الثوريوم: الخصائص والتطبيقات والاكتشاف

ا الثوريوم، الرمز ث والرقم الذري 90 ، هو أكتينيد. إنه عنصر يحتوي على حوالي 30 نظيرًا في المجموع ، ستة منها موجودة في الطبيعة. لديها حالة أكسدة +4 وتشكل مركبات مع معظم اللافلزات من الجدول الدوري. لديها وفرة مماثلة لتلك الموجودة في قيادة في قشرة الأرض ويمكن استخراجه تجارياً من بعض المعادن ، مثل المونازيت.

يتم إنتاج الثوريوم دائمًا تقريبًا كمنتج ثانوي للحصول على منتجات أخرى المعادن وتتميز بمقاومتها الحرارية الجيدة ، مما يجعلها مناسبة للمركبات الفضائية والصواريخ. أكسيد الثوريوم ThO₂، لديها أعلى نقطة انصهار ، بالإضافة إلى معامل انكسارها العالي. الثوريوم أيضًا تمت دراسته كوقود لمحطات الطاقة النووية، الذي يتمتع تطبيقه بمزايا على اليورانيوم المستخدم تقليديًا.

اقرأ أيضا:الأكتين - الأكتينيد الذي يمكن استخدامه لعلاج السرطان

مواضيع في هذا المقال

• 1- ملخص عن الثوريوم
• 2 - خواص الثوريوم
• 3 - خواص الثوريوم
• 4 - أين يمكن أن يوجد الثوريوم؟
• 5 - الحصول على الثوريوم
• 6 - تطبيقات الثوريوم
• 7- الثوريوم والنشاط الإشعاعي
• 8 - تاريخ الثوريوم

ملخص عن الثوريوم

• الثوريوم معدن ينتمي إلى مجموعة الأكتينيد.

• يحتوي على أكثر من 30 نظيرًا ، ستة منها موجودة في الطبيعة.

• إنه متفاعل كيميائيًا ويشكل مركبات مع معظم اللافلزات.

• له تركيز جيد في قشرة الأرض ، قريب من تركيز الرصاص.

• يتم استخراجه تجاريًا من معادن لا يمثل العنصر الرئيسي فيها ، مثل المونازيت والألانيت.

• لها تطبيقات في صناعة الطيران ، في تصنيع العدسات عالية الجودة ، وظهرت لاستخدامها كوقود نووي.

• اكتشفه الكيميائي السويدي يونس جاكوب برزيليوس عام 1828.

خصائص الثوريوم

• رمز: العاشر

• العدد الذري: 90

• الكتلة الذرية: 232.03806 c.u.s.

• كهرسلبية: 1,3

• نقطة الانصهار: 1750 درجة مئوية

• نقطة الغليان: 4788 درجة مئوية

• كثافة: 11.72 جم / سم^-3

• التكوين الإلكترونية: [آكانيوز] 7s² 6 د²

• سلسلة كيميائية: الأكتينيدات

لا تتوقف الان... هناك المزيد بعد الإعلان ؛)

خصائص الثوريوم

الثوريوم ، الرمز ث و العدد الذري 90 ، إنه أ معدن ينتمي إلى مجموعة الأكتينيد. عندما يكون في شكله المعدني ، يكون له لون فضي لامع ، بالإضافة إلى وجود أعلى نقطة انصهار بين جميع الأكتينيدات. ومع ذلك ، باستثناء الأكتينيوم ، فإن Th لديه أدنى مستوى كثافة من بين العناصر الأخرى في هذه الفئة.

هناك ما لا يقل عن 30 نظيرًا للثوريومومع ذلك ، فقط تلك الكتلة ذات الكتلة 227 و 228 و 230 و 231 و 232 و 234 طبيعية (موجودة في الطبيعة). يتم إنتاج العناصر الأخرى في المختبر أو من تفاعلات الاضمحلال لعناصر أخرى مصنوعة في المختبر ، وبالتالي تعتبر اصطناعية.

من بين النظائر الطبيعية ، ²³²ال الذي نصف الحياة في حدود 14 مليار سنة. هذا لأن الكثير من الثوريوم الموجود في الطبيعة يأتي من تفاعلات اضمحلال نظائر طبيعية اليورانيوم، ومع ذلك ، فإن ²³²هذا هو الوحيد الموجود في الخامات الخالية من اليورانيوم.

ال التفاعل الكيميائي للثوريوم مرتفع: في درجات حرارة عالية ، يتعرض للهجوم بسهولة الأكسجين, هيدروجين, نتروجين, الهالوجينات و كبريت. الكربون والفوسفور قادران على صنع مركبات ثنائية باستخدام Th.

عندما تنقسم بدقة ، بل إن الثوريوم قابل للاشتعال (تشتعل تلقائيًا عند ملامستها للهواء) ، ومع ذلك ، عندما تكون في شكل خام وتحت الظروف المحيطة ، فإنها تتفاعل ببطء مع الهواء ، ولكن مع ذلك ، يُنظر إلى التآكل.

مع الأحماض، الثوريوم يتفاعل بقوة مع حامض الهيدروكلوريك، تاركًا وراءه بقايا سوداء من الصيغة ThO (X) H ، حيث X عبارة عن خليط من أيونات OH^- و Cl^-. مع الأحماض الأخرى ، لا يتفاعل Th عمليا.

أين يمكن أن يوجد الثوريوم؟

المونازيت هو المصدر التجاري الرئيسي للثوريوم.

الثوريوم لديه مشاركة جماعية جيدة في قشرة الأرض. ويقدر أنها أكثر وفرة بثلاث مرات من القصدير، ضعف وفرة الزرنيخ ووفيرة مثل الرصاص و الموليبدينوم. تشير البيانات إلى أن تركيزه في قشرة الأرض هو 10 جزء في المليون (جزء في المليون أو مليغرام لكل كيلوغرام) ، بينما تركيز الرصاص ، للمقارنة ، هو 16 جزء في المليون.

يوجد في الطبيعة في شكل رباعي التكافؤ.، العاشر⁴⁺، وغالبًا ما يرتبط بـ U⁴⁺، Zr⁴⁺، Hf⁴⁺ و م⁴⁺، بالإضافة إلى بعض المعادن الأرضية النادرة ثلاثية التكافؤ (الشحن 3+) مع نصف القطر الأيوني مماثل. في المحيطات ، تركيز ث⁴⁺ لا يزيد عن 0.5 × 10^-3 g / m³ ، لأن الشكل رباعي التكافؤ ضعيف الذوبان.

الثوريوم وأكاسيد اليورانيوم ThO₂ و OU₂، لها هياكل متشابهة ، وبالتالي ، يمكن أن تشكل حلاً صلبًا. إذا كان الخليط يحتوي على ما يصل إلى 15٪ بالمول من ThO₂، نحن نواجه خام اليورانيت. ومع ذلك ، إذا كان هناك أكثر من 75٪ بالمول من ThO₂، يسمى خام الثوريانيت. هذا هو السبب في أن الثوريوم هو شوائب موجودة دائمًا في عينات البتشبلند المعدنية.

معدن آخر يحتوي على نسبة عالية من الثوريوم هو الثوريت ، وسيليكات الثوريوم (ThSiO₄) التي تم اكتشاف العنصر بواسطتها ، ولكن كل من الثوريت والثوريانيت من المعادن النادرة.

لذلك ، من الناحية التجارية ، المصادر الرئيسية للثوريوم هي المونازيت ، الألانيت والزركون (أو زركونيا). في هذه المعادن ، وفي المعادن الأخرى الموضحة في الجدول أدناه ، يعتبر الثوريوم مكونًا أقلية.

المعدنية	المحتوى الخامس (جزء في المليون)
مونازيت	من 25000 إلى 200000
الألانيت	من 1000 إلى 20000
الزركون	من 50 إلى 4000
تيتانيت	100 إلى 600
إيدوت	من 50 إلى 500
الأباتيت	20 إلى 150
أكسيد الحديد الأسود	0.3 إلى 20

يعد المونازيت ، وهو فوسفات أرضي نادر ذهبي أو بني ، مصدرًا مهمًا للثوريوم على شكل ThO₂، حيث يتم توزيعها على الكوكب بأكمله تقريبًا ، وبعض الرواسب واسعة جدًا. وتجدر الإشارة إلى الودائع في الهند ومصر وجنوب إفريقيا والولايات المتحدة وكندا ، بمقدار 200-400 كيلو طن (كيلو طن ، 10 طن) من ThO₂ في كل بلد.

اقرأ أيضا: أميريسيوم - أكتينيد يستخدم على نطاق واسع في أجهزة الكشف عن الدخان

الحصول على الثوريوم

نظرًا لأن الثوريوم يوجد دائمًا مرتبطًا بالمعادن ذات الأهمية التجارية الكبيرة (مثل النيوبيومواليورانيوم و الزركونيوم) ، مثل اللانثانيدات ، يتم إنتاجه كمنتج ثانوي.

في ال في حالة المونازيت ، هناك نوعان لبدء الحصول على الثوريوم:

• هجوم بأحماض قوية قادرة على تحويل أيونات الفوسفات (PO₄^3-) في H.₂تراب₄^- و ح₃تراب₄وبذلك تترك الأيونات المعدنية على شكل أملاح قابلة للذوبان في الماء ؛

• أو استخدام محاليل قلوية قوية ، والتي ستحول الفوسفات غير القابل للذوبان إلى هيدروكسيدات المعادن غير القابلة للذوبان ، والتي يمكن إذابتها لاحقًا مع الحمض بعد فصل طاف.

في حالة المسار الحمضي ، بعد الذوبان ، يتم فصل الثوريوم عن الأتربة النادرة الأخرى عن طريق الترسيب بعد تعديل الرقم الهيدروجيني في 1.0. ثم تتم معالجة الراسب ، وهو فوسفات الثوريوم ، بمحلول قلوي لإزالة الفوسفات. المواد غير المرغوب فيها ، ثم تذوب في حامض النيتريك ، لتنقيتها مع ثلاثي بوتيل الفوسفات في الكيروسين.

في المسار القلوي ، يتم فصل هيدروكسيد الثوريوم عن هيدروكسيدات الأرض النادرة الأخرى عن طريق إضافة حمض الهيدروكلوريك وضبط الأس الهيدروجيني بين 5.0 و 6.0 ، والذي يترسب فقط في مركب الثوريوم. من هناك ، يذوب الثوريوم أيضًا في حمض النيتريك ويتم تنقيته أيضًا باستخدام فوسفات ثلاثي بوتيل في الكيروسين.

في كلتا الحالتين ، يتم استرداد الثوريوم في شكل Th (NO₃)₄، أي نترات الثوريوم الرابع.

لإنتاج الثوريوم المعدني ، تم بالفعل استخدام تقليل هاليدات وثنائي الهاليدات بالصوديوم أو البوتاسيوم أو الكالسيوم. ال التحليل الكهربائي يمكن تطبيقها أيضًا، حيث يتم دمج كلوريد الثوريوم أو الفلورايد مع الصوديوم أو كلوريد البوتاسيوم. ال ThO_2­ كما أنه مصدر للثوريوم المعدني ، من خلال عمليات الاختزال ، كما هو الحال في عملية سيلفانيا (حيث يكون الكالسيوم هو العامل المختزل).

تطبيقات الثوريوم

الثوريوم لديه مقاومة حرارية كبيرة. السبيكة المعدنية بين الثوريوم و المغنيسيوم (ماج ثور) يستخدم في المركبات الفضائية والصواريخ. ال ThO₂, أكسيد أعلى نقطة انصهار ، لها معامل انكسار عالي وتشتت منخفض ، وتستخدم في العدسات البصرية عالية الجودة.

يمكن أيضًا استخدام مركبات الثوريوم كمحفزات في العمليات الصناعية المهمة ، مثل تكسير الزيت، وتوليف حامض الكبريتيك وعملية أوستوالد لتخليق حامض النيتريك.

ومع ذلك ، الثوريوم برع في الكيمياء النووية. له ميزة على اليورانيوم: كل الثوريوم الطبيعي تقريبًا في شكل ²³²ال ، لا تحتاج إلى تخصيب. الثوريوم -232 ليس انشطاريًا ، ومع ذلك ، يمكن تحويله عن طريق امتصاص النيوترونات إليه ²³³يو ، وقود انشطاري ممتاز.

هناك نقطة أخرى لصالح استخدامه لإنتاج الطاقة وهي أن تصبح بقايا الثوريوم آمنة في فترة زمنية أقصر مقارنة ببقايا اليورانيوم. في حين أن نفايات اليورانيوم خطرة لآلاف السنين ، فإن حوالي 83٪ من نفايات فلوريد الثوريوم السائل ستكون آمنة في غضون 10 سنوات ، في حين أن نسبة 17٪ المتبقية ستكون آمنة في حوالي 300 عام.

منظر جوي لمحطة الطاقة النووية الهندية.

لا عجب أن الهند، مع وجود كمية كبيرة من رواسب الثوريوم وكمية منخفضة من اليورانيوم ، تسعى إلى تطوير محطات الطاقة النووية باستخدام الثوريوم.

تحقق من ذلك على البودكاست الخاص بنا:كيف تعمل محطات الطاقة النووية؟

الثوريوم والنشاط الإشعاعي

الثوريوم لا تأخذها أجسامنا بسهولة، بالإضافة إلى وجود تركيزات منخفضة في الهواء والماء الذي نشربه وفي الطعام. وبالتالي ، من غير المحتمل أن نرى مشاكل الثوريوم في عموم السكان. قيمت معظم الدراسات العمال الذين تعرضوا لكميات كبيرة من هذه المواد ، مثل عمال المناجم.

حول ال النشاط الإشعاعي، الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) صنفت الثوريوم على أنه مادة مسرطنة للإنسان. ومع ذلك ، فإن وزارة الصحة والخدمات الإنسانية الأمريكية تقول ذلك لا يزال من السابق لأوانه استنتاج أن الثوريوم مادة مسرطنة للإنسان.

من عام 1928 إلى عام 1955 ، تم استخدامه على النقيض من الفحوصات الإشعاعية ، Thorotrast ، والتي احتوت على 25 ٪ ThO₂ وكان مشعًا بعض الشيء. شوهد عدد أكبر من سرطانات الكبد والمرارة والدم في المرضى الذين تلقوا جرعات كبيرة من هذا التباين.

تاريخ الثوريوم

في عام 1815 ، أ تلقى الكيميائي Jöns Jacob Berzelius عينة من معدن نادر من مقاطعة فالون ، السويد. في ذلك الوقت ، افترض الكيميائي أنه سيكون هناك عنصر جديد في هذا المعدن ، والذي سماه الثوريوم ، في إشارة إلى إله الرعد والحرب الإسكندنافي ، ثور. ومع ذلك ، بعد 10 سنوات ، تم التأكد من أن المعدن هو عينة بسيطة من الزينوتيم ، فوسفات الإيتريوم.

ومع ذلك ، في عام 1928 ، تلقى Berzelius عينة معدنية جديدة من القس وعالم المعادن النرويجي Hans Morten Thrane Esmark. في هذا المعدن الجديد ، أخيرًا ، اكتشف الكيميائي السويدي عنصرًا جديدًا، مع إعطائها نفس الاسم. وبالتالي ، أطلق عليها اسم tory (ثوريا) ، والتي تغير اسمها لاحقًا إلى torita (ثوريت).

بقلم ستيفانو أروجو نوفايس
مدرس كيمياء