O thorium, symbol Th og atomnummer 90, er et aktinid. Det er et grundstof med omkring 30 isotoper i alt, hvoraf seks findes i naturen. Det har en oxidationstilstand på +4 og danner forbindelser med det meste af ikke-metaller af det periodiske system. Den har en overflod, der kan sammenlignes med at føre i jordskorpen og kan udvindes kommercielt fra nogle mineraler, såsom monazit.
Thorium produceres næsten altid som et biprodukt ved at opnå andre metaller og udmærker sig ved sin gode termiske modstand, hvilket gør den velegnet til rumfartøjer og missiler. Thoriumoxid, ThO2, har det højeste smeltepunkt, foruden at have et højt brydningsindeks. også thorium er blevet undersøgt som brændsel til atomkraftværker, hvis anvendelse har fordele i forhold til konventionelt brugt uran.
Læs også:Actin - aktinid, der kan bruges til at behandle kræft
Emner i denne artikel
- 1 - Resumé om thorium
- 2 - Thorium egenskaber
- 3 - Karakteristika for thorium
- 4 - Hvor kan thorium findes?
- 5 - Indhentning af thorium
- 6 - Anvendelser af thorium
- 7 - Thorium og radioaktivitet
- 8 - Thoriums historie
resumé om thorium
Thorium er et metal, der tilhører aktinidgruppen.
Den har mere end 30 isotoper, hvoraf seks findes i naturen.
Det er kemisk reaktivt og danner forbindelser med de fleste ikke-metaller.
Den har en god koncentration i jordskorpen, tæt på bly.
Det er kommercielt udvundet af mineraler, hvor det ikke er hovedelementet, såsom monazit og allanit.
Det har anvendelse i rumfartsindustrien, i fremstillingen af linser af høj kvalitet, og er ved at blive brugt som nukleart brændsel.
Det blev opdaget i 1828 af den svenske kemiker Jöns Jacob Berzelius.
Thorium egenskaber
Symbol: Th
Atom nummer: 90
atommasse: 232.03806 c.u.s.
elektronegativitet: 1,3
Fusionspunkt: 1750 °C
Kogepunkt: 4788 °C
Massefylde: 11,72 g.cm-3
Elektronisk konfiguration: [Rn] 7s2 6d2
Kemisk serie: actinider
Stop ikke nu... Der er mere efter annoncen ;)
egenskaber ved thorium
Thorium, symbol Th og Atom nummer 90, det er en metal, der tilhører aktinidgruppen. Når den er i sin metalliske form, har den en lys sølvfarve, udover at have det højeste smeltepunkt blandt alle aktinider. Th har dog med undtagelse af actinium den laveste massefylde blandt de andre elementer i denne kategori.
Der er mindst 30 isotoper af thoriumdog er kun dem med masse 227, 228, 230, 231, 232 og 234 naturlige (findes i naturen). De andre er fremstillet i laboratoriet eller fra henfaldsreaktioner fra andre grundstoffer fremstillet i laboratoriet, og anses derfor for at være syntetiske.
Blandt de naturlige isotoper er 232Th, hvis halvt liv er i intervallet 14 milliarder år. Dette skyldes, at meget af det thorium, der findes i naturen, kommer fra henfaldsreaktioner af naturlige isotoper af urandog 232Dette er den eneste, der findes i uranfri malme.
DET Thoriums kemiske reaktivitet er høj: ved høje temperaturer angribes den let af ilt, brint, nitrogen, halogener og svovl. Kulstof og fosfor er i stand til at lave binære forbindelser med Th.
Når det er fint fordelt, Thorium er endda pyroforisk (det antændes spontant ved kontakt med luft), men når det er i rå form og under omgivende forhold, reagerer det langsomt med luft, men alligevel opfattes korrosion.
Med syrer, thorium reagerer kraftigt med saltsyreefterlader en sort rest med formlen ThO(X)H, hvor X er en blanding af OH-ionerne- og Cl-. Med de andre syrer reagerer Th praktisk talt ikke.
Hvor kan thorium findes?
thorium har en god massedeltagelse i jordskorpen. Det anslås at være tre gange mere rigeligt end tin, dobbelt så rigeligt som arsenik og så rigeligt som bly og molybdæn. Data indikerer, at dens koncentration i jordskorpen er 10 ppm (del per million eller milligram pr. kilogram), mens bly, til sammenligning, er 16 ppm.
Det findes i naturen i den tetravalente form., Th4+, og ofte forbundet med U4+, Zr4+, Hf4+ og Ce4+, plus nogle trivalente sjældne jordarters metaller (ladning 3+) med ionisk radius lignende. I havene er koncentrationen af Th4+ ikke mere end 0,5 x 10-3 g/m³, da den tetravalente form er dårligt opløselig.
Thorium- og uranoxider, ThO2 og OU2, har lignende strukturer og kan derfor danne en fast løsning. Hvis blandingen har op til 15 mol% ThO2, vi står over for uraninitmalmen. Men hvis der er mere end 75 mol% ThO2, malmen kaldes thorianit. Dette er grunden til, at thorium er en urenhed, der altid er til stede i pitchblende mineralprøver.
Et andet mineral med et højt thoriumindhold er thorite, et thoriumsilikat (ThSiO4), hvorved grundstoffet blev opdaget, men både thorit og thorianit er sjældne mineraler.
Så kommercielt, Hovedkilderne til thorium er monazit, allanit og zirkon (eller zirconia). I disse mineraler, og i de andre vist i tabellen nedenfor, er thorium en minoritetsbestanddel.
Mineral |
Indhold (ppm) |
monazit |
25.000 til 200.000 |
allanit |
1000 til 20.000 |
zirkon |
50 til 4000 |
titanit |
100 til 600 |
epidot |
50 til 500 |
apatit |
20 til 150 |
magnetit |
0,3 til 20 |
Monazit, en gylden eller brunlig sjælden jordart fosfat, er en vigtig kilde til thorium i form af ThO2, da det er fordelt over næsten hele planeten, og nogle aflejringer er ret omfattende. Bemærkelsesværdige er forekomster i Indien, Egypten, Sydafrika, USA og Canada med 200-400 kton (kilotons, 10³ tons) ThO2 i hvert land.
Læs også: Americium — aktinid, der er meget udbredt i røgdetektorer
Thorium opnåelse
Da thorium næsten altid findes forbundet med metaller af stor kommerciel interesse (f.eks niobium, uran og zirkonium), ligesom lanthanider, produceres det som et biprodukt.
Ved I tilfælde af monazit er der to former for at begynde at få thorium:
angreb af stærke syrer, der er i stand til at omdanne fosfationer (PO43-) i H2STØV4- og H3STØV4og efterlader således metalionerne i form af vandopløselige salte;
eller brug stærkt alkaliske opløsninger, som vil omdanne uopløselige fosfater til hydroxider uopløselige metaller, som senere kan opløses med syre efter adskillelse af de supernatant.
I tilfælde af syrevejen, efter solubilisering, adskilles thorium fra de andre sjældne jordarter ved udfældning efter justering af pH på 1,0. Bundfaldet, et thoriumphosphat, behandles derefter med alkalisk opløsning for at fjerne fosfater. uønskede stoffer, og derefter opløst i salpetersyre, der skal renses med tributylphosphat i petroleum.
På den alkaliske vej adskilles thoriumhydroxid fra de andre sjældne jordarters hydroxider ved at tilsætte saltsyre og justere pH mellem 5,0 og 6,0, hvilket kun udfælder thoriumforbindelsen. Derfra opløses thorium også i salpetersyre og renses yderligere med tributylphosphat i petroleum.
I begge tilfælde genvindes thorium i form af Th (NO3)4thorium IV-nitrat.
Til fremstilling af metallisk thorium er reduktionen af Th-halogenider og -dihalogenider allerede blevet anvendt med natrium, kalium eller calcium. DET elektrolyse kan også anvendes, hvor thoriumchlorid eller fluorid er fusioneret til natrium- eller kaliumchlorid. ThO2 det er også en kilde til metallisk thorium gennem reduktionsprocesser, som det er tilfældet med Sylvania-processen (hvor calcium er reduktionsmidlet).
Thorium applikationer
thorium har stor termisk modstand. Metallegeringen mellem thorium og magnesium (Mag-Thor) bruges i rumfartøjer og missiler. ThO2, oxid højeste smeltepunkt, har et højt brydningsindeks og lav dispersion, der bruges i optiske linser af høj kvalitet.
Thoriumforbindelser kan også bruges som katalysatorer i vigtige industrielle processer, som f.eks olie revner, syntesen af svovlsyre og Ostwald-processen til salpetersyresyntese.
Dog thorium har udmærket sig inden for kernekemi. Det har en fordel i forhold til uran: stort set alt naturligt thorium er i form af 232Th, behøver ikke berigelse. Thorium-232 er ikke fissilt, men det kan via neutronabsorption omdannes til 233U, et fremragende fissilt brændstof.
Et andet punkt til fordel for at bruge det til energiproduktion er det Thoriumrester bliver sikre på kortere tid sammenlignet med uranrester. Mens uraniumaffald er farligt i tusinder af år, ville omkring 83 % af flydende thoriumfluorid affald være sikkert om 10 år, mens de resterende 17 % ville være sikkert om omkring 300 år.
ikke underligt Indien, med en høj mængde thoriumaflejringer og en lav mængde uran, søger udviklingen af atomkraftværker, der bruger thorium.
Tjek det ud på vores podcast:Hvordan fungerer atomkraftværker?
Thorium og radioaktivitet
thorium er ikke let at tage af vores krop, udover at have lave koncentrationer i luften, i vandet vi drikker og i maden. Det er således usandsynligt, at vi vil se problemer forårsaget af thorium i den almindelige befolkning. De fleste af undersøgelserne evaluerede arbejdere, der var udsat for store mængder af dette materiale, såsom minearbejdere.
omkring radioaktivitet, har International Agency for Research on Cancer (IARC) klassificeret thorium som et kræftfremkaldende stof for mennesker. Det siger det amerikanske Department of Health and Human Services dog Det er endnu for tidligt at konkludere, at thorium er kræftfremkaldende for mennesker.
Fra 1928 til 1955 blev den brugt som kontrast ved radiologiske undersøgelser, Thorotrasten, som indeholdt 25 % ThO2 og var let radioaktivt. Et større antal kræftformer i leveren, galdeblæren og blodet blev set hos patienter, som fik store doser af denne kontrast.
thoriums historie
I året 1815 blev kemiker Jöns Jacob Berzelius modtog en prøve af et sjældent mineral fra Falun-distriktet, Sverige. På det tidspunkt antog kemikeren, at der ville være et nyt grundstof i dette mineral, som han kaldte thorium, med henvisning til den skandinaviske gud for torden og krig, Thor. Men 10 år senere blev mineralet bekræftet at være en simpel prøve af xenotime, yttriumphosphat.
I 1928 modtog Berzelius imidlertid en ny mineralprøve fra den norske pastor og mineralog Hans Morten Thrane Esmark. I dette nye mineral, endelig Svensk kemiker opdagede et nyt grundstof, giver det samme navn. Derfor kaldte han det tory (thoria), som senere fik sit navn ændret til torita (thorite).
Af Stefano Araújo Novais
Kemi lærer