Toorium: omadused, rakendused, avastus

O toorium, sümbol Th ja aatomnumber 90, on aktiniid. See on element, millel on kokku umbes 30 isotoopi, millest kuus leidub looduses. Selle oksüdatsiooniaste on +4 ja see moodustab ühendeid enamiku mittemetallid perioodilisest tabelist. Selle arvukus on võrreldav juhtima maapõues ja seda saab kaubanduslikult ekstraheerida mõnest mineraalist, näiteks monasiidist.

Tooriumi toodetakse peaaegu alati muu saamise kõrvalsaadusena metallid ja paistab silma hea soojustakistusega, mistõttu sobib see kosmoselaevadele ja rakettidele. Tooriumoksiid, ThO₂, on kõrgeima sulamistemperatuuriga, lisaks kõrge murdumisnäitaja. ka toorium on uuritud tuumaelektrijaamade kütusena, mille rakendusel on tavapäraselt kasutatava uraani ees eelised.

Loe ka:Aktiin – aktiniid, mida saab kasutada vähi raviks

Selle artikli teemad

• 1 – kokkuvõte tooriumi kohta
• 2 – Tooriumi omadused
• 3 - Tooriumi omadused
• 4 - Kust leida tooriumi?
• 5 - Tooriumi saamine
• 6 - Tooriumi rakendused
• 7 - Toorium ja radioaktiivsus
• 8 – Tooriumi ajalugu

kokkuvõte tooriumi kohta

• Toorium on aktiniidide rühma kuuluv metall.

• Sellel on üle 30 isotoobi, millest kuus leidub looduses.

• See on keemiliselt reaktiivne ja moodustab ühendeid enamiku mittemetallidega.

• Sellel on hea kontsentratsioon maakoores, lähedane plii omale.

• Seda ekstraheeritakse kaubanduslikult mineraalidest, milles see ei ole peamine element, nagu monasiit ja allaniit.

• Seda kasutatakse kosmosetööstuses, kvaliteetsete läätsede valmistamisel ja seda hakatakse kasutama tuumakütusena.

• Selle avastas 1828. aastal Rootsi keemik Jöns Jacob Berzelius.

Tooriumi omadused

• Sümbol: Th

• aatomnumber: 90

• aatommass: 232.03806 c.u.s.

• elektronegatiivsus: 1,3

• Ühinemispunkt: 1750 °C

• Keemispunkt: 4788 °C

• TihedusKaal: 11,72 g.cm^-3

• Elektrooniline konfiguratsioon: [Rn] 7s² 6d²

• Keemiline seeria: aktiniidid

Ära nüüd lõpeta... Pärast kuulutust on rohkem ;)

Tooriumi omadused

Toorium, sümbol Th ja aatomnumber 90, see on a aktiniidide rühma kuuluv metall. Metallilisel kujul on sellel särav hõbedane värvus, lisaks on sellel aktiniidide seas kõrgeim sulamistemperatuur. Kui aga aktiinium välja arvata, siis Th on madalaim tihedus selle kategooria muude elementide hulgas.

Tooriumi isotoopi on vähemalt 30aga looduslikud (looduses leiduvad) on ainult need massiga 227, 228, 230, 231, 232 ja 234. Ülejäänud toodetakse laboris või muude laboris valmistatud elementide lagunemisreaktsioonidest ja seetõttu peetakse neid sünteetilisteks.

Looduslike isotoopide hulgas on ²³²Th, kelle pool elu jääb vahemikku 14 miljardit aastat. Seda seetõttu, et suur osa looduses leiduvast tooriumist pärineb looduslike isotoopide lagunemisreaktsioonidest uraan, aga ²³²See on ainus, mida leidub uraanivabades maakides.

THE Tooriumi keemiline reaktsioonivõime on kõrge: kõrgel temperatuuril rünnatakse kergesti hapnikku, vesinik, lämmastik, halogeenid ja väävel. Süsinik ja fosfor on võimelised moodustama kahekomponentseid ühendeid Th-ga.

Kui peeneks jaotatud, Toorium on isegi pürofooriline (süttib õhuga kokkupuutel iseeneslikult), kuid toorel kujul ja ümbritseva keskkonna tingimustes reageerib õhuga aeglaselt, kuid sellegipoolest on korrosioon tajutav.

Koos happed, toorium reageerib jõuliselt vesinikkloriidhape, jättes maha musta jäägi valemiga ThO(X)H, kus X on OH ioonide segu^- ja Cl^-. Teiste hapetega Th praktiliselt ei reageeri.

Kust leida tooriumi?

Monasiit on tooriumi peamine kaubanduslik allikas.

toorium omab hea massiosalust maapõues. See on hinnanguliselt kolm korda rikkalikum kui tina, kaks korda rikkalikum kui arseen ja nii palju kui pliid ja molübdeen. Andmed näitavad, et selle kontsentratsioon maakoores on 10 ppm (osa miljoni kohta või milligrammi kilogrammi kohta), samas kui plii kontsentratsioon on võrdluseks 16 ppm.

Looduses leidub seda neljavalentsel kujul., Th⁴⁺ja sageli seotud U-ga⁴⁺, Zr⁴⁺, Hf⁴⁺ ja Ce⁴⁺, pluss mõned kolmevalentsed haruldased muldmetallid (laeng 3+). iooniline raadius sarnased. Ookeanides on Th⁴⁺ mitte rohkem kui 0,5 x 10^-3 g/m³, kuna neljavalentne vorm on halvasti lahustuv.

Tooriumi ja uraani oksiidid, ThO₂ ja OU₂, on sarnase struktuuriga ja võivad seetõttu moodustada tahke lahuse. Kui segus on kuni 15 mol% ThO₂, seisame silmitsi uraniidimaagiga. Kui aga ThO-d on üle 75 mooliprotsenti₂, maaki nimetatakse torianiidiks. Seetõttu on toorium lisand, mis on pigisegu mineraaliproovides alati olemas.

Teine suure tooriumisisaldusega mineraal on tooriit, tooriumsilikaat (ThSiO₄), mille abil element avastati, kuid nii toriit kui ka torianiit on haruldased mineraalid.

Nii et äriliselt Tooriumi peamised allikad on monasiit, allaniit ja tsirkoon (või tsirkooniumoksiid). Nendes ja teistes allolevas tabelis näidatud mineraalides on toorium vähemuskoostisosa.

Mineraal	sisu (ppm)
monatsiit	25 000 kuni 200 000
allaniit	1000 kuni 20 000
tsirkoon	50 kuni 4000
titaniit	100 kuni 600
epidoot	50 kuni 500
apatiit	20 kuni 150
magnetiit	0,3 kuni 20

Monasiit, kuldne või pruunikas haruldaste muldmetallide fosfaat, on oluline ThO kujul oleva tooriumi allikas₂, kuna see on jaotunud peaaegu kogu planeedil ja mõned maardlad on üsna ulatuslikud. Märkimisväärsed on ladestused Indias, Egiptuses, Lõuna-Aafrikas, USA-s ja Kanadas, kus on 200–400 kilotonni (kilotonni, 10³ tonni) ThO₂ igas riigis.

Loe ka: Americium – suitsuandurites laialdaselt kasutatav aktiniid

Tooriumi saamine

Kuna toorium on peaaegu alati seotud metallidega, mis pakuvad suurt kaubanduslikku huvi (nt nioobium, uraan ja tsirkoonium), nagu lantaniidid, toodetakse seda kõrvalsaadusena.

Juures Monasiidi puhul on kaks vormi tooriumi hankimise alustamiseks:

• tugevate hapete rünnak, mis on võimelised muundama fosfaadiioone (PO₄^3-) kirjas H₂TOLM₄^- ja H₃TOLM₄jättes seega metalliioonid vees lahustuvate soolade kujul;

• või kasutage tugevalt leeliselisi lahuseid, mis muudavad lahustumatud fosfaadid hüdroksiidideks lahustumatud metallid, mida saab hiljem pärast eraldamist happega lahustada supernatant.

Happemeetodi korral eraldatakse toorium pärast solubiliseerimist teistest haruldastest muldmetallidest sadestamise teel pärast lahuse reguleerimist. pH 1.0 juures. Seejärel töödeldakse sadet, tooriumfosfaati, fosfaatide eemaldamiseks leeliselise lahusega. soovimatud ained ja lahustatakse seejärel lämmastikhappes, mida puhastatakse tributüülfosfaadiga petrooleum.

Aluselisel teel eraldatakse tooriumhüdroksiid teistest haruldaste muldmetallide hüdroksiididest, lisades vesinikkloriidhapet ja reguleerides pH vahemikus 5,0–6,0, mis ainult sadestab tooriumiühendi. Sealt edasi lahustatakse toorium ka lämmastikhappes ja puhastatakse edasi petrooleumis oleva tributüülfosfaadiga.

Mõlemal juhul saadakse toorium Th (NO₃)₄, st toorium IV nitraat.

Metallilise tooriumi tootmiseks on juba kasutatud Th-halogeniidide ja dihalogeniidide redutseerimist naatriumi, kaaliumi või kaltsiumi abil. THE elektrolüüs saab ka rakendadakus tooriumkloriid või fluoriid on sulatatud naatrium- või kaaliumkloriidiga. ThO_2­ see on ka metallilise tooriumi allikas redutseerimisprotsesside kaudu, nagu Sylvania protsessi puhul (milles redutseerijaks on kaltsium).

Tooriumi rakendused

toorium on suure soojustakistusega. Metallisulam tooriumi ja magneesium (Mag-Thor) kasutatakse kosmoselaevades ja rakettides. ThO₂, oksiid kõrgeim sulamistemperatuur, kõrge murdumisnäitaja ja madal dispersioon, mida kasutatakse kvaliteetsetes optilistes läätsedes.

Tooriumiühendeid saab kasutada ka katalüsaatoritena olulistes tööstusprotsessides, nt õli pragunemine, süntees väävelhape ja Ostwaldi protsess lämmastikhappe sünteesiks.

Küll aga toorium on silma paistnud tuumakeemias. Sellel on uraani ees eelis: peaaegu kogu looduslik toorium on kujul ²³²Th, ei vaja rikastamist. Toorium-232 ei ole lõhustuv, kuid seda saab neutronite neeldumise teel muundada ²³³U, suurepärane lõhustuv kütus.

Teine punkt, mis pooldab selle kasutamist energia tootmiseks, on see Tooriumijäägid muutuvad ohutuks lühema aja jooksul võrreldes uraani jääkidega. Kui uraanijäätmed on ohtlikud tuhandeid aastaid, siis umbes 83% vedelate tooriumfluoriidijäätmetest oleks ohutud 10 aasta pärast, ülejäänud 17% oleks ohutud umbes 300 aasta pärast.

India tuumaelektrijaama õhuvaade.

pole ime, et India, kus on palju tooriumimaardlaid ja vähe uraani, püüab arendada tooriumi kasutavaid tuumaelektrijaamu.

Vaadake seda meie podcastist:Kuidas tuumaelektrijaamad töötavad?

Toorium ja radioaktiivsus

toorium meie keha ei oma seda kergestiLisaks madalale kontsentratsioonile õhus, vees, mida joome, ja toidus. Seega ei näe me tõenäoliselt üldpopulatsioonis tooriumist põhjustatud probleeme. Enamikus uuringutes hinnati töötajaid, kes puutusid kokku suure koguse selle materjaliga, näiteks kaevureid.

umbes radioaktiivsus, on Rahvusvaheline Vähiuuringute Agentuur (IARC) klassifitseerinud tooriumi inimese kantserogeeniks. USA tervishoiu- ja inimteenuste osakond aga ütleb seda On veel liiga vara järeldada, et toorium on inimesele kantserogeenne.

Aastatel 1928–1955 kasutati radioloogilistes uuringutes kontrastainena Thorotrasti, mis sisaldas 25% ThO.₂ ja oli veidi radioaktiivne. Patsientidel, kes said seda kontrastainet suurtes annustes, täheldati rohkem maksa-, sapipõie- ja verevähki.

tooriumi ajalugu

Aastal 1815, keemik Jöns Jacob Berzelius sai haruldase mineraali proovi Faluni ringkonnast, Rootsist. Sel ajal oletas keemik, et selles mineraalis on uus element, mida ta nimetas tooriumiks, viidates Skandinaavia äikese- ja sõjajumalale. Thor. Kuid 10 aastat hiljem kinnitati, et mineraal on lihtne ksenotiimi, ütriumfosfaadi proov.

1928. aastal sai Berzelius aga Norra reverendilt ja mineraloogilt Hans Morten Thrane Esmarkilt uue mineraaliproovi. Selles uues mineraalis lõpuks Rootsi keemik avastas uue elemendi, andes sellele sama nime. Seetõttu nimetas ta selle toryks (Thoria), mille nimi muudeti hiljem toritaks (toriit).

Autor Stefano Araújo Novais
Keemia õpetaja