O thorium, de symbole Th et de numéro atomique 90, est un actinide. C'est un élément avec environ 30 isotopes en tout, dont six se trouvent dans la nature. Il a un état d'oxydation de +4 et forme des composés avec la plupart des non-métaux du tableau périodique. Il a une abondance comparable à celle de conduire dans la croûte terrestre et peut être commercialement extraite de certains minéraux, comme la monazite.
Le thorium est presque toujours produit comme sous-produit de l'obtention d'autres métaux et se distingue par sa bonne résistance thermique, ce qui le rend adapté aux engins spatiaux et aux missiles. Oxyde de thorium, ThO2, a le point de fusion le plus élevé, en plus d'avoir un indice de réfraction élevé. le thorium aussi a été étudié comme combustible pour les centrales nucléaires, dont l'application présente des avantages par rapport à l'uranium classiquement utilisé.
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résumé sur le thorium
Le thorium est un métal appartenant au groupe des actinides.
Il contient plus de 30 isotopes, dont six se trouvent dans la nature.
Il est chimiquement réactif et forme des composés avec la plupart des non-métaux.
Il a une bonne concentration dans la croûte terrestre, proche de celle du plomb.
Il est commercialement extrait de minéraux dont il n'est pas l'élément principal, comme la monazite et l'allanite.
Il a des applications dans l'industrie aérospatiale, dans la fabrication de lentilles de haute qualité, et émerge pour être utilisé comme combustible nucléaire.
Il a été découvert en 1828 par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius.
Propriétés du thorium
Symbole: E
numéro atomique: 90
masse atomique: 232.03806 cu.u.s.
électronégativité: 1,3
Point de fusion: 1750 °C
Point d'ébullition: 4788 °C
Densité: 11.72 g.cm-3
Configuration électronique: [Rn] 7s2 6d2
Série chimique : actinides
caractéristiques du thorium
Thorium, symbole Th et numéro atomique 90, c'est un métal appartenant au groupe des actinides. Lorsqu'il est sous sa forme métallique, il a une couleur argentée brillante, en plus d'avoir le point de fusion le plus élevé parmi tous les actinides. Cependant, à l'exception de l'actinium, Th a la plus faible densité parmi les autres éléments de cette catégorie.
Il existe au moins 30 isotopes du thorium, cependant, seuls ceux de masse 227, 228, 230, 231, 232 et 234 sont naturels (trouvés dans la nature). Les autres sont produits en laboratoire ou dérivés de réactions de désintégration d'autres éléments fabriqués en laboratoire, et sont donc considérés comme synthétiques.
Parmi les isotopes naturels, le 232Th, dont demi vie est de l'ordre de 14 milliards d'années. En effet, une grande partie du thorium présent dans la nature provient de réactions de désintégration d'isotopes naturels de uranium, Cependant, le 232C'est le seul trouvé dans les minerais sans uranium.
LA La réactivité chimique du thorium est élevée: à haute température, il est facilement attaqué par oxygène, hydrogène, azote, halogènes et soufre. Le carbone et le phosphore sont capables de former des composés binaires avec Th.
Lorsqu'il est finement divisé, Le thorium est même pyrophorique (il s'enflamme spontanément au contact de l'air), cependant, lorsqu'il est à l'état brut et dans des conditions ambiantes, il réagit lentement avec l'air, mais malgré tout, une corrosion est perçue.
Avec acides, thorium réagit vigoureusement avec le acide hydrochlorique, laissant derrière lui un résidu noir de formule ThO(X)H, où X est un mélange des ions OH- et Cl-. Avec les autres acides, Th ne réagit pratiquement pas.
Où peut-on trouver du thorium ?
le thorium a une bonne participation de masse dans la croûte terrestre. On estime qu'il est trois fois plus abondant que le étain, deux fois plus abondant que le arsenic et aussi abondant que le plomb et molybdène. Les données indiquent que sa concentration dans la croûte terrestre est de 10 ppm (partie par million ou milligramme par kilogramme), tandis que celle du plomb, à titre de comparaison, est de 16 ppm.
On le trouve dans la nature sous forme tétravalente., E4+, et souvent associé à l'U4+, Zr4+, Hf4+ et ce4+, plus quelques métaux de terres rares trivalents (charge 3+) avec rayon ionique similaire. Dans les océans, la concentration de Th4+ pas plus de 0,5 x 10-3 g/m³, car la forme tétravalente est peu soluble.
Oxydes de thorium et d'uranium, ThO2 et unité d'organisation2, ont des structures similaires et peuvent donc former une solution solide. Si le mélange contient jusqu'à 15% en mol de ThO2, nous sommes face au minerai d'uraninite. Cependant, s'il y a plus de 75% en mol de ThO2, le minerai est appelé thorianite. C'est pourquoi le thorium est une impureté toujours présente dans les échantillons de minéraux de pechblende.
Un autre minéral à forte teneur en thorium est la thorite, un silicate de thorium (ThSiO4) par lequel l'élément a été découvert, mais la thorite et la thorianite sont des minéraux rares.
Alors, commercialement, les principales sources de thorium sont la monazite, l'allanite et le zircon (ou zircone). Dans ces minéraux, et dans les autres présentés dans le tableau ci-dessous, le thorium est un constituant minoritaire.
Minéral |
Contenu Th (ppm) |
monazite |
25 000 à 200 000 |
allanite |
1000 à 20 000 |
zircon |
50 à 4000 |
titanite |
100 à 600 |
épidote |
50 à 500 |
apatite |
20 à 150 |
magnétite |
0,3 à 20 |
La monazite, un phosphate de terre rare doré ou brunâtre, est une source importante de thorium sous forme de ThO2, car il est réparti sur la quasi-totalité de la planète et certains gisements sont assez étendus. Il convient de noter les gisements en Inde, en Égypte, en Afrique du Sud, aux États-Unis et au Canada, avec 200 à 400 ktonnes (kilotons, 10³ tonnes) de ThO2 dans chaque pays.
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Obtention de thorium
Le thorium étant presque toujours associé à des métaux de grand intérêt commercial (tels que niobium, uranium et zirconium), comme les lanthanides, il est produit comme sous-produit.
Au Dans le cas de la monazite, il existe deux formes pour commencer à obtenir du thorium :
attaque par des acides forts, capables de transformer les ions phosphate (PO43-) en H2POUSSIÈRE4- et H3POUSSIÈRE4, laissant ainsi les ions métalliques sous forme de sels solubles dans l'eau ;
ou utiliser des solutions fortement alcalines, qui transformeront les phosphates insolubles en hydroxydes métaux insolubles, qui peuvent ensuite être dissous avec de l'acide après séparation du surnageant.
Dans le cas de la voie acide, après solubilisation, le thorium est séparé des autres terres rares par précipitation après ajustement de la pH à 1.0. Le précipité, un phosphate de thorium, est ensuite traité avec une solution alcaline pour éliminer les phosphates. substances indésirables, puis dissoutes dans de l'acide nitrique, pour être purifiées avec du phosphate de tributyle dans kérosène.
En voie alcaline, l'hydroxyde de thorium est séparé des autres hydroxydes de terres rares par ajout d'acide chlorhydrique et ajustement du pH entre 5,0 et 6,0, ce qui ne fait que précipiter le composé de thorium. De là, le thorium est également dissous dans de l'acide nitrique et purifié davantage avec du phosphate de tributyle dans du kérosène.
Dans les deux cas, le thorium est récupéré sous forme de Th (NO3)4, soit le nitrate de thorium IV.
Pour la production de thorium métallique, la réduction des halogénures et dihalogénures de Th par le sodium, le potassium ou le calcium a déjà été utilisée. LA électrolyse peut également être appliqué, dans lequel le chlorure ou le fluorure de thorium est fusionné au chlorure de sodium ou de potassium. Le ThO2 c'est aussi une source de thorium métallique, par des procédés de réduction, comme c'est le cas du procédé Sylvania (dans lequel le calcium est le réducteur).
Demandes de thorium
le thorium a une grande résistance thermique. L'alliage métallique entre le thorium et magnésium (Mag-Thor) est utilisé dans les engins spatiaux et les missiles. Le ThO2, oxyde point de fusion le plus élevé, a un indice de réfraction élevé et une faible dispersion, étant utilisé dans des lentilles optiques de haute qualité.
Les composés de thorium peuvent également être utilisés comme catalyseurs dans d'importants processus industriels, tels que craquage d'huile, la synthèse de acide sulfurique et le procédé d'Ostwald pour la synthèse de l'acide nitrique.
Cependant, le thorium a excellé en chimie nucléaire. Il présente un avantage sur l'uranium: la quasi-totalité du thorium naturel se présente sous forme de 232Th, n'ayant pas besoin d'enrichissement. Le thorium-232 n'est pas fissile, cependant, il peut être converti par absorption de neutrons en 233U, un excellent combustible fissile.
Un autre argument en faveur de son utilisation pour la production d'énergie est que Les résidus de thorium deviennent sûrs en moins de temps par rapport aux résidus d'uranium. Alors que les déchets d'uranium sont dangereux pendant des milliers d'années, environ 83 % des déchets liquides de fluorure de thorium seraient sûrs dans 10 ans, tandis que les 17 % restants seraient sûrs dans environ 300 ans.
pas étonnant que Inde, avec une grande quantité de gisements de thorium et une faible quantité d'uranium, vise le développement de centrales nucléaires utilisant du thorium.
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Thorium et radioactivité
le thorium n'est pas facilement pris par notre corps, en plus d'avoir de faibles concentrations dans l'air, dans l'eau que nous buvons et dans les aliments. Ainsi, il est peu probable que nous voyions des problèmes causés par le thorium dans la population générale. La plupart des études ont évalué les travailleurs qui ont été exposés à de grandes quantités de ce matériau, comme les mineurs.
à propos de radioactivité, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé le thorium comme cancérogène pour l'homme. Cependant, le département américain de la Santé et des Services sociaux affirme que Il est encore trop tôt pour conclure que le thorium est cancérigène pour l'homme.
De 1928 à 1955, il a été utilisé comme produit de contraste dans les examens radiologiques, le Thorotrast, qui contenait 25 % de ThO2 et était légèrement radioactif. Un plus grand nombre de cancers du foie, de la vésicule biliaire et du sang ont été observés chez les patients ayant reçu de fortes doses de ce produit de contraste.
histoire du thorium
En l'an 1815, le le chimiste Jöns Jacob Berzelius a reçu un échantillon d'un minéral rare du district de Falun, en Suède. A l'époque, le chimiste supposait qu'il y aurait un nouvel élément dans ce minéral, qu'il nomma thorium, en référence au dieu scandinave du tonnerre et de la guerre, Thor. Cependant, 10 ans plus tard, il a été confirmé que le minéral était un simple échantillon de xénotime, phosphate d'yttrium.
En 1928, cependant, Berzelius reçut un nouvel échantillon minéral du révérend et minéralogiste norvégien Hans Morten Thrane Esmark. Dans ce nouveau minéral, enfin, le Un chimiste suédois a découvert un nouvel élément, en lui donnant le même nom. Par conséquent, il l'a nommé tory (thorie), qui plus tard a changé son nom en torita (thorite).
Par Stefano Araújo Novais
Professeur de chimie
