O thorium, symbool Th en atoomnummer 90, is een actinide. Het is een element met in totaal zo'n 30 isotopen, waarvan er zes in de natuur voorkomen. Het heeft een oxidatietoestand van +4 en vormt verbindingen met de meeste niet-metalen van het periodiek systeem. Het heeft een overvloed die vergelijkbaar is met die van lood in de aardkorst en kan commercieel worden gewonnen uit sommige mineralen, zoals monaziet.
Thorium wordt bijna altijd geproduceerd als bijproduct van het verkrijgen van andere metalen en onderscheidt zich door zijn goede thermische weerstand, waardoor het geschikt is voor ruimtevaartuigen en raketten. Thoriumoxide, ThO2, heeft het hoogste smeltpunt, naast een hoge brekingsindex. thorium ook is onderzocht als brandstof voor kerncentrales, waarvan de toepassing voordelen heeft ten opzichte van conventioneel gebruikt uranium.
Lees ook:Actine - actinide dat kan worden gebruikt om kanker te behandelen
samenvatting over thorium
Thorium is een metaal dat behoort tot de actinidegroep.
Het heeft meer dan 30 isotopen, waarvan er zes in de natuur voorkomen.
Het is chemisch reactief en vormt verbindingen met de meeste niet-metalen.
Het heeft een goede concentratie in de aardkorst, dichtbij die van lood.
Het wordt commercieel gewonnen uit mineralen waarin het niet het hoofdbestanddeel is, zoals monaziet en allaniet.
Het wordt toegepast in de lucht- en ruimtevaartindustrie, bij de vervaardiging van lenzen van hoge kwaliteit, en is in opkomst voor gebruik als nucleaire brandstof.
Het werd in 1828 ontdekt door de Zweedse chemicus Jöns Jacob Berzelius.
Thorium eigenschappen
Symbool: E
atoomnummer: 90
atoom massa: 232.03806 c.u.s.
elektronegativiteit: 1,3
Fusiepunt: 1750 °C
Kookpunt: 4788 °C
Dikte: 11,72 g.cm-3
Elektronische configuratie: [Rn] 7s2 6d2
Chemische reeks: actiniden
kenmerken van thorium
Thorium, symbool Th en atoomnummer 90, het is een metaal behorend tot de actinidegroep. In zijn metallische vorm heeft het een heldere zilveren kleur, naast het hoogste smeltpunt van alle actiniden. Met uitzondering van actinium heeft Th echter de laagste dikte tussen de andere elementen in deze categorie.
Er zijn minstens 30 isotopen van thoriummaar alleen die met massa 227, 228, 230, 231, 232 en 234 zijn natuurlijk (te vinden in de natuur). De andere worden in het laboratorium geproduceerd of zijn afgeleid van vervalreacties van andere elementen die in het laboratorium zijn gemaakt en worden daarom als synthetisch beschouwd.
Onder de natuurlijke isotopen, de 232Th, wiens halveringstijd ligt in het bereik van 14 miljard jaar. Dit komt omdat veel van het in de natuur gevonden thorium afkomstig is van vervalreacties van natuurlijke isotopen van uranium, echter, de 232Dit is de enige die wordt aangetroffen in uraniumvrije ertsen.
DE De chemische reactiviteit van thorium is hoog: bij hoge temperaturen wordt het gemakkelijk aangetast door zuurstof, waterstof, stikstof-, halogenen en zwavel. Koolstof en fosfor kunnen binaire verbindingen maken met Th.
Wanneer fijn verdeeld, Thorium is zelfs pyrofoor (het ontbrandt spontaan bij contact met lucht), maar in ruwe vorm en onder omgevingsomstandigheden reageert het langzaam met lucht, maar toch wordt corrosie waargenomen.
Met zuren, thorium reageert heftig met de zoutzuur, waarbij een zwart residu achterblijft met de formule ThO(X)H, waarbij X een mengsel is van de OH-ionen- en Cl-. Met de andere zuren reageert Th praktisch niet.
Waar is thorium te vinden?
het thorium heeft een goede massale deelname aan de aardkorst. Het is naar schatting drie keer overvloediger dan de blik, twee keer zo overvloedig als de arseen- en zo overvloedig als lood en molybdeen. Gegevens geven aan dat de concentratie in de aardkorst 10 ppm (part per million of milligram per kilogram) is, terwijl die van lood ter vergelijking 16 ppm is.
Het wordt in de natuur gevonden in de vierwaardige vorm., E4+, en vaak geassocieerd met de U4+, Zr4+, Hf4+ en Ce4+, plus enkele driewaardige zeldzame aardmetalen (lading 3+) met ionische straal vergelijkbaar. In de oceanen is de concentratie van Th4+ niet meer dan 0,5 x 10-3 g/m³, aangezien de vierwaardige vorm slecht oplosbaar is.
Thorium- en uraniumoxiden, ThO2 en OU2, hebben vergelijkbare structuren en kunnen daarom een solide oplossing vormen. Als het mengsel tot 15 mol% ThO. bevat2, we worden geconfronteerd met het uraninite-erts. Als er echter meer dan 75 mol% ThO2, wordt het erts thorianiet genoemd. Daarom is thorium een onzuiverheid die altijd aanwezig is in pekblende mineraalmonsters.
Een ander mineraal met een hoog thoriumgehalte is thoriet, een thoriumsilicaat (ThSiO4) waardoor het element werd ontdekt, maar zowel thoriet als thorianiet zijn zeldzame mineralen.
Commercieel gezien dus belangrijkste bronnen van thorium zijn monaziet, allaniet en zirkoon (of zirkonia). In deze mineralen, en in de andere die in de onderstaande tabel worden getoond, is thorium een minderheidsbestanddeel.
mineraal |
De inhoud (ppm) |
monaziet |
25.000 tot 200.000 |
allaniet |
1000 tot 20.000 |
zirkoon |
50 tot 4000 |
titaniet |
100 tot 600 |
epidoot |
50 tot 500 |
apatiet- |
20 tot 150 |
magnetiet |
0,3 tot 20 |
Monaziet, een gouden of bruinachtige zeldzame-aardefosfaat, is een belangrijke bron van thorium in de vorm van ThO2, omdat het over bijna de hele planeet is verspreid, en sommige afzettingen zijn vrij uitgebreid. Van belang zijn afzettingen in India, Egypte, Zuid-Afrika, de Verenigde Staten en Canada, met 200-400 kton (kiloton, 10³ ton) ThO2 in elk land.
Lees ook: Americium — actinide dat veel wordt gebruikt in rookmelders
Thorium verkrijgen
Aangezien thorium bijna altijd wordt geassocieerd met metalen van groot commercieel belang (zoals niobium, uranium en zirkonium), net als lanthaniden, wordt het geproduceerd als een bijproduct.
Bij de In het geval van monaziet zijn er twee vormen: om te beginnen met het verkrijgen van thorium:
aanval door sterke zuren, die fosfaationen kunnen omzetten (PO43-) in H2STOF4- en H3STOF4, waardoor de metaalionen in de vorm van in water oplosbare zouten achterblijven;
of gebruik sterk alkalische oplossingen, die onoplosbare fosfaten in hydroxiden zullen omzetten onoplosbare metalen, die later kunnen worden opgelost met zuur na scheiding van de supernatant.
In het geval van de zuurroute wordt het thorium na solubilisatie gescheiden van de andere zeldzame aardmetalen door precipitatie na de aanpassing van de pH bij 1.0. Het neerslag, een thoriumfosfaat, wordt vervolgens behandeld met een alkalische oplossing om fosfaten te verwijderen. ongewenste stoffen, en vervolgens opgelost in salpeterzuur, te zuiveren met tributylfosfaat in kerosine.
Bij de alkalische route wordt thoriumhydroxide gescheiden van de andere zeldzame-aardehydroxiden door zoutzuur toe te voegen en de pH tussen 5,0 en 6,0 in te stellen, waardoor alleen de thoriumverbinding neerslaat. Van daaruit wordt ook thorium opgelost in salpeterzuur en verder gezuiverd met tributylfosfaat in kerosine.
In beide gevallen wordt thorium teruggewonnen in de vorm van Th (NO3)4, d.w.z. thorium IV nitraat.
Voor de productie van metallisch thorium is reeds de reductie van Th-halogeniden en dihalogeniden door natrium, kalium of calcium toegepast. DE elektrolyse kan ook worden toegepast, waarbij thoriumchloride of fluoride is gefuseerd met natrium- of kaliumchloride. De ThO2 het is ook een bron van metallisch thorium, via reductieprocessen, zoals het geval is bij het Sylvania-proces (waarbij calcium het reductiemiddel is).
Thorium toepassingen
het thorium heeft een grote thermische weerstand. De metaallegering tussen thorium en magnesium (Mag-Thor) wordt gebruikt in ruimtevaartuigen en raketten. De ThO2, oxyde hoogste smeltpunt, heeft een hoge brekingsindex en lage dispersie, wordt gebruikt in optische lenzen van hoge kwaliteit.
Thoriumverbindingen kunnen ook worden gebruikt als katalysatoren in belangrijke industriële processen, zoals: olie kraken, de synthese van zwavelzuur en het Ostwald-proces voor salpeterzuursynthese.
Echter, thorium heeft uitgeblonken in nucleaire chemie. Het heeft een voordeel ten opzichte van uranium: vrijwel al het natuurlijke thorium heeft de vorm van 232Th, geen verrijking nodig. Thorium-232 is niet splijtbaar, maar kan via neutronenabsorptie worden omgezet in 233U, een uitstekende splijtstof.
Een ander punt om het te gebruiken voor energieproductie is dat: Thoriumresten worden in kortere tijd veilig vergeleken met uraniumresiduen. Hoewel uraniumafval duizenden jaren gevaarlijk is, zou ongeveer 83% van het vloeibare thoriumfluorideafval over 10 jaar veilig zijn, terwijl de resterende 17% over ongeveer 300 jaar veilig zou zijn.
geen wonder dat de India, met een hoge hoeveelheid thoriumafzettingen en een lage hoeveelheid uranium, streeft naar de ontwikkeling van kerncentrales die thorium gebruiken.
Check het in onze podcast:Hoe werken kerncentrales?
Thorium en radioactiviteit
het thorium wordt niet gemakkelijk door ons lichaam opgenomen, naast lage concentraties in de lucht, in het water dat we drinken en in voedsel. Het is dus onwaarschijnlijk dat we problemen zullen zien die worden veroorzaakt door thorium in de algemene bevolking. De meeste onderzoeken evalueerden werknemers die werden blootgesteld aan grote hoeveelheden van dit materiaal, zoals mijnwerkers.
over de radioactiviteit, heeft het Internationaal Agentschap voor Kankeronderzoek (IARC) thorium geclassificeerd als kankerverwekkend voor de mens. Het Amerikaanse ministerie van Volksgezondheid en Human Services zegt echter dat: Het is nog te vroeg om te concluderen dat thorium kankerverwekkend is voor de mens.
Van 1928 tot 1955 werd het gebruikt als contrastmiddel bij radiologische onderzoeken, de Thorotrast, die 25% ThO bevatte2 en was licht radioactief. Een groter aantal kankers van de lever, galblaas en bloed werd gezien bij patiënten die grote doses van dit contrastmiddel kregen.
geschiedenis van thorium
In het jaar 1815 werd de scheikundige Jöns Jacob Berzelius ontving een staal van een zeldzaam mineraal uit Falun District, Zweden. De chemicus nam destijds aan dat er een nieuw element in dit mineraal zou zitten, dat hij thorium noemde, verwijzend naar de Scandinavische god van donder en oorlog, Thor. 10 jaar later werd echter bevestigd dat het mineraal een eenvoudig monster was van xenotime, yttriumfosfaat.
In 1928 ontving Berzelius echter een nieuw mineraalmonster van de Noorse dominee en mineraloog Hans Morten Thrane Esmark. In dit nieuwe mineraal, tot slot, de Zweedse scheikundige ontdekte een nieuw element, geef het dezelfde naam. Daarom noemde hij het tory (thoria), waarvan de naam later werd veranderd in torita (toriet).
Door Stefano Araújo Novais
Scheikundeleraar
