תוריום: מאפיינים, יישומים, גילוי

O תוריום, סמל Th ומספר אטומי 90, הוא אקטיניד. זהו יסוד בעל כ-30 איזוטופים בסך הכל, שישה מהם נמצאים בטבע. יש לו מצב חמצון של +4 ויוצר תרכובות עם רוב לא מתכות של הטבלה המחזורית. יש לו שפע השווה לזה של עוֹפֶרֶת בקרום כדור הארץ וניתן להפיקו באופן מסחרי מכמה מינרלים, כמו מונזיט.

תוריום מיוצר כמעט תמיד כתוצר לוואי של השגת אחרים מתכות ובולט בהתנגדות התרמית הטובה שלו, מה שהופך אותו למתאים לחלליות וטילים. תחמוצת תוריום, ThO₂, בעל נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר, בנוסף לכך שיש לו מקדם שבירה גבוה. גם תוריום נחקר כדלק לתחנות כוח גרעיניות, שליישום שלו יש יתרונות על פני אורניום בשימוש קונבנציונלי.

קראו גם:אקטין - אקטיניד שיכול לשמש לטיפול בסרטן

סיכום על תוריום

• תוריום היא מתכת השייכת לקבוצת האקטינידים.

• יש לו יותר מ-30 איזוטופים, שישה מהם נמצאים בטבע.

• זה מגיב כימית ויוצר תרכובות עם רוב הלא מתכות.

• יש לו ריכוז טוב בקרום כדור הארץ, קרוב לזה של עופרת.

• הוא מופק מסחרית ממינרלים שבהם הוא אינו היסוד העיקרי, כמו מונזיט ואלניט.

• יש לו יישום בתעשייה האווירית, בייצור עדשות באיכות גבוהה, והוא מתעורר לשימוש כדלק גרעיני.

• הוא התגלה בשנת 1828 על ידי הכימאי השוודי יונס יעקב ברזליוס.

תכונות תוריום

• סֵמֶל: ה

• מספר אטומי: 90

• מסה אטומית: 232.03806 C.u.s.

• אלקטרושליליות: 1,3

• נקודת היתוך: 1750 מעלות צלזיוס

• נקודת רתיחה: 4788 מעלות צלזיוס

• צְפִיפוּת: 11.72 גרם ס"מ^-3

• תצורה אלקטרונית: [Rn] 7 שניות² 6ד²

• סדרת כימיקלים: אקטינידים

מאפיינים של תוריום

תוריום, סמל Th ו מספר אטומי 90, זה א מתכת השייכת לקבוצת האקטינידים. כאשר הוא בצורתו המתכתית, יש לו צבע כסף עז, בנוסף לנקודת ההתכה הגבוהה ביותר מבין כל האקטינידים. עם זאת, למעט אקטיניום, ל-Th יש את הנמוך ביותר צְפִיפוּת בין יתר המרכיבים בקטגוריה זו.

ישנם לפחות 30 איזוטופים של תוריוםעם זאת, רק אלה בעלי מסה 227, 228, 230, 231, 232 ו-234 הם טבעיים (נמצאים בטבע). האחרים מיוצרים במעבדה או נגזרים מתגובות ריקבון של יסודות אחרים שנעשו במעבדה, ולכן נחשבים סינתטיים.

בין האיזוטופים הטבעיים, ה ²³²ת', של מי חצי חיים הוא בטווח של 14 מיליארד שנים. הסיבה לכך היא שחלק גדול מהתוריום המצוי בטבע נובע מתגובות ריקבון של איזוטופים טבעיים של אוּרָנִיוּם, אולם, ה ²³²זה היחיד שנמצא בעפרות נטולות אורניום.

ה תגובתיות כימית של תוריום גבוהה: בטמפרטורות גבוהות, הוא מותקף בקלות על ידי חַמצָן, מֵימָן, חַנקָן, הלוגנים ו גוֹפרִית. פחמן וזרחן מסוגלים ליצור תרכובות בינאריות עם Th.

כאשר מחלקים דק, תוריום הוא אפילו פירופורי (הוא מתלקח באופן ספונטני במגע עם אוויר), עם זאת, כאשר הוא במצב גולמי ובתנאי סביבה, הוא מגיב באיטיות עם אוויר, אך למרות זאת, קורוזיה נתפסת.

עם חומצות, תוריום מגיב בעוצמה עם חומצה הידרוכלורית, משאיר מאחור שארית שחורה של הנוסחה ThO(X)H, כאשר X הוא תערובת של יוני OH^- ו-Cl^-. עם החומצות האחרות, Th כמעט ואינו מגיב.

היכן ניתן למצוא תוריום?

Monazite הוא המקור המסחרי העיקרי לתוריום.

התוריום בעל השתתפות המונית טובה בקרום כדור הארץ. על פי ההערכות הוא נמצא בשפע פי שלושה מאשר פַּח, בשפע פי שניים מה אַרסָן ובשפע כמו עופרת ו מוליבדן. נתונים מצביעים על כך שריכוזו בקרום כדור הארץ הוא 10 ppm (חלק למיליון או מיליגרם לקילוגרם), בעוד שלעופרת, לשם השוואה, הוא 16 ppm.

הוא נמצא בטבע בצורה ארבע-וולנטית., ת'⁴⁺, ולעתים קרובות מזוהה עם U⁴⁺, זר⁴⁺, Hf⁴⁺ ו-Ce⁴⁺, בתוספת כמה מתכות אדמה נדירות משולשות (מטען 3+) עם רדיוס יוני דוֹמֶה. באוקיינוסים, ריכוז ת'⁴⁺ לא יותר מ-0.5 x 10^-3 g/m³, מכיוון שהצורה הארבע ערכית מסיסה בצורה גרועה.

תחמוצות תוריום ואורניום, ThO₂ ו-OU₂, בעלי מבנים דומים, ולכן, יכולים ליצור פתרון מוצק. אם בתערובת יש עד 15% במול של ThO₂, אנו עומדים בפני עפרת האורניניט. עם זאת, אם יש יותר מ-75% לפי מול של ThO₂, העפרה נקראת תוריאניט. זו הסיבה שתוריום הוא טומאה שתמיד קיימת בדגימות מינרלים של פיצ'בלנד.

מינרל נוסף עם תכולת תוריום גבוהה הוא תוריט, תוריום סיליקט (ThSiO₄) שבאמצעותו התגלה היסוד, אך גם תוריט וגם תוריאניט הם מינרלים נדירים.

אז מבחינה מסחרית, המקורות העיקריים לתוריום הם מונאזיט, אלניט וזירקון (או זירקוניה). במינרלים אלה, ובאחרים המוצגים בטבלה למטה, תוריום הוא מרכיב מיעוט.

מִינֵרָלִי	התוכן (ppm)
מונאזיט	25,000 עד 200,000
אלניט	1000 עד 20,000
זירקון	50 עד 4000
טיטנייט	100 עד 600
אפידוט	50 עד 500
אפטות	20 עד 150
מגנטיט	0.3 עד 20

Monazite, פוספט זהוב או חום של אדמה נדירה, הוא מקור חשוב לתוריום בצורה של ThO₂, שכן הוא מופץ כמעט על פני כדור הארץ כולו, וכמה מרבצים נרחבים למדי. יש לציין מרבצים בהודו, מצרים, דרום אפריקה, ארצות הברית וקנדה, עם 200-400 קילוטון (קילוטון, 10³ טון) של ThO₂ בכל מדינה.

קראו גם: Americium - אקטיניד בשימוש נרחב בגלאי עשן

השגת תוריום

מכיוון שתוריום כמעט תמיד נמצא קשור למתכות בעלות עניין מסחרי רב (כגון ניוביום, אורניום ו זירקוניום), כמו lanthanides, הוא מיוצר כתוצר לוואי.

ב במקרה של monazite, ישנן שתי צורות כדי להתחיל להשיג תוריום:

• התקפה על ידי חומצות חזקות, המסוגלות להפוך יוני פוספט (PO₄^3-) בח'₂אָבָק₄^- וח₃אָבָק₄, ובכך משאירים את יוני המתכת בצורה של מלחים מסיסים במים;

• או להשתמש בתמיסות אלקליות חזקות, שימירו פוספטים בלתי מסיסים להידרוקסידים מתכות בלתי מסיסות, אשר מאוחר יותר ניתן להמיס עם חומצה לאחר הפרדת סופרנטנט.

במקרה של הנתיב החומצי, לאחר ההמסה, התוריום מופרד משאר כדורי הארץ הנדירים על ידי משקעים לאחר התאמה של pH ב-1.0. המשקע, פוספט תוריום, מטופל לאחר מכן בתמיסה אלקלית כדי להסיר פוספטים. חומרים לא רצויים, ולאחר מכן מומסים בחומצה חנקתית, לטיהור עם טריבוטיל פוספט ב נֵפט.

במסלול הבסיסי, תוריום הידרוקסיד מופרד מיתר הידרוקסידים של כדור הארץ הנדירים על ידי הוספת חומצה הידרוכלורית והתאמת ה-pH בין 5.0 ל-6.0, שרק מזרזת את תרכובת התוריום. משם, תוריום מומס גם בחומצה חנקתית ומטוהר עוד עם טריבוטיל פוספט בנפט.

בשני המקרים, תוריום מוחזר בצורה של Th (NO₃)₄, כלומר חנקתי תוריום IV.

לייצור תוריום מתכתי, כבר נעשה שימוש בהפחתת הלידים והדיהאלידים Th על ידי נתרן, אשלגן או סידן. ה הַפרָדָה חַשְׁמָלִית ניתן ליישם גם, שבו תוריום כלוריד או פלואוריד מתמזגים לנתרן או אשלגן כלורי. ה-ThO_2­ הוא גם מקור לתוריום מתכתי, באמצעות תהליכי הפחתה, כמו במקרה של תהליך סילבניה (שבו סידן הוא המפחית).

יישומי תוריום

התוריום בעל התנגדות תרמית גדולה. סגסוגת המתכת בין תוריום ל מגנזיום (Mag-Thor) משמש בחלליות ובטילים. ה-ThO₂, תַחמוֹצֶת נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר, בעלת מקדם שבירה גבוה ופיזור נמוך, בשימוש בעדשות אופטיות באיכות גבוהה.

תרכובות תוריום יכולות לשמש גם כזרזים בתהליכים תעשייתיים חשובים, כגון פיצוח שמן, הסינתזה של חומצה גופרתית ותהליך אוסטוולד לסינתזה של חומצה חנקתית.

עם זאת, תוריום הצטיין בכימיה גרעינית. יש לו יתרון על פני אורניום: כמעט כל התוריום הטבעי הוא בצורת ²³²ה, לא צריך העשרה. תוריום-232 אינו בקיע, עם זאת, ניתן להמיר אותו באמצעות ספיגת נויטרונים ²³³U, דלק בקיע מצוין.

נקודה נוספת בעד השימוש בה לייצור אנרגיה היא זו שאריות תוריום הופכות בטוחות תוך פרק זמן קצר יותר בהשוואה לשאריות אורניום. בעוד שפסולת אורניום מסוכנת במשך אלפי שנים, כ-83% מפסולת פלואוריד תוריום נוזלית תהיה בטוחה בעוד 10 שנים, בעוד ש-17% הנותרים יהיו בטוחים בעוד כ-300 שנה.

מבט אווירי של תחנת כוח גרעינית הודית.

לא פלא שה הוֹדוּ, עם כמות גבוהה של מרבצי תוריום וכמות נמוכה של אורניום, מחפשת פיתוח של תחנות כוח גרעיניות המשתמשות בתוריום.

בדוק את זה בפודקאסט שלנו:כיצד פועלות תחנות כוח גרעיניות?

תוריום ורדיואקטיביות

התוריום לא נלקח בקלות על ידי הגוף שלנו, בנוסף לריכוזים נמוכים באוויר, במים שאנו שותים ובמזון. לפיכך, לא סביר שנראה בעיות הנגרמות על ידי תוריום באוכלוסייה הכללית. רוב המחקרים העריכו עובדים שנחשפו לכמויות גדולות של חומר זה, כמו כורים.

בעניין ה רדיואקטיבי, הסוכנות הבינלאומית לחקר הסרטן (IARC) סיווגה את תוריום כמסרטן אנושי. עם זאת, משרד הבריאות ושירותי האנוש האמריקאי אומר זאת עדיין מוקדם מדי להסיק שתוריום מסרטן לבני אדם.

משנת 1928 עד 1955, הוא שימש כניגוד בבדיקות רדיולוגיות, Thorotrast, שהכיל 25% ThO₂ והיה מעט רדיואקטיבי. מספר רב יותר של סוגי סרטן של הכבד, כיס המרה והדם נראו בחולים שקיבלו מינונים גדולים של ניגוד זה.

היסטוריה של תוריום

בשנת 1815, ה הכימאי יונס יעקב ברזליוס קיבל דגימה של מינרל נדיר ממחוז פאלון, שבדיה. בזמנו, הכימאי הניח שיהיה יסוד חדש במינרל הזה, שאותו כינה תוריום, בהתייחסות לאל הרעם והמלחמה הסקנדינבי, ת'ור. עם זאת, 10 שנים מאוחר יותר, אושר כי המינרל הוא דגימה פשוטה של ​​קסנו-טיים, איטריום פוספט.

אולם בשנת 1928 קיבל ברזליוס דגימת מינרלים חדשה מהכומר והמינרלוג הנורבגי הנס מורטן תרן אסמרק. במינרל החדש הזה, סוף סוף, ה כימאי שוודי גילה יסוד חדש, נותן לו את אותו השם. כתוצאה מכך, הוא קרא לזה טורי (תוריה), ששמו שונה מאוחר יותר לטוריטה (תוריט).

מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה