Химический элемент торий: свойства и применение

Содержание

В торий Это металлический элемент, принадлежащий к серии актинидов, называемых редкоземельными элементами, химический символ которого — Th. Он имеет атомный номер 90 и атомный вес 232 г / моль. Соединения тория обычно содержат его со степенью окисления +4 (Th4+).

Соединение диоксида тория, ThO₂, в промышленности известен как торий и используется в большинстве областей применения тория, поскольку является химическим соединением с самой высокой температурой плавления (3300 ºC).

Торий был открыт в 1828 году Минометом Трейном Эсмарком, который нашел черный минерал на норвежском острове Левойя. Эсмарк передал минерал Йонсу Якобу Берцелиусу, который проанализировал его и обнаружил в нем неизвестный металл.

Он назвал черный минерал торит (торит) в честь скандинавского бога Тора. Между тем, он назвал неизвестный металл торий (торий). Радиоактивный характер тория был установлен Антоном Эдвардом ван Аркелем и Яном Хендриком де Буром, а также независимо Пьером Кюри и Мари Кюри.

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ, ЭКСТРАКЦИЯ И ПРОИЗВОДСТВО

Торий является материалом, встречающимся в природе. Средняя концентрация тория в земной коре примерно в 3 раза выше, чем урана, и составляет около 0,0012%. Встречающиеся в природе ториевые минералы с наибольшим содержанием тория — торит и торианит, которые содержат 50-90% диоксида тория ThO2. Торит (силикат тория) очень похож по форме и характеристикам на цирконий. Наиболее часто встречаемый и известный под названием черный минерал, торит имеет редкую оранжево-желтую окраску, известен также как оранжит. Торит содержит до 65% тория вместе с силикатами U, Fe, Mn, Си, Mg, Pb, Sn, AI, Na и К. Основные известные запасы торита находятся в Новой Зеландии и на западе Соединенных Штатов Америки. Так как богатые месторождения торита редки, то промышленное производство тория из этого минерала невелико. Богатейший ториевый минерал — торианит, который может содержать до 90% THO₂ вместе с U и редкоземельными металлами . В настоящее время наиболее важным источником промышленного получения тория являются монациты, содержащие торий с фосфатами редкоземельных элементов. Монацитовые пески распространены в Бразилии, Индии, Индонезии, Малайзии, Австралии, Южной Африке и США. Наиболее богатые источники монацитовых песков обычно требуют процессов обогащения для удаления легких песков. Это приводит к использованию тонких процессов сепарации, в которых используется гравитационная, электромагнитная и электростатическая техника.
Различают два способа экстракции тория, урана и резко земельных элементов: щелочной процесс или обработка каустической содой и кислотный процесс . Щелочной способ обработки монацитов заключается в превращении фосфатов в растворимый трифосфат натрия, в то время как торий, уран и редкоземельные элементы остаются как нерастворимые гидроокиси. Последние фильтруются и растворяются в горячей концентрированной соляной кислоте, затем добавлением щелочи доводят до 5,8. Полученный таким образом осадок гидроокиси содержит до 96% Th и U и только 2-3% редкоземельных элементов. Дальнейшая очистка урана и тория и разделение их друг от друга достигаются жидкой экстракцией нитратного раствора, полученного растворением осадка гидроокиси в азотной кислоте. В результате получаются Th(C₂O₄)₂ и U₂O₇ (NH₄)₂. Процесс кислотной обработки монацитов начинается с растворения в горячей концентрированной 93%-ной серной кислоте. Далее, уран, торий и редкоземельные элементы переходят в раствор и превращаются в сульфаты наряду с фосфорной кислотой. При разбавлении раствора гидроокисью аммония до получения pH около 1,0 практически весь торий выпадает в осадок вместе с 5% редкоземельных элементов.
Из-за большого присутствия последних в монацитовых песках осадок содержит около половины фосфата тория и половины сульфатов редкоземельных элементов. Уран и большая часть редкоземельных элементов остаются в растворе, но с увеличением pH до значения 2,3 при добавлении аммиака большая часть урана и редкоземельных элементов выпадает в осадок. Торий и уран в виде осадка очищаются от редкоземельных элементов растворением в азотной кислоте и последующей экстракцией. Торий и урановые соединения дают похожие результаты. Методы получения металлического тория из ториевых соединений аналогичны методам получения металлического урана (см. § 6.3). Металлический торий можно получить восстановлением в бомбе тетрахлорида или тетрафторида натрием, магнием или кальцием. Оксалат тория сначала нагревается в воздухе до 650 С до образования оксида, и далее после пропускания над окисью фтористого водорода при температуре 550 °С образуется гексафторид тория ThO₂ + 4HF -> ThF₄ + 2H₂O. (9.2) Из-за высокой точки плавления тория (около 1700 °С) восстановление ThF₄ усложняется. Чтобы устранить эту трудность, в качестве бустера используется цинк, который образует сплав с торием с относительно низкой температурой плавления (эвтектический сплав). По окончании восстановления цинк можно удалить нагреванием сплава в вакууме. После возгонки цинка торий остается в виде пористой губчатой массы либо в жидкой форме при высокой температуре: (9.3)
(9.4) Металлический торий очень высокой чистоты (около 99,9%) может быть получен в иодидном процессе де Бура. Тетраиодид тория ТhI4, полученный при взаимодействии паров иода с измельченным чистым торием, подвергается термическому разложению в изолированных трубках Викора в результате электрического нагрева. Чистый торий образует свободный кристаллический осадок на нити накаливания, который может быть превращен в слитки (блочки) дуговой плавкой для использования в качестве топлива ядерных реакторов.

Назад
Вперёд

Сплавы

Торий был легирован вольфрамом в качестве электрода при сварке TIG (вольфрам в инертном газе), составляя 2% сплава.

В небольших количествах к вольфрамовым нитям добавлен торий, чтобы уменьшить их кристаллизацию, что позволяет испускать электроны при более низких температурах. Вольфрам-ториевые проволоки используются в электронных лампах, а также в электродах рентгеновских трубок и выпрямителей.

Диоксид тория используется при дуговой сварке вольфрамом, поскольку он увеличивает стойкость вольфрама к высоким температурам металлических электродов. Однако в этой заявке он был заменен оксидами циркония, церия или лантана.

Плюсы использования тория

Экономичность. 1 тонна тория способна дать столько же энергии, что и 200 т урана.
Запасы. В земной коре тория содержится в несколько раз больше, чем урана.
Безопасность. Ториевые ядерные реакторы не обладают запасом радиоактивности в отличие от работающих на урановом топливе. Они не представляют угрозы в следствии поломки аппаратуры, т.к. не способны вызвать неконтролируемую цепную реакцию. При их использовании не повторятся такие страшные катастрофы как на Фокусиме или в Чернобыле. Согласитесь, это огромный плюс. И торий непригоден для изготовления ядерного оружия.
Экологичность.
Количество отходов, вырабатываемых ториевыми АЭС будет несравнимо меньше в сравнении с урановыми АЭС.
Цикл использования топлива. Перезагрузку топлива в ториевых реакторах можно осуществлять один раз в 30-50 лет, в отличие от урановых, в которых цикл перезагрузки всего 1,5-2 года.

Торий

Скромный торий при более глубоком рассмотрении раскрывает достаточно интересных фактов об истории своего появления в научном химическом мире.

Первым фактом, будем считать, что элемент торий, был открыт задолго до появления самого понятия «радиоактивность»;
Вторым, то, что название элемента «Торий» появилось на 13 лет раньше открытия самого химического элемента;
Третьим интересным фактом, можно считать то, что элемент торий получил свое название в честь древнего скандинавского всемогущего божества Тора. Скандинавы считали Тора богом войны, грома и молнии;
Следующим историческим фактом идет получение чистого тория, а именно то, что изначально торий был открыт не в чистом виде, а в сплаве, в который впоследствии получил название торит в 1828 году – некоронованным королем химиков Берцелиусом

Сам элемент торий в чистом виде был впервые получен в 1882 году известным шведским химиком Нильсоном;
Еще одно важное событие в истории появления тория происходит в 1898 году в момент определения радиоактивности чистого тория, которая по утверждению Марии Склодовской-Кюри даже превышает радиоактивность урана.

И все же – торий, что это за элемент: радиоактивный химический элемент, находящийся в таблице Менделеева под номером 90 и входящий в ІІІ группу периодической системы. Внешние характеристики его – это серебристо-белый мягкий метал, который при взаимодействии с воздухом комнатной температуры незначительно окисляется и покрывается черной защитной пленочкой.

Кристалл тория

Ториевые электростанции — энергетика будущего

Недостатки

Существует несколько препятствий для применения тория в качестве ядерного топлива, в частности – для твердотопливных реакторов.

В отличие от урана, встречающийся в природе торий, как правило, одноядерный и не содержит делящихся изотопов. Делящееся вещество, как правило – Уран-233, Уран-235 или плутоний, должны быть добавлены для достижения критичности. Вместе с высокой температурой спекания, необходимого для диоксида тория, это усложняет производство топлива. Национальная Лаборатория Оук Ридж проводило опыты над тетрафторидом тория, в качестве топлива для реактора на расплавах солей в 1964-1969 годах. Ожидалось, что будет облегчен процесса производства и разделения веществ от загрязнителей для замедления или остановки цепной реакции.

При однократном топливном цикле (например, переработка Урана-233 в самом реакторе) более серьезное выгорание необходимо для достижение желательного нейтронного баланса. Хотя диоксид тория способен вырабатывать 150000-170000 мегаватт-суток/тонну на АЭС в Форте Сэн-Рэйна и Экспериментальной АЭС в Юлихе, существуют серьезные сложности достижения таких показателей на легководных реакторах, которые составляют подавляющее большинство среди существующих реакторов.

При однократном ториевом топливном цикле оставшийся Уран-233 остается в отработанном топливе в виде долгоживущего изотопа.

Другое препятствие связано с тем, что ториевый топливный цикл требует сравнительно больше времени для превращения Тория-232 в Уран-233. Период полураспада Протактиния-233 составляет примерно 27 дней, и это – гораздо дольше, чем период полураспада Нептуния-239. В результате, основным веществом в ториевом топливе является прочный Протактиний-239. Протактиний-239 – сильный поглотитель нейтронов и, хотя может произойти преобразование в делящийся Уран-235, требуется вдвое больше поглощенных нейтронов, что разрушает нейтронный баланс и увеличивает вероятность производства трансурановых веществ.

С другой стороны, если твердый торий используется при замкнутом топливном цикле, где перерабатывается Уран-233, для производства топливо необходимо удаленное взаимодействие из-за высокого уровня радиации, провоцируемого продуктами распада Урана-232. Также это верно, если говорить о переработанном тории из-за наличия Тория-228, являющегося частью цепочкой распадов. Более того, в отличие от проверенной технологии переработки уранового топлива, технология по переработке тория сейчас только развивается.

Хотя наличие Урана-232 и осложняет дело, существуют опубликованные документы, где показывается то, что Уран-233 использовался при ядерных испытаниях. США проверяли сложную бомбу с содержанием Урана-233 и плутония в ядре во время операции «Teapot» в 1955 году, хотя при этом были достигнут гораздо меньший тротиловый эквивалент.

Несмотря на то, что топливо на основе тория производит гораздо меньше трансурановых веществ, чем аналоги на основе урана, иногда может вырабатываться некий объем долгоживущих актинидов с длительным радиоактивным фоном, в частности – Протактиний-231.

Сторонники реакторов с жидкой активной зоной и реакторов на расплавах солей, таких как РЖФТ, утверждают, что эти технологии снижают существующие у твердотопливных реакторов недостатки тория. Так как построено только два реактора на фторидных солях и с жидкой активной зоной и не один из них не использовал торий, тяжело наверняка подтвердить их выгоды.

Физико-химические характеристики

Очищенный торий

Химический элемент торий – типичный актиноид:

С трудом растворяется в кислотах. Легко – в царской водке (азотно-соляном кислотном концентрате).
Устойчив к агрессивным щелочам.
Реакция с газами, галогенами, серой, кремнием, другими элементами запускается при нагреве.

Оксид вещества не окисляется, самый тугоплавкий среди оксидов.

Металл более уязвим:

На воздухе тускнеет, темнеет (постепенно).
Коррозия определяется температурой: на влажном холоде замедленна, в горячей воде – молниеносна.
Нагревшись, горит ярким белым пламенем.

Порошок легко воспламеняется, поэтому хранится притопленным в керосине.

При минус 272°С элемент становится сверхпроводником.

Структура кристаллической решетки элемента меняется с кубической на центрированную по граням. Порог перехода – 1400°С.

Свойства атома
Название, символ, номер	Торий / Thorium (Th), 90
Атомная масса (молярная масса)	232,03806(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	6d2 7s2
Радиус атома	180 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	165 пм
Радиус иона	(+4e) 102 пм
Электроотрицательность	1,3 (шкала Полинга)
Степени окисления	4
Энергия ионизации (первый электрон)	670,4 (6,95) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	11,78 г/см³
Температура плавления	2028 K
Температура кипения	5060 K
Уд. теплота плавления	16,11 кДж/моль
Уд. теплота испарения	513,7 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	26,23 Дж/(K·моль)
Молярный объём	19,8 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая, гранецентрированая
Параметры решётки	5,080 Å
Температура Дебая	100,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) (54,0) Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-29-1

Применение тория в быту

Как уже говорилось, любые исследования и научные открытия делаются для блага человечества. Для использования их в бытовой и социальной сферах. Изначально торий начали использовать еще в 19 веке для освещения.

Для того что бы освещение было ровнее и ярче на газовые рожки надевались колпачки в составе которых, присутствовали оксиды тория и церия.

В дальнейшем при развитии электроники, торий стали использовать в электронных лампах и магнетронах. Так же ториевая добавка к вольфраму помогает стабилизировать структуру нити лампы накаливания.

Ториевая энергетика

В современном научном и техническом мире торий используется в разных областях, где он играет часто незаменимую роль. В металлургии, торий с успехом, используется, в качестве метала для повышения жаропрочности и сопротивления разрыву, также он используется в авиационной промышленности как упрочнитель, в оптической промышленности торий используют как добавку к стеклу, что позволяет увеличить показатель преломления.

Но самая перспективна ветвь развития использования тория это все, же атомная энергетика. Хотя сейчас. После Чернобыля и Фукусимы, ядерная гонка потеряла свою актуальность, все же имеет смысл развивать и исследовать ториевую энергетику в ракурсе атомных электростанций.

Поскольку при сравнении нынешних АЭС и атомных электростанций, работающих на ториевых генераторах, ториевые АЭС сразу же выгодно выделяются по нескольким параметрам.

Запасы тория в земной коре в несколько раз превышают запасы урана и обнаруживаются в большинстве горных пород, а также и присутствие тория обнаруживается и в морской воде.
Следующим преимуществом есть то, что торий можно загружать сразу в реактор непосредственно после его добычи не обогащая, что снижает утечку материала и значительно увеличивается уровень безопасности;
Сравнение количества получаемой энергии, тоже не в пользу урана. При прохождении цикла из одной тоны тория получают в двести раз больше энергии, чем из такого же количества урана;
Так же бесспорным преимуществом ториевого реактора является то, что его создание возможно в различных масштабах, то есть на лицо возможность и соответственно выгода создания малых атомных электростанций;
Ну и главным, преимуществом ториевого реактора является его безопасность. Он может работать как при нормальном, так и при пониженном давлении. Если вдруг возникает ситуация, которая ведет к повышению давления, происходит увеличение объема ториевой смеси, что вызывает уменьшение плотности и замедление ядерной реакции, а соответственно и остановку роста давления. Из чего видно, что взрыв такого реактора исключается по всем физическим законам.

Торий или уран

И кроме всего прочего, если говорить о переходе на ториевую энергетику, это не есть таким фантастическим и затратным мероприятием. Ведь даже при модернизации реакторов нынешних существующих атомных электростанций и переводе их на ториевое топливо необходимо будет затратить 100 миллионов долларов, то при этом мощность такой модернизированной атомной ториевой электростанции возрастет как минимум в два раза. Если же строить АЭС на ториевом реакторе с нуля – новую, то на ее возведение необходимо будет выделить около 2-3 миллиардов долларов.

Концентрация тория на Луне

Область возможного применения тория

Какие же недостижимые ранее возможности способен помочь осуществить торий?

Благодаря торию становится возможным решение проблемы энергетики в Арктике, ведь передача энергии туда из-за больших расстояний и трудной доступности стоит слишком дорого, а урановая энергетика не может быть применима, т.к. выгодна она только в случае создания крупной АЭС. Это очень актуально для нашей Страны с ее бескрайними просторами. Создание мобильных стационарных энергетических установок малой и сверхмалой мощности позволит решить проблему энергоснабжения при разработке месторождений на северных территориях, позволит обеспечить энергией удаленные воинские гарнизоны и крупные военно-морские базы. Для создания классического реактора обязательным условием является наличие неподалеку небольших водоемов и рек, для ториевых же реакторных установок это условие не нужно, вместо воды в них будет использоваться гелий, либо водород или углекислый газ.

С каждым годом проблема загрязнения атмосферы вредными выбросами становится все актуальней. Одним из главных источников загрязнения в развитых странах являются выхлопные газы автомобилей. И эту проблему способен решить торий! Ученые подсчитали, что всего 8 г Th-232 позволят работать двигателю около ста лет, а 1 г произведет энергии больше, чем 28тыс. литров бензина! В настоящее время американская компания Laser Power Systems занимается разработкой двигателя для массового производства.

Геология и минералогия

Монацит, торий фосфат и редкоземельные элементы, торий основной руды.

Изобилие и депозиты

Слабо радиоактивный, торий 232 распадается очень медленно (его период полураспада 1,405 × 10 10 лет, что примерно в три раза больше возраста Земли ). Только одна пятая часть тория первоначально присутствовавшего на Земле распадаются на форму, в конечной радиоактивной цепи, на счете 208 . Торий-232 также срок более длительный период полувыведения из цепочки распада из плутония-244, от радиоактивности .

Торий в небольших количествах содержится в большинстве горных пород и почв, его в четыре раза больше, чем урана, примерно так же, как и свинца . Обычный грунт содержит в среднем около 12 частей на миллион (ppm) тория.

Торий содержится в нескольких минералах . Ториевые руды ThSiO ₄торита, торианит ThO ₂и особенно монацит (Ce, La, Nd, Th) PO ₄Наиболее распространенным является фосфат тория и редкоземельного элемента, который может содержать до 12% оксида тория.

Есть крупные месторождения во Франции ( Бретань ), Австралии, Индии и Турции . Монацит с высоким содержанием тория встречается в Африке, Антарктиде, Австралии, Европе, Северной Америке и Южной Америке.

Остальные изотопы тория встречаются в следовых количествах. В цепочке распада тория ( 228 Th; 1,91 года); уран-238 ( 230 Th; 75000 лет); и уран-235 ( 231 Th; 25,2 ч). Их короткая продолжительность жизни приводит к значительной удельной активности и делает их намного более радиоактивными, чем 232 Th; но в массовом порядке их ничтожно мало.

Добыча минералов

Торий в основном извлекается из монацита путем многоступенчатой обработки.

Сначала монацитовый песок растворяют в такой как серная кислота (H ₂ SO ₄ ). Во-вторых, торий извлекается в органическую фазу, содержащую амин . Затем он отделяется с помощью таких ионов, как нитраты, хлорид, гидроксид или карбонат, что снова заставляет торий переходить в водную фазу. Наконец, торий осаждается в относительно нечистой форме и собирается, а затем превращается в нитрат тория .

Также можно использовать реакцию между монацитом и концентрированным раствором гидроксида натрия (NaOH). Это дает в качестве продукта твердый гидроксид, который затем можно обработать неорганической кислотой, такой как соляная кислота (HCl). Добавление гидроксида натрия к раствору, полученному после обработки, приводит к осаждению относительно загрязненного гидроксида тория, который, таким образом, можно отделить от раствора. Полученный гидроксид вводят в контакт с азотной кислотой (HНЕТO ₃), давая нитрат тория.

Нитрат, полученный этими двумя способами, очищается путем растворения в трибутилфосфате, разбавленном подходящим углеводородом, и обработки полученного раствора азотной кислотой, что приводит к удалению большой части остаточных редкоземельных элементов и других металлических примесей. Уран, возможно, пока еще остается в том же растворе, как торий. Для их разделения на раствор трибутилфосфата снова воздействуют азотной кислотой, в результате чего уран остается в этом растворе, а торий вытягивается из него.

Полученный очищенный нитрат тория необязательно может быть подвергнут термолизу с получением диоксида тория (ThO ₂)

Уменьшение ThO ₂проходит через фторид тория (ThП ₄), образующийся при реакции диоксида тория с газообразным фтористым водородом (HF). ЧтП ₄затем смешивают с кальцием и галогенида из цинка (хлорида или фторида), узел находитс в виде порошка. Смесь, доведенная до примерно 650 ° C в специальной камере, дает сплав тория и цинка и хлорида или фторида кальция в зависимости от реакций:

ThF ₄ + 3 Ca + ZnCl ₂ → Th + Zn + 2 CaF ₂ + CaCl ₂ ;

ThF ₄ + 3 Ca + ZnF ₂ → Th + Zn + 3 CaF ₂ .

Затем полученный сплав доводится до температуры выше 907 ° C, точки кипения цинка, но ниже точки плавления тория, в результате чего остается ториевая губка, которую затем плавят и формуют в слитки.

Где используется

Металл легко обрабатывать: он мягкий, ковкий, вязкий.

Металлический торий

Несмотря на слабую радиоактивность, нашел применение как мирный атом и компонент продуктов других сфер.

Атомная промышленность

Главная сфера применения вещества – атомный сектор.

Облученный в реакторе ториевый изотоп-232, через цепочку реакций, превращается в уран-233. Он легче традиционных урана-235 и плутония, но работает не хуже.

Другие сферы

Металлический торий приносит пользу другим отраслям промышленности:

Металлургия. Это лигатура, улучшающая параметры сплавов (повышение порога на разрыв, жаропрочность). Оксид вещества – печной элемент-резистор. Емкости из окиси тория применяются для работ при 2550-3150°C.
Авиастроение. Окись тория – упрочняющий элемент композитов.
Гидроэлектростанции. Оксид вещества используется для узлов и конструкций, функционирующих в экстремальных условиях. Им выкладывают изнутри камеры сгорания и газодинамические каналы.
Синтез. Соединения, чистое вешество – составляющая катализаторов.

Катодами с веществом, оксидом снабжены источники света: магнетроны, электронные, ксеноновые дуговые, генераторные.

Что такое Торий

Торий (Thorium), Th — химический элемент III группы Периодической системы Менделеева. Назван в честь Тора – могучего скандинавского бога грома.

Почему же в последние годы все больше и больше разговоров об этом металле?

Тория в земной коре в несколько раз больше чем природного урана, которые в настоящее время широко применяется в ядерной энергетике. И, по мнению многих ведущих специалистов в этой области, торий может составить серьезную конкуренцию урану. Одна тонна тория способна произвести количество энергии, что и 200 т урана или 3,5 млн. т угля.

Распад тория

В основном торий содержится в минерале под названием монацит. Монацит впервые был открыт в окрестностях г. Миасса Челябинской области в 1826г. И изначально был принят немецким минералогом Йохансом Менге за циркон. Кристаллы минерала он передал Густаву Розе и Иоганну Брейтгаупту на исследование. Немецкий минералог И. Брейтгаупт (1829) признал в нём ранее неизвестный новый минерал и назвал его монацитом — «…Название основано мною на примечательном свойстве сего ископаемого, появляющегося как совершенно уединенное вещество, что отличает его от всех известных минералов». В этом минерале обычно содержится от 3,5 до 10 % оксида тория (максимальное зафиксированное содержание – 28,2%, но бывают и практически бесториевые монациты) (ThO2) и 0,1-0,4% оксида урана (U3O8). В коренных породах чаще всего встречается в пегматитах, меньше в гранитах и гнейсах. Это достаточно прочный и устойчивый к механическим повреждениям минерал, поэтому при разрушении коренных пород переходит в россыпи.

Именно монацитовые пески являются основным источником добычи этого минерала. Главный тип монацитовых месторождений – современные прибрежно-морские россыпи.

Торий является очень рассеянным в земной коре элементом, и у него достаточно слабая способность собираться в значительные залежи, поэтому проблема поиска ториевых месторождений та же, что и у других месторождений редких металлов. Хорошо, что у компании Геолисс имеются практические наработки по поисковым признакам ториевых скоплений!

Ссылки

Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертый выпуск). Мак Гроу Хилл.
Википедия. (2020). Торий. Получено с: en.wikipedia.org
Национальный центр биотехнологической информации (2020). Торий. Краткое описание соединения PubChem для CID 23974. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Доктор Дуг Стюарт. (2020). Факты о ториевом элементе. Получено с: chemicool.com
Редакторы Энциклопедии Британника. (2020). Торий. Получено с: britannica.com
Lenntech B.V. (2020). Торий. Получено с: lenntech.com
Рэйчел Росс. (1 марта 2017 г.). Факты о тории. Получено с: livescience.com
Адвамег. (2020). Торий. Получено с: chemistryexplained.com

Примечания и ссылки

(in) Беатрис Кордеро Вероника Гомес, Ана Э. Платеро-Пратс, Марк Ревес Хорхе Эчеверрия, Эдуард Кремадес, Флавиа и Сантьяго Барраган Альварес, Новый взгляд на ковалентные радиусы, Dalton Transactions ,2008 г., стр. 2832 — 2838 ( DOI )
(in) Дэвид Р. Лид, Справочник CRC по химии и физике, CRC,2009 г., 89- е изд. , стр. 10-203
↑ и (en) Дэвид Р. Лид, Справочник CRC по химии и физике, CRC Press Inc,2009 г., 90- е изд. , 2804 с. , Твердый переплет ( ISBN 978-1-420-09084-0 )
База данных Chemical Abstracts запрошена через SciFinder Web 15 декабря 2009 г. ( результаты поиска )
ср. Пьер Ланс, Проклятые ученые, исключенные исследователи, т. 1, Гай Треданиэль,Сентябрь 2003 г., 360 с. ( ISBN 978-2-84445-457-7 ).
(in) Хехт, Габриель, Запутанные географии: Империя и технополитика в глобальной холодной войне, Кембридж (Массачусетс), MIT Press ,2011 г., 337 с. .
Бернар Фернандес, От атома к ядру: исторический подход к атомной физике и ядерной физике, Эллипсы ,2006 г., 597 с. ( ISBN 978-2-7298-2784-7 ), часть I, гл. 3 («Полоний и радий»), с. 26.
Симмонс, Джон, 100 ученых, 1996, Сикокус, штат Нью-Джерси: Кэрол.
Ван Аркель, AE, и Бур, JH: Получение металлического титана, циркония, гафния и тория . Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, vol. 148, стр. 345-350, 1925.
(in) Джон Эмсли, Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я, Оксфорд, Нью-Йорк, Oxford University Press ,2003 г., 538 с. .
(in) на ciaaw.org (по состоянию на 6 октября 2018 г. ) .
Д. Делакруа, JP Guerre и P. Leblanc, Практическое руководство по радионуклидам и радиационная защита: руководство по обращению с радиоактивными веществами в лабораториях низкой и средней активности, Les Ulis (Essone), EDP Sciences ,2006 г., 262 с. ( ISBN 2-86883-864-2 ).
↑ and (en) Уоллес В. Шульц, на britannica.com .
.

Месторождения и добыча

Месторождения тория разбросаны по всему миру. За лидерство в добыче перспективного ядерного топлива борются несколько стран. В Китае множество месторождений минерального сырья с содержанием тория, на разработку которых ежегодно тратятся гигантские суммы.

В России залежи соединений ценного металла обнаружены под Новокузнецком, а также в Омской, Томской, Новосибирской, Мурманской областях, республике Тыва, Красноярском крае, Саха-Якутии. Минерал монацит в виде черного блестящего песка встречается на пляжах, в частности, Азовского моря. Значение атомной энергетики на основе ториевого цикла возрастает в связи с освоением арктических регионов.

Богатые залежи имеются в Индии и Норвегии. В ЮАР открыты жильные месторождения тория. При извлечении тория из руд проще это делать попутно с добычей урана.

Свойства атома тория:

200	Свойства атома
201	Атомная масса (молярная масса)	232,03806(2) а.е.м. (г/моль)
202	Электронная конфигурация	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 6p6 6d2 7s2
203	Электронная оболочка	K2 L8 M18 N32 O18 P10 Q2 R0
204	Радиус атома (вычисленный)
205	Эмпирический радиус атома*	180 пм
206	Ковалентный радиус*	206 пм
207	Радиус иона (кристаллический)	Th4+ 108 (6) пм, 119 (8) пм, 127 (10) пм, 135 (12) пм (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле)
208	Радиус Ван-дер-Ваальса
209	Электроны, Протоны, Нейтроны	90 электронов, 90 протонов, 142 нейтрона
210	Семейство (блок)	элемент f-семейства
211	Период в периодической таблице	7
212	Группа в периодической таблице	3-я группа (по старой классификации – побочная подгруппа 3-ей группы)
213	Эмиссионный спектр излучения

Характеристики

Физика и химия

Образец тория в колбе аргона .

В чистом виде торий — это серо-белый металл, который сохраняет свой блеск в течение нескольких месяцев благодаря защищающему его оксиду . Однако под воздействием кислорода торий медленно тускнеет на воздухе, становится серым, а затем и черным.

Оксид тория (THO 2) Является одним из лучших материалов огнеупорных с температурой плавления 3300 ° C .

Порошок металлического тория часто пирофорен, и с ним необходимо обращаться осторожно. При нагревании на воздухе ториевая стружка может загореться и ярко гореть белым светом.. Торий — это элемент, который имеет самый большой диапазон температур в жидком состоянии: 3033 К между его точкой плавления и точкой кипения (при атмосферном давлении ).

Торий — это элемент, который имеет самый большой диапазон температур в жидком состоянии: 3033 К между его точкой плавления и точкой кипения (при атмосферном давлении ).

Изотопы

Все изотопы тория радиоактивны. Природный торий состоит почти исключительно из тория 232, который имеет очень длительный период полураспада ( 14 миллиардов лет). Однако из-за значительного количества тория 230 ( молярная доля порядка 2,2 × 10 -4 ) торий не является мононуклеидным элементом .

Торий-232 является плодородным изотопом : поглощая нейтрон, он трансформирует в тории-233 (радиоактивный), который затем распадается на (радиоактивного), который в своей очереди распадается , делящимся .

Его удельная активность составляет 4,10 × 10 3 Бк г -1 .

Радиотоксичность

Природный торий распадается медленнее, чем большинство других радиоактивных материалов, и испускаемое альфа-излучение не может проникнуть через кожу человека. Хранение и обращение с небольшими количествами тория, например содержащимися в гильзе накаливания, считается безопасным при условии, что никто не собирается вдыхать или проглатывать торий, например, после ториевого пожара в контексте ядерной промышленности .

Это только радиологическая опасность при вдыхании или массивном проглатывании — легкие и другие внутренние органы могут быть затронуты альфа-излучением. Массовое воздействие аэрозольного торий может привести к повышенному риску рака в легких, в поджелудочной железе и крови . Обильное употребление тория приводит к повышенному риску заболеваний печени .

Радиотоксичность тория 232 (единственного природного изотопа) оценивается в 2,3 × 10 -7 Зв Бк -1 при приеме внутрь и 1,1 × 10 -4 Зв Бк -1 при вдыхании. Поскольку удельная активность тория составляет 4,1 кБк / г, эффективная доза в один зиверт (объективно опасный порядок величины за один раз) может быть достигнута при вдыхании 2,22 г тория или попадании внутрь 1,06 кг металла. Однако, с одной стороны, годовое предельное значение облучения для ядерных рабочих составляет 20 мЗв (44,4 мг вдыхаемого тория 232), с другой стороны, эти значения относятся только к торию 232, но природный торий находится в вековом равновесии с его потомки, что заставляет учитывать их радиотоксичность, по этой причине классифицируются как одни из самых опасных радионуклидов.

Этот элемент не имеет известной биологической роли. Иногда его используют в качестве контрастного вещества для рентгеновских лучей .

Торий цепочка распада производит «Thoron» ( 220 Rn ), которая представляет собой альфа — излучатель и представляет собой теоретический радиологический риск, как и все изотопы радона, его газообразное состояние, что делает его восприимчивым к быть легко вдохнуть. Его очень низкий период полураспада (55,6 секунды) делает его очень мобильным на практике. Однако по-прежнему желательно вентилировать участки, где торий хранится или обрабатывается в больших количествах.

Реактивность

Торий — это высокореактивный и электроположительный металл. На воздухе окисляется очень медленно, хотя коррозия может возникнуть через несколько месяцев. При нагревании на воздухе он воспламеняется, испуская яркий белый свет, образуя диоксид тория, ThO.₂.

При стандартных условиях температуры и давления торий медленно атакует воду. Кроме того, торий не растворяется в большинстве обычных кислот, за исключением соляной кислоты, где он растворяется, оставляя черный нерастворимый осадок.

Он также растворяется в концентрированной азотной кислоте с небольшим количеством каталитического фторида или фторсиликата. Торий — пирофорный металл: когда он превращается в порошок, он способен самовоспламеняться на воздухе.