Thorium

Thorium
←  Aktinium | Protaktinium  →
90 Ce ↑ Čt ↓ Ubq 90. _
Vzhled jednoduché látky
Kovové thorium
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Thorium / Thorium (Th), 90
Skupina , období , blok	3 (zastaralé 3), 7, f-prvek
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	232.03806(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[Rn] 6d 2 7s 2
Poloměr atomu	180 hodin
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr	165  hodin
Poloměr iontů	(+4e) 102  hodin
Elektronegativita	1,3 (Paulingova stupnice)
Oxidační stavy	+2, +3, +4
Ionizační energie (první elektron)	670,4 (6,95)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	11,78 g/cm³
Teplota tání	2028 K
Teplota varu	5060 tis .
Oud. teplo tání	16,11 kJ/mol
Oud. výparné teplo	513,7 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	26,23 [2]  J/(K mol)
Molární objem	19,8  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	Kubický FCC
Parametry mřížky	5,080 Å  _
Debyeho teplota	100,00  K
Další vlastnosti
Tepelná vodivost	(300 K) (54,0) W/(m K)
Číslo CAS	7440-29-1

Thorium  ( chemická značka  - Th , z lat.  Thorium ) - chemický prvek 3. skupiny (podle zastaralé klasifikace  vedlejší podskupina třetí skupiny, IIIB) sedmého období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 90.

Patří do rodiny aktinidů .

Jednoduchá látka thorium  je těžký, slabě radioaktivní stříbrno-bílý kov .

Historie

Thorium poprvé izoloval Jöns Berzelius v roce 1828 z minerálu později zvaného thorit (obsahuje křemičitan thoria ). Objevitel pojmenoval prvek na počest boha hromu ze skandinávské mytologie  - Thor .

Být v přírodě

Thorium se téměř vždy nachází v minerálech vzácných zemin , které slouží jako jeden z jeho zdrojů. Obsah thoria v zemské kůře je 8-13 g/t, v mořské vodě je to 0,05 µg/l. Ve vyvřelých horninách klesá obsah thoria z kyselého (18 g/t) na zásaditý (3 g/t). Významné množství thoria se hromadí v souvislosti s pegmatitem a postmagmatickými procesy, přičemž jeho obsah se zvyšuje s nárůstem množství draslíku v horninách. Hlavní forma nálezu thoria v horninách ve formě hlavní složky uranu-thoria, nebo izomorfní příměs v akcesorických minerálech . V postmagmatických procesech za určitých příznivých podmínek (obohacení roztoků halogeny , alkáliemi a oxidem uhličitým) je thorium schopno migrovat v hydrotermálních roztocích a fixovat se v skarnových uran-thorium a granát-diopsid orthitových ložiskách. Zde jsou hlavními thoriovými minerály monazitový písek a feritorit . Thorium se také hromadí v některých greisenových ložiskách, kde se koncentruje ve feritoritu, nebo tvoří minerály obsahující titan, uran apod. Ve složení je ve formě nečistot spolu s uranem obsaženo téměř ve všech slídách ( flogopit , muskovit , atd.) - horninotvorné minerály žula . Proto je zakázáno používat žuly některých ložisek kvůli slabému, ale dlouhodobému vystavení nebezpečnému záření jako plnivo do betonu při výstavbě obytných budov nebo (v závislosti na konkrétní činnosti) při výstavbě průmyslových zařízení a i pro výstavbu komunikací mimo sídla [3] .

Vklady

Thorium se nachází hlavně ve 12 minerálech.

Naleziště těchto nerostů jsou známá v Austrálii , Indii , Norsku , USA , Kanadě , Jižní Africe , Brazílii , Pákistánu , Malajsii , Srí Lance , Kyrgyzstánu a dalších zemích [4] .

• Monazit -(Ce)

• Thorianit

• Umboserit

• euxenit

• Eschinit-(Ce)

• Wiikit

Loot

Po přijetí thoria se koncentráty monazitu obsahující thorium podrobí otevření pomocí kyselin nebo zásad. Prvky vzácných zemin se získávají extrakcí tributylfosfátem a sorpcí . Dále se thorium izoluje ze směsi sloučenin kovů ve formě oxidu , tetrachloridu nebo tetrafluoridu .

Kovové thorium se pak izoluje z halogenidů nebo oxidů metalotermií (vápník, hořčík nebo sodík) při 900–1000 °C:

elektrolýza ThF 4 nebo KThF 5 v tavenině KF při 800 °C na grafitové anodě.

Cena thoria se snížila na 73,37 USD /kg (2009), oproti 96,55 USD/kg (2008). [5]

Fyzikální vlastnosti

Kompletní elektronová konfigurace atomu thoria je: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 7 s 2 2 .

Thorium je stříbřitě bílý, lesklý, měkký, tvárný kov. Kov je samozápalný, proto se prášek thoria doporučuje skladovat v petroleji. Čistý kov na vzduchu pomalu bledne a tmavne, zahřátím se vznítí a hoří jasně bílým plamenem za vzniku oxidu. Ve studené vodě koroduje poměrně pomalu, v horké vodě je rychlost koroze thoria a slitin na jeho bázi velmi vysoká.

Do 1400 °C má thorium kubickou plošně centrovanou mřížku, nad touto teplotou je kubická tělo centrovaná mřížka stabilní. Při teplotě 1,4 K vykazuje thorium supravodivé vlastnosti.

Teplota tání 1750 °C; bod varu 4788 °C. Entalpie tání 19,2 kJ/mol, vypařování 513,7 kJ/mol. Pracovní funkce elektronů je 3,51 eV. Ionizační energie M → M+, M+ → M2+, M2+ → M3+, M3+ → M4+ jsou 587, 1110, 1978, respektive 2780 kJ/mol.

Izotopy

Od roku 2012 je známo 30 izotopů thoria a 3 další excitované metastabilní stavy některých jeho nuklidů .

Pouze jeden z nuklidů thoria ( thorium-232 ) má dostatečně dlouhý poločas rozpadu ve vztahu ke stáří Země , takže téměř všechna přírodní thorium se skládá pouze z tohoto nuklidu. Některé jeho izotopy lze v přírodních vzorcích stanovit ve stopových množstvích, neboť jsou zahrnuty do radioaktivní řady radia, aktinia a thoria a mají historické, dnes již zastaralé názvy:

• radioaktinium 227 Th ,
• radiothorium 228 Th ,
• ionium 230 Th ,
• uran Y 231 Th ,
• uran X1 234 Th .

Nejstabilnější izotopy jsou 232 Th ( poločas rozpadu je 14,05 miliardy let), 230 Th (75 380 let), 229 Th (7340 let), 228 Th (1,9116 let). Zbývající izotopy mají poločas rozpadu menší než 30 dní (většina z nich má poločas rozpadu menší než 10 minut) [6] .

Chemické vlastnosti

Thorium patří do rodiny aktinidů . Vzhledem ke specifické konfiguraci elektronových obalů se však thorium svými vlastnostmi podobá Ti, Zr, Hf.

Thorium je schopné vykazovat oxidační stavy +4, +3 a +2. Nejstabilnější +4. Thorium vykazuje oxidační stavy +3 a +2 v halogenidech s Br a I získaných působením silných redukčních činidel v pevné fázi. Iont Th 4+ se vyznačuje silnou tendencí k hydrolýze a tvorbě komplexních sloučenin .

Thorium je špatně rozpustné v kyselinách. Je rozpustný v koncentrovaných roztocích HCl (6-12M) a HNO 3 (8-16M) za přítomnosti fluorových iontů. Snadno se rozpouští v aqua regia . Nereaguje s žíravými alkáliemi.

Při zahřívání interaguje s vodíkem, halogeny, sírou, dusíkem, křemíkem, hliníkem a řadou dalších prvků. Například ve vodíkové atmosféře při 400–600 °C tvoří hydrid ThH2 .

Aplikace

Thorium má řadu aplikací, ve kterých někdy hraje nepostradatelnou roli. Pozice tohoto kovu v periodické tabulce prvků a struktura jádra předurčily jeho využití v oblasti mírového využití jaderné energie.

Thorium-232  je sudý-sudý izotop (sudý počet protonů a neutronů), proto není schopen štěpit tepelné neutrony a být jaderným palivem. Ale když je zachycen tepelný neutron, 232 Th se podle schématu změní na 233 U

Uran-233 je schopen štěpení jako uran-235 a plutonium-239 , což otevírá více než vážné vyhlídky pro rozvoj jaderné energetiky ( uran-thorium palivový cyklus , rychlé neutronové reaktory , LFTR ). V jaderné energetice se používá karbid thoria , oxid a fluorid (ve vysokoteplotních tavných solných reaktorech ) spolu se sloučeninami uranu a plutonia a pomocnými přísadami.

Vzhledem k tomu, že celkové zásoby thoria jsou 3-4krát větší než zásoby uranu v zemské kůře, jaderná energie využívající thorium umožní plně zajistit energetickou spotřebu lidstva na stovky let.

Kromě jaderné energie se thorium ve formě kovu s úspěchem používá v metalurgii ( legování hořčíku atd.), což slitině dodává zvýšené výkonové charakteristiky (pevnost v tahu, tepelná odolnost). Částečně se thorium ve formě oxidu používá při výrobě vysokopevnostních kompozic jako tvrdidlo (pro letecký průmysl). Oxid thoria se díky svému nejvyššímu bodu tání ze všech oxidů (3350 K) a neoxidaci používá při výrobě nejkritičtějších konstrukcí a produktů pracujících v supervýkonných tepelných tocích a může být ideálním materiálem pro obložení spalování. komory a plynodynamické kanály pro elektrárny MHD . Kelímky z oxidu thoria se používají při práci v teplotním rozmezí cca 2500–3100 °C. Dříve se oxid thorium používal k výrobě žhavících mřížek v plynových lampách .

Thoriované přímo vyhřívané katody se používají ve vakuových elektronkách a oxid thorium v ​​magnetronech a výbojkách generátorů s vysokým výkonem . Přídavek 0,8-1 % ThO 2 k wolframu stabilizuje strukturu vláken žárovek. Xenonové obloukové výbojky mají téměř vždy thoriovou katodu a anodu a jsou proto zanedbatelné radioaktivní. Oxid thoria se používá jako odporový prvek ve vysokoteplotních pecích. Thorium a jeho sloučeniny jsou široce používány jako katalyzátory v organické syntéze.

Oxid thorium(IV) se v medicíně používal ve 30. a 40. letech 20. století jako součást rentgenového kontrastního léku Thorotrast, poté bylo jeho používání ukončeno pro významnou karcinogenitu . V polovině 20. století se také oxid thorium používal k výrobě thoriového skla pro čočky některých optických přístrojů a objektivů fotoaparátů ( Canon Lens , Asahi Opt. Co. Japan , Yashica , Ernst Leitz , Olympus , Fuiji Photo Film Co. , Tokyo Kogaku ) .

Biologická role

Thorium je neustále přítomno v tkáních rostlin a zvířat. Akumulační koeficient thoria (tj. poměr jeho koncentrace v těle ke koncentraci v životním prostředí) v mořském planktonu  je 1250, v řasách dna - 10, v měkkých tkáních bezobratlých - 50-300, ryb - 100. U sladkovodních měkkýšů se jeho koncentrace pohybuje od 3 ⋅10 −7 do 1⋅10 −5  %, u mořských živočichů od 3⋅10 −7 do 3⋅10 −6  %. Thorium je absorbováno hlavně játry a slezinou , ale také kostní dření , lymfatické uzliny a nadledvinky ; špatně se vstřebává z gastrointestinálního traktu. U lidí je průměrný denní příjem thoria s potravou a vodou 3 μg; vyloučeno z těla močí a stolicí (0,1 a 2,9 mcg, v tomto pořadí). Thorium má nízkou toxicitu, ale jako přírodní radioaktivní prvek přispívá k přirozenému pozadí ozařování organismů.

Poznámky

1. ↑ Wieser, ME Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report)  : [ eng. ]  / Wieser ME, Holden N., Coplen TB [et al.] // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Sv. 85, Is. 5. - S. 1047-1078. - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Thorium // Chemická encyklopedie: v 5 svazcích / Redakční rada: Zefirov N. S. (šéfredaktor). - M . : Sovětská encyklopedie, 1995. - T. 4. - S. 613. - 20 000 výtisků.  - ISBN 5-85270-039-8.
3. ↑ GOST 30108-94. Archivováno 9. října 2021 na Wayback Machine Appendix A.
4. ↑ Zdroj . Získáno 25. září 2010. Archivováno z originálu 30. září 2013. (neurčitý)
5. ↑ I. N. Beckman . Thorium Archivováno 13. listopadu 2013 na Wayback Machine . Přednáškový kurz.
6. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH Hodnocení jaderných a rozpadových vlastností NUBASE  // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .

Odkazy

• Thorium na Webelements
• Thorium - článek z Velké sovětské encyklopedie . 
• Thorium v ​​Popular Library of Chemical Elements
• Profesor I. N. Beckman, THORII, Průběh přednášek

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Brockhaus a Efron okolo světa Malý Brockhaus a Efron Britannica (online) Britannica (online) Treccani Universalis
V bibliografických katalozích BNF : 11977429t GND : 4185331-3 J9U : 987007534013905171 LCCN : sh85134957 NDL : 00573342 NKC : ph543054