en contact direct avec cet élément chimique.
Parmi les éléments naturels, le protactinium est l’un des plus chers et des plus rares. Il se présente en très faible quantité à la surface de la Terre. Sa teneur est de 1 partie par million dans les minéraux qui renferment de l’uranium ou du thorium. Il se forme à partir de la décroissance radioactive de l’uranium. Il n’existe pas à l’état naturel, il est donc intégralement artificiel.
Le protactinium se présente sous forme de métal argenté assez dense. Ses propriétés sont situées entre celles du thorium et de l’uranium. En dessous de 1,4 K, le protactinium devient supraconducteur.
D’une part, il réagit avec la vapeur d’eau, les acides inorganiques et l’oxygène. D’autre part, il ne réagit pas aux métaux alcalins.
Les composés chimiques les plus connus du protactinium sont :
Le protactinium est surtout utilisé dans des céramiques condensateurs et dans la recherche pour la détection de rayons X. Il est également employé dans le domaine médical. Le protactinium –231 sert à doser des produits chimiques présents dans la salive et le sang ainsi que des hormones. Il sert également à produire des isotopes radioactifs nécessaires à l’imagerie médicale et la radiothérapie.
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