Protactinio
El protactinio es un elemento químico de símbolo Pa y número atómico 91. Es un metal actínido denso y de color gris plateado que reacciona fácilmente con el oxígeno, el vapor de agua y los ácidos inorgánicos. Forma diversos compuestos químicos en los que suele estar presente en estado de oxidación +5, aunque también puede asumir los estados +4 e incluso +2 o +3.
Identidad
- Masa atómica
- 231.036 u
- Categoría
- Actínidos
- Grupo
- 3
- Periodo
- 7
- Bloque
- f
- Estado(s) de oxidación
- +4, +5
- Fase (25 °C)
- Sólido
- Apariencia
- brillo metálico plateado brillante
Estructura electrónica
- Configuración
- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f2 6d1
- Configuración abreviada
- [Rn] 5f2 6d1 7s2
- Electrones por capa
- 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
- Electronegatividad (Pauling)
- 1.50
- Afinidad electrónica
- 53.0 kJ/mol
- 1.ª energía de ionización
- 568 kJ/mol
Propiedades físicas
- Punto de fusión
- 1567.8 °C (1841 K)
- Punto de ebullición
- 4026.8 °C (4300 K)
- Densidad
- 15.37 g/cm³
- Calor molar
- —
Comportamiento químico del protactinio
El protactinio tiene cinco electrones externos ([Rn] 5f² 6d¹ 7s²) y actúa como +5, con un +4 estable en el dióxido y los haluros. Su electronegatividad es baja (1,50) y es denso, brillante y extremadamente raro. Toda su química se estudia en microgramos blindados: es tan radiactivo que calienta sus propios compuestos y los descompone.
Reactividad
4 Pa + 5 O₂ → 2 Pa₂O₅
En aire se cubre de pentóxido blanco, muy estable. Calentado, arde hasta el óxido +5, que resiste ácidos concentrados.
Pa + 4 HF → PaF₄ + 2 H₂
Con fluorhídrico da tetrafluoruro insoluble, útil para separarlo del uranio y el torio en reprocesado.
Pa₂O₅ + 6 HCl → 2 PaOCl₃ + 3 H₂O
Con clorhídrico forma oxicloruros complejos, base de su separación por extracción con disolventes en celdas calientes.
Pa + 5 F₂ → PaF₅
Con flúor en exceso da pentafluoruro volátil, que sublima y permite purificarlo por destilación de fluoruros.
Compuestos destacados
| Compuesto | Fórmula | Uso o importancia |
|---|---|---|
| Pentóxido de protactinio | Pa₂O₅ | Forma estable y datación Pa-Th |
| Tetrafluoruro de protactinio | PaF₄ | Separación de uranio y torio |
| Pentafluoruro de protactinio | PaF₅ | Purificación por volatilidad |
| Dióxido de protactinio | PaO₂ | Combustibles experimentales |
| Oxicloruro de protactinio | PaOCl₃ | Intermedio radioquímico |
Representación de la distribución electrónica por niveles
Ver en el constructor de átomosIsótopos
El protactinio-231 (²³¹Pa, 32.760 años) domina la cadena del uranio-235 y es el isótopo de referencia en datación marina. El protactinio-233 (²³³Pa, 27 días) es el puente obligado entre torio-233 y uranio-233 en ciclos de torio. El protactinio-234m (¹m, 1,17 minutos) marca fugas de uranio en salvaguardias.
Presencia y obtención
Aparece en trazas en pechblenda, del orden de 0,3 ppm del uranio: unas 100 toneladas en toda la corteza accesible. Todo procede de la desintegración del uranio-235, proceso de fisión nuclear en cadena. Se extrae de residuos de uranio o de combustible gastado por extracción con disolventes en instalaciones autorizadas.
Historia y origen del nombre
Kasimir Fajans y Oswald Göhring lo entrevieron en 1913 como brevium por su vida corta; Hahn y Meitner aislaron el Pa-231 en 1917 y lo llamaron protactinio, porque engendra actinio al desintegrarse. El pleito de prioridades duró años. Su rareza lo mantuvo en vitrinas hasta que la oceanografía lo volvió reloj del clima.
Aplicaciones y relevancia del protactinio
Usos del elemento
Como metal apenas se usa por su escasez y radiación; su valor es científico: blancos de Pa-231 calibran espectrómetros alfa y estudios de actínidos superpesados.
Usos de sus compuestos
El par 231Pa/230Th data sedimentos y reconstruye la circulación atlántica de los últimos 175.000 años. El Pa-233 intermedio vigila la cría de U-233 en reactores de torio.
Salud, seguridad y medio ambiente
Papel biológico
No tiene función biológica y es muy radiotóxico: se fija en hueso, riñón e hígado con periodo biológico largo. Cualquier incorporación exige seguimiento médico y quelación experimental.
Seguridad
Se manipula en cajas de guantes con blindaje, ventilación y monitores alfa-beta-gamma. Se trabaja en microgramos; no existe en productos de consumo ni en detectores domésticos.
Medio ambiente
No hay vertidos habituales: todo inventario es trazable y los residuos se vitrifican con el combustible gastado. Su medida en sedimentos es herramienta climática, no contaminación.
Preguntas frecuentes sobre el Protactinio
¿Para qué se utiliza el protactinio?
El protactinio tiene muy pocas aplicaciones fuera de la investigación científica. Su isótopo protactinio-231 se utiliza en geocronología y paleoceanografía para datar sedimentos marinos y estudiar cambios en la circulación oceánica durante los últimos miles de años. También se emplea en investigación nuclear y en estudios de cadenas de desintegración. Su escasez, radiotoxicidad y coste impiden usos comerciales amplios.
¿Es peligroso el protactinio?
Sí. El protactinio es altamente radiactivo y tóxico, y no tiene una función biológica conocida. Su riesgo principal procede de la radiación y de la contaminación por inhalación, ingestión o contacto con polvo. Por ello, se manipula en cajas de guantes, con blindaje, ventilación controlada y protocolos estrictos de radioprotección. No está presente en productos de consumo ni en aplicaciones domésticas.
¿Qué significa que el protactinio sea un actínido?
El protactinio pertenece a los actínidos, la serie de elementos metálicos radiactivos que va del actinio al lawrencio. Comparte con ellos la tendencia a formar compuestos con estados de oxidación variables y a aparecer en cadenas de desintegración del uranio y el torio. Su nombre procede del griego protos, “primero”, porque el protactinio-231 se desintegra en actinio-227.
¿De dónde se obtiene el protactinio para investigación?
El protactinio puede extraerse de minerales de uranio, aunque en cantidades muy pequeñas, o recuperarse de barras de combustible nuclear gastado. En ambos casos, se requieren procesos radioquímicos de separación y purificación en instalaciones autorizadas. Debido a su radiotoxicidad y a la dificultad de manejo, se obtiene y utiliza en cantidades mínimas, principalmente para geocronología, investigación nuclear y estudios de trazadores ambientales.
¿Por qué el protactinio es tan escaso y caro?
El protactinio aparece en cantidades mínimas en minerales de uranio y se forma como parte de cadenas radiactivas naturales. Aunque el protactinio-231 tiene una vida media larga, su concentración en la corteza terrestre es muy baja y su separación es difícil. Además, debe manipularse como material radiactivo en instalaciones especializadas. Esta combinación de escasez, radiotoxicidad y complejidad de obtención explica su elevado precio.
¿Cómo ayuda el protactinio a datar sedimentos marinos?
La relación entre los isótopos protactinio-231 y torio-230 en sedimentos permite estimar la antigüedad de capas geológicas y reconstruir cambios en la circulación oceánica. Ambos isótopos se forman por desintegración de uranio en el agua de mar y se depositan a ritmos distintos. Al comparar sus proporciones, los científicos pueden datar sedimentos de hasta unos 175.000 años y estudiar variaciones climáticas pasadas.
¿Se encuentra protactinio en detectores de humo?
No como componente intencional. Los detectores de humo domésticos utilizan americio-241, no protactinio. Sin embargo, el americio se desintegra con el tiempo y puede producir trazas de protactinio como producto hijo. La cantidad es insignificante y está contenida dentro de la fuente sellada del detector. Por tanto, no debe considerarse que un detector de humo contenga protactinio utilizable o represente una exposición relevante.
Principales fuentes consultadas: PubChem, Royal Society of Chemistry, NIST, IUPAC. Última revisión: noviembre de 2026.