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ELM Élément n° 91 sur 118

Protactinium (Pa)

Le protactinium est un actinide radioactif que l’on rencontre surtout à l’état de traces dans les minerais d’uranium. Sa rareté et sa chimie singulière en font davantage un objet de recherche qu’un matériau d’usage courant.

Par Claire Delmas · Mis à jour le

Fiche d’identité du protactinium

Numéro atomique (Z)
91
Symbole
Pa
Masse atomique
231,03588 u
Masse molaire
231,03588 g/mol
Famille
Actinides
Période · groupe · bloc
7 · aucun (bloc f) · f
Configuration électronique
[Rn] 7s² 5f² 6d¹
État à 20 °C
solide
Température de fusion
1 571,85 °C (1 845 K)
Température d’ébullition
non mesuré
Masse volumique
15,37 g/cm³
Électronégativité (Pauling)
1,5
Rayon atomique (van der Waals)
243 pm
1re énergie d’ionisation
5,89 eV
Affinité électronique
non mesuré
États d’oxydation
+5, +4
Découverte
1913, par Otto Hahn, Lise Meitner, Kasimir Fajans
Nom tiré de
actinium
Abondance dans la croûte terrestre
1,4 × 10⁻⁶ mg/kg
Abondance dans l’eau de mer
5 × 10⁻¹¹ mg/L
Numéro CAS
7440-13-3
Protactinium : période 7, ligne des actinides, famille des actinides.
Pa
Électrons par couche : 2 · 8 · 18 · 32 · 20 · 9 · 2

Le protactinium, de symbole Pa, occupe la position 91 dans le tableau périodique, entre le thorium et l’uranium. Son nom évoque l’actinium, qui apparaît dans certaines chaînes de désintégration après lui. Bien que sa masse atomique soit indiquée à 231,03588 u, le protactinium ne forme pas de gisements exploitables : dans la nature, il est présent en quantités infimes et radioactif. Sa chimie intéresse les chercheurs, mais sa disponibilité et les précautions nécessaires limitent fortement sa manipulation.

Où trouve-t-on le protactinium ?

Le protactinium naturel provient principalement des transformations radioactives qui se produisent au sein de minerais contenant de l’uranium. Son isotope naturel est le protactinium-231. La fiche de l’Élémentarium de la Société chimique de France le situe dans la chaîne de désintégration de l’uranium et rappelle que le protactinium-234 a d’abord été isolé sous le nom de brévium, en raison de sa courte durée de vie.

Les quantités naturelles sont si faibles qu’on ne l’extrait pas comme un métal courant. Pour des travaux de recherche, il peut être séparé de matières contenant de l’uranium, notamment de combustible nucléaire usé. Le Laboratoire national de Los Alamos souligne que sa rareté, sa radioactivité et sa toxicité rendent cette production spécialisée, plutôt qu’industrielle au sens d’une fabrication destinée à des usages ordinaires.

Ce que sa place parmi les actinides révèle

Le protactinium appartient aux éléments de la famille des actinides, une série d’éléments lourds radioactifs. Sa position entre le thorium et l’uranium permet aussi d’étudier l’évolution de la chimie des actinides. Dans un article publié en 2024, le CNRS présente des calculs suggérant qu’en solution, le protactinium pourrait former une liaison oxo, tandis que le thorium n’en formerait pas et que l’uranium pourrait en former deux. Une liaison oxo relie un atome à un atome d’oxygène.

Cette différence illustre pourquoi les éléments voisins ne se comportent pas nécessairement de façon identique. Le protactinium peut notamment présenter les états d’oxydation +4 et +5, c’est-à-dire des états correspondant à des échanges d’électrons différents dans ses composés. Sa configuration électronique, indiquée dans la fiche d’identité, est caractéristique d’un actinide dont les électrons externes contribuent à une chimie complexe.

À quoi sert-il, et pourquoi le manipuler avec prudence ?

Le protactinium n’a pas d’usage courant établi hors de la recherche fondamentale. Les travaux sur cet élément portent notamment sur ses propriétés nucléaires et chimiques, ainsi que sur les méthodes permettant de le séparer et de l’analyser. Sa présence dans les chaînes radioactives de l’uranium peut également intéresser certaines études géologiques et nucléaires. Ces applications concernent des laboratoires spécialisés, pas des produits de consommation.

La prudence s’impose parce que le protactinium est radioactif et toxique. Le risque dépend de l’isotope, de la quantité et de la forme sous laquelle la matière est présente, ainsi que des conditions d’exposition. Il ne s’agit donc pas d’un élément à manipuler hors d’un cadre adapté. Sa rareté, combinée aux contraintes radiologiques et chimiques, explique pourquoi les descriptions du protactinium portent surtout sur la recherche et les procédés de laboratoire, plutôt que sur des usages pratiques répandus.

Isotopes naturels du protactinium

IsotopeMasse (u)Abondance naturelleStabilité
²³¹Pa231,0358842(24)100 %radioactif

37 isotopes du protactinium sont connus, dont aucun stable. Données : NIST et AMDC (AIEA), via PubChem.

Questions fréquentes

Quelle est la masse molaire du protactinium ?

La masse molaire du protactinium est de 231,03588 g/mol, d’après la masse atomique standard de 231,03588 u retenue par l’IUPAC (CIAAW). Une mole d’atomes de protactinium pèse donc environ 231,03588 grammes.

Quel est le numéro atomique du protactinium ?

Le numéro atomique du protactinium est 91 : son noyau compte 91 protons, et l’atome neutre autant d’électrons. Son symbole chimique est Pa.

Quelle est la configuration électronique du protactinium ?

La configuration électronique du protactinium est [Rn] 7s² 5f² 6d¹, soit 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2 électrons répartis de la première à la dernière couche. Le protactinium appartient au bloc f du tableau périodique.

Le protactinium existe-t-il naturellement ?

Oui. Le protactinium-231 est présent à l’état de traces dans la nature, notamment dans des minerais contenant de l’uranium. Il se forme au cours de transformations radioactives. Ces quantités minuscules ne constituent pas une source exploitable pour une production courante, et l’élément demeure principalement étudié dans des installations spécialisées.

Le protactinium est-il dangereux ?

Le protactinium est radioactif et toxique, donc sa manipulation exige un cadre professionnel adapté. Le niveau de risque dépend notamment de l’isotope, de la quantité et de la forme chimique, ainsi que des voies d’exposition. Sa présence naturelle à l’état de traces ne signifie pas qu’il constitue un danger ordinaire pour le public.

Pourquoi le nom protactinium fait-il référence à l’actinium ?

Le nom signifie que l’élément vient avant l’actinium dans une chaîne de transformations radioactives : le protactinium peut se désintégrer en actinium. Cette relation explique le choix du nom et rappelle que, pour les éléments radioactifs, l’identité chimique s’inscrit aussi dans une suite de transformations nucléaires.

Sources des données

Valeurs relevées le 3 octobre 2026. Températures et masses volumiques à pression atmosphérique ; une valeur « non mesuré » n’est pas connue expérimentalement.