Ο θόριο, σύμβολο Th και ατομικός αριθμός 90, είναι μια ακτινίδη. Είναι ένα στοιχείο με περίπου 30 ισότοπα συνολικά, έξι από τα οποία βρίσκονται στη φύση. Έχει κατάσταση οξείδωσης +4 και σχηματίζει ενώσεις με τα περισσότερα από τα αμέταλλα του Περιοδικού Πίνακα. Έχει μια αφθονία συγκρίσιμη με αυτή του οδηγω στον φλοιό της γης και μπορεί να εξαχθεί εμπορικά από ορισμένα ορυκτά, όπως ο μοναζίτης.
Το θόριο παράγεται σχεδόν πάντα ως υποπροϊόν της λήψης άλλων μέταλλα και ξεχωρίζει για την καλή θερμική του αντοχή, που το καθιστά κατάλληλο για διαστημόπλοια και πυραύλους. Οξείδιο θορίου, ThO2, έχει το υψηλότερο σημείο τήξης, εκτός από υψηλό δείκτη διάθλασης. θόριο επίσης έχει μελετηθεί ως καύσιμο για πυρηνικούς σταθμούς, η εφαρμογή του οποίου έχει πλεονεκτήματα σε σχέση με το συμβατικά χρησιμοποιούμενο ουράνιο.
Διαβάστε επίσης:Ακτίνη — ακτινίδη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία του καρκίνου
περίληψη για το θόριο
Το θόριο είναι ένα μέταλλο που ανήκει στην ομάδα των ακτινιδών.
Έχει περισσότερα από 30 ισότοπα, έξι από τα οποία βρίσκονται στη φύση.
Είναι χημικά αντιδραστικό και σχηματίζει ενώσεις με τα περισσότερα αμέταλλα.
Έχει καλή συγκέντρωση στον φλοιό της γης, κοντά σε αυτόν του μολύβδου.
Εξάγεται στο εμπόριο από ορυκτά στα οποία δεν είναι το κύριο στοιχείο, όπως ο μοναζίτης και ο αλλανίτης.
Έχει εφαρμογή στην αεροδιαστημική βιομηχανία, στην κατασκευή φακών υψηλής ποιότητας και αναδύεται για χρήση ως πυρηνικό καύσιμο.
Ανακαλύφθηκε το 1828 από τον Σουηδό χημικό Jöns Jacob Berzelius.
Ιδιότητες θορίου
Σύμβολο: Θ
ατομικός αριθμός: 90
ατομική μάζα: 232.03806 κ.ε.
ηλεκτραρνητικότητα: 1,3
Σημείο σύντηξης: 1750 °C
Σημείο βρασμού: 4788 °C
Πυκνότητα: 11,72 γρ.εκ-3
Ηλεκτρονική διαμόρφωση: [Rn] 7s2 6δ2
Χημική σειρά: ακτινίδες
χαρακτηριστικά του θορίου
Θόριο, σύμβολο Θ και ατομικός αριθμός 90, είναι ένα μέταλλο που ανήκει στην ομάδα των ακτινιδών. Όταν βρίσκεται στη μεταλλική του μορφή, έχει λαμπερό ασημί χρώμα, εκτός από το ότι έχει το υψηλότερο σημείο τήξης μεταξύ όλων των ακτινιδών. Ωστόσο, με εξαίρεση το ακτίνιο, το Th έχει το χαμηλότερο πυκνότητα μεταξύ των άλλων στοιχείων αυτής της κατηγορίας.
Υπάρχουν τουλάχιστον 30 ισότοπα θορίου, ωστόσο, μόνο αυτά με μάζα 227, 228, 230, 231, 232 και 234 είναι φυσικά (που βρίσκονται στη φύση). Τα άλλα παράγονται στο εργαστήριο ή προέρχονται από αντιδράσεις διάσπασης άλλων στοιχείων που κατασκευάζονται στο εργαστήριο και επομένως θεωρούνται συνθετικά.
Μεταξύ των φυσικών ισοτόπων, το 232Θ, του οποίου ημιζωή είναι στην περιοχή των 14 δισεκατομμυρίων ετών. Αυτό συμβαίνει επειδή μεγάλο μέρος του θορίου που βρίσκεται στη φύση προέρχεται από αντιδράσεις διάσπασης των φυσικών ισοτόπων του ουράνιο, Ωστόσο, το 232Το Th είναι το μόνο που βρίσκεται σε μεταλλεύματα χωρίς ουράνιο.
Ο Η χημική αντιδραστικότητα του θορίου είναι υψηλή: σε υψηλές θερμοκρασίες, δέχεται εύκολα επίθεση οξυγόνο, υδρογόνο, άζωτο, αλογόνα και θείο. Ο άνθρακας και ο φώσφορος μπορούν να κάνουν δυαδικές ενώσεις με το Th.
Όταν μοιράζεται καλά, Το θόριο είναι ακόμη και πυροφορικό (αναφλέγεται αυθόρμητα σε επαφή με τον αέρα), ωστόσο, όταν είναι σε ακατέργαστη μορφή και υπό συνθήκες περιβάλλοντος, αντιδρά αργά με τον αέρα, αλλά ακόμα και έτσι γίνεται αντιληπτή διάβρωση.
Με οξέα, θόριο αντιδρά σθεναρά με το υδροχλωρικό οξύ, αφήνοντας πίσω ένα μαύρο υπόλειμμα του τύπου ThO(X)H, όπου το Χ είναι ένα μείγμα των ιόντων ΟΗ- και Cl-. Με τα άλλα οξέα, το Th πρακτικά δεν αντιδρά.
Πού μπορεί να βρεθεί το θόριο;
το θόριο έχει καλή μαζική συμμετοχή στο φλοιό της γης. Υπολογίζεται ότι είναι τρεις φορές πιο άφθονο από το κασσίτερος, διπλάσια αφθονία από το αρσενικό και άφθονο σαν μόλυβδος και μολυβδαίνιο. Τα δεδομένα δείχνουν ότι η συγκέντρωσή του στον φλοιό της γης είναι 10 ppm (μέρος ανά εκατομμύριο ή χιλιοστόγραμμα ανά κιλό), ενώ του μολύβδου, για σύγκριση, είναι 16 ppm.
Βρίσκεται στη φύση σε τετρασθενή μορφή., Θ4+και συχνά συνδέεται με το U4+, Zr4+, Χφ4+ και Ce4+, συν μερικά τρισθενή μέταλλα σπάνιων γαιών (φόρτιση 3+) με ιοντική ακτίνα παρόμοιος. Στους ωκεανούς η συγκέντρωση του Th4+ όχι περισσότερο από 0,5 x 10-3 g/m³, καθώς η τετρασθενής μορφή είναι ελάχιστα διαλυτή.
Οξείδια θορίου και ουρανίου, ThO2 και OU2, έχουν παρόμοιες δομές και, ως εκ τούτου, μπορούν να σχηματίσουν ένα στερεό διάλυμα. Εάν το μείγμα έχει έως και 15% κατά mol ThO2, βρισκόμαστε αντιμέτωποι με το μετάλλευμα ουρανινίτη. Ωστόσο, εάν υπάρχει περισσότερο από 75% κατά mol ThO2, το μετάλλευμα λέγεται θοριανίτης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το θόριο είναι μια ακαθαρσία που υπάρχει πάντα σε δείγματα ορυκτών pitchblende.
Ένα άλλο ορυκτό με υψηλή περιεκτικότητα σε θόριο είναι ο θορίτης, ένα πυριτικό θόριο (ThSiO4) από το οποίο ανακαλύφθηκε το στοιχείο, αλλά τόσο ο θοριίτης όσο και ο θοριανίτης είναι σπάνια ορυκτά.
Εμπορικά λοιπόν, κύριες πηγές θορίου είναι ο μοναζίτης, ο αλλανίτης και το ζιρκόνιο (ή ζιρκονία). Σε αυτά τα ορυκτά, και στα άλλα που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα, το θόριο είναι ένα μειοψηφικό συστατικό.
Ορυκτό |
Το περιεχόμενο (ppm) |
μοναζίτης |
25.000 έως 200.000 |
αλλανίτης |
1000 έως 20.000 |
ζιρκονίτης |
50 έως 4000 |
τιτανίτης |
100 έως 600 |
επίδοτο |
50 έως 500 |
απατίτης |
20 έως 150 |
μαγνητίτης |
0,3 έως 20 |
Ο μοναζίτης, ένα χρυσαφί ή καφέ φωσφορικό άλας σπάνιων γαιών, είναι μια σημαντική πηγή θορίου με τη μορφή ThO2, καθώς κατανέμεται σε ολόκληρο σχεδόν τον πλανήτη, και ορισμένα κοιτάσματα είναι αρκετά εκτεταμένα. Αξιοσημείωτα είναι τα κοιτάσματα στην Ινδία, την Αίγυπτο, τη Νότια Αφρική, τις Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά, με 200-400 kton (κιλοτόνους, 10³ τόνους) ThO2 σε κάθε χώρα.
Διαβάστε επίσης: Americium — ακτινίδη που χρησιμοποιείται ευρέως σε ανιχνευτές καπνού
Απόκτηση Θορίου
Καθώς το θόριο βρίσκεται σχεδόν πάντα συνδεδεμένο με μέταλλα μεγάλου εμπορικού ενδιαφέροντος (όπως π.χ νιόβιο, ουράνιο και ζιρκόνιο), όπως και οι λανθανίδες, παράγεται ως υποπροϊόν.
Στο Στην περίπτωση του μοναζίτη, υπάρχουν δύο μορφές για να αρχίσετε να παίρνετε θόριο:
προσβολή από ισχυρά οξέα, ικανά να μετασχηματίσουν φωσφορικά ιόντα (PO43-) στο Η2ΣΚΟΝΗ4- και Χ3ΣΚΟΝΗ4, αφήνοντας έτσι τα μεταλλικά ιόντα με τη μορφή υδατοδιαλυτών αλάτων.
ή χρησιμοποιήστε ισχυρά αλκαλικά διαλύματα, τα οποία θα μετατρέψουν τα αδιάλυτα φωσφορικά άλατα σε υδροξείδια αδιάλυτα μέταλλα, τα οποία μπορούν αργότερα να διαλυθούν με οξύ μετά τον διαχωρισμό του υπερκείμενο.
Στην περίπτωση της οδού οξέος, μετά τη διαλυτοποίηση, το θόριο διαχωρίζεται από τις άλλες σπάνιες γαίες με καθίζηση μετά την προσαρμογή του pH στο 1,0. Το ίζημα, ένα φωσφορικό θόριο, στη συνέχεια υποβάλλεται σε επεξεργασία με αλκαλικό διάλυμα για να απομακρυνθούν τα φωσφορικά άλατα. ανεπιθύμητες ουσίες, και στη συνέχεια διαλύονται σε νιτρικό οξύ, για να καθαριστούν με φωσφορικό τριβουτυλεστέρα πετρέλαιο.
Στην αλκαλική οδό, το υδροξείδιο του θορίου διαχωρίζεται από τα άλλα υδροξείδια των σπάνιων γαιών προσθέτοντας υδροχλωρικό οξύ και ρυθμίζοντας το pH μεταξύ 5,0 και 6,0, το οποίο καθιζάνει μόνο την ένωση θορίου. Από εκεί, το θόριο διαλύεται επίσης σε νιτρικό οξύ και περαιτέρω καθαρίζεται με φωσφορικό τριβουτυλεστέρα σε κηροζίνη.
Και στις δύο περιπτώσεις, το θόριο ανακτάται με τη μορφή Th (NO3)4, δηλαδή νιτρικό θόριο IV.
Για την παραγωγή μεταλλικού θορίου έχει ήδη χρησιμοποιηθεί η αναγωγή Th αλογονιδίων και διαλογονιδίων από νάτριο, κάλιο ή ασβέστιο. Ο ηλεκτρόλυση μπορεί επίσης να εφαρμοστεί, όπου το χλωριούχο θόριο ή το φθόριο συντήκονται με χλωριούχο νάτριο ή κάλιο. Το ThO2 Είναι επίσης μια πηγή μεταλλικού θορίου, μέσω διεργασιών αναγωγής, όπως είναι η περίπτωση της διαδικασίας Sylvania (στην οποία το ασβέστιο είναι ο αναγωγικός παράγοντας).
Εφαρμογές Thorium
το θόριο έχει μεγάλη θερμική αντοχή. Το κράμα μετάλλων μεταξύ θορίου και μαγνήσιο (Mag-Thor) χρησιμοποιείται σε διαστημόπλοια και πυραύλους. Το ThO2, οξείδιο υψηλότερο σημείο τήξης, έχει υψηλό δείκτη διάθλασης και χαμηλή διασπορά, που χρησιμοποιείται σε υψηλής ποιότητας οπτικούς φακούς.
Οι ενώσεις θορίου μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως καταλύτες σε σημαντικές βιομηχανικές διεργασίες, όπως π.χ πυρόλυση λαδιού, η σύνθεση του θειικό οξύ και τη διαδικασία Ostwald για τη σύνθεση νιτρικού οξέος.
Ωστόσο, θόριο έχει διαπρέψει στην πυρηνική χημεία. Έχει ένα πλεονέκτημα έναντι του ουρανίου: σχεδόν όλο το φυσικό θόριο έχει τη μορφή 232Θ, δεν χρειάζεται εμπλουτισμό. Το θόριο-232 δεν είναι σχάσιμο, ωστόσο, μπορεί να μετατραπεί μέσω απορρόφησης νετρονίων σε 233U, ένα εξαιρετικό σχάσιμο καύσιμο.
Ένα άλλο σημείο υπέρ της χρήσης του για παραγωγή ενέργειας είναι ότι Τα υπολείμματα θορίου γίνονται ασφαλή σε μικρότερο χρονικό διάστημα σε σύγκριση με τα υπολείμματα ουρανίου. Ενώ τα απόβλητα ουρανίου είναι επικίνδυνα για χιλιάδες χρόνια, περίπου το 83% των αποβλήτων υγρού φθοριούχου θορίου θα ήταν ασφαλές σε 10 χρόνια, ενώ το υπόλοιπο 17% θα ήταν ασφαλές σε περίπου 300 χρόνια.
δεν είναι περίεργο το Ινδία, με υψηλή ποσότητα κοιτασμάτων θορίου και χαμηλή ποσότητα ουρανίου, επιδιώκει την ανάπτυξη πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής με χρήση θορίου.
Δείτε το στο podcast μας:Πώς λειτουργούν οι πυρηνικοί σταθμοί;
Θόριο και ραδιενέργεια
το θόριο δεν λαμβάνεται εύκολα από τον οργανισμό μας, εκτός από χαμηλές συγκεντρώσεις στον αέρα, στο νερό που πίνουμε και στα τρόφιμα. Έτσι, είναι απίθανο να δούμε προβλήματα που προκαλούνται από το θόριο στον γενικό πληθυσμό. Οι περισσότερες από τις μελέτες αξιολόγησαν εργαζόμενους που εκτέθηκαν σε μεγάλες ποσότητες αυτού του υλικού, όπως οι ανθρακωρύχοι.
για το ραδιοενέργεια, ο Διεθνής Οργανισμός Έρευνας για τον Καρκίνο (IARC) έχει ταξινομήσει το θόριο ως καρκινογόνο για τον άνθρωπο. Ωστόσο, το Υπουργείο Υγείας και Ανθρωπίνων Υπηρεσιών των ΗΠΑ το λέει αυτό Είναι ακόμη πολύ νωρίς για να συμπεράνουμε ότι το θόριο είναι καρκινογόνο για τον άνθρωπο.
Από το 1928 έως το 1955, χρησιμοποιήθηκε ως σκιαγραφικό σε ακτινολογικές εξετάσεις, το Thorotrast, το οποίο περιείχε 25% ThO2 και ήταν ελαφρώς ραδιενεργό. Μεγαλύτερος αριθμός καρκίνων του ήπατος, της χοληδόχου κύστης και του αίματος παρατηρήθηκε σε ασθενείς που έλαβαν μεγάλες δόσεις αυτού του σκιαγραφικού.
ιστορία του θορίου
Το έτος 1815, το Ο χημικός Jöns Jacob Berzelius έλαβε δείγμα από ένα σπάνιο ορυκτό από την περιοχή Φάλουν, Σουηδία. Εκείνη την εποχή, ο χημικός υπέθεσε ότι θα υπήρχε ένα νέο στοιχείο σε αυτό το ορυκτό, το οποίο ονόμασε θόριο, σε σχέση με τον σκανδιναβικό θεό της βροντής και του πολέμου, Ο Θορ. Ωστόσο, 10 χρόνια αργότερα, επιβεβαιώθηκε ότι το ορυκτό ήταν ένα απλό δείγμα ξενοτίμης, το φωσφορικό ύττριο.
Το 1928, ωστόσο, ο Berzelius έλαβε ένα νέο δείγμα ορυκτών από τον Νορβηγό αιδεσιμότατο και ορυκτολόγο Hans Morten Thrane Esmark. Σε αυτό το νέο ορυκτό, τέλος, το Σουηδός χημικός ανακάλυψε ένα νέο στοιχείο, δίνοντάς του το ίδιο όνομα. Κατά συνέπεια, το ονόμασε tory (θορία), το οποίο αργότερα άλλαξε το όνομά του σε torita (θορίτης).
Του Stefano Araújo Novais
Καθηγητής Χημείας
