ทอเรียม: คุณสมบัติ การใช้งาน การค้นพบ

อู๋ ทอเรียม, สัญลักษณ์ Th และเลขอะตอม 90 คือแอคติไนด์ เป็นองค์ประกอบที่มีไอโซโทปทั้งหมดประมาณ 30 ไอโซโทป โดยหกไอโซโทปมีอยู่ในธรรมชาติ มีสถานะออกซิเดชันเป็น +4 และเกิดเป็นสารประกอบที่มี อโลหะ ของตารางธาตุ มีความอุดมสมบูรณ์เทียบเท่ากับ ตะกั่ว ในเปลือกโลกและสามารถสกัดได้ในเชิงพาณิชย์จากแร่ธาตุบางชนิด เช่น โมนาไซต์

ทอเรียมมักถูกผลิตขึ้นเป็นผลพลอยได้จากการได้มาซึ่งอื่นๆ โลหะ และโดดเด่นในเรื่องความต้านทานความร้อนได้ดี ซึ่งเหมาะสำหรับยานอวกาศและขีปนาวุธ ทอเรียมออกไซด์ ThO₂มีจุดหลอมเหลวสูงสุด นอกเหนือไปจากดัชนีการหักเหของแสงสูง ทอเรียมด้วย ได้รับการศึกษาเพื่อเป็นเชื้อเพลิงให้กับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งการใช้งานมีข้อได้เปรียบเหนือยูเรเนียมที่ใช้ตามอัตภาพ

อ่านด้วย:แอคติน — แอคติไนด์ที่สามารถใช้รักษามะเร็งได้

สรุปเกี่ยวกับทอเรียม

• ทอเรียมเป็นโลหะที่อยู่ในกลุ่มแอกทิไนด์

• มีไอโซโทปมากกว่า 30 ไอโซโทป โดย 6 ไอโซโทปมีอยู่ในธรรมชาติ

• เป็นปฏิกิริยาทางเคมีและก่อตัวเป็นสารประกอบที่มีอโลหะส่วนใหญ่

• มันมีความเข้มข้นที่ดีในเปลือกโลกใกล้กับตะกั่ว

• สกัดในเชิงพาณิชย์จากแร่ธาตุซึ่งไม่ใช่องค์ประกอบหลัก เช่น โมนาไซต์และอัลลาไนต์

• มีการใช้งานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ในการผลิตเลนส์คุณภาพสูง และกำลังเกิดขึ้นเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

• มันถูกค้นพบในปี 1828 โดยนักเคมีชาวสวีเดน Jöns Jacob Berzelius

คุณสมบัติของทอเรียม

• เครื่องหมาย: ไทย

• เลขอะตอม: 90

• มวลอะตอม: 232.03806 c.u.s.

• อิเล็กโตรเนกาติวีตี้: 1,3

• จุดหลอมเหลว: 1750 °C

• จุดเดือด: 4788 °C

• ความหนาแน่น: 11.72 ก.ซม.^-3

• การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์: [Rn] 7s² 6 วัน²

• ชุดเคมี: แอคติไนด์

คุณสมบัติของทอเรียม

ทอเรียม สัญลักษณ์ Th และ เลขอะตอม 90 มันคือ โลหะที่อยู่ในกลุ่มแอกทิไนด์. เมื่ออยู่ในรูปของโลหะ มันมีสีเงินสดใส นอกเหนือจากมีจุดหลอมเหลวสูงสุดในบรรดาแอคติไนด์ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ยกเว้นแอกทิเนียม Th มีค่าต่ำสุด ความหนาแน่น ท่ามกลางองค์ประกอบอื่นๆ ในหมวดนี้

มีทอเรียมอย่างน้อย 30 ไอโซโทปอย่างไรก็ตาม มีเพียงมวล 227, 228, 230, 231, 232 และ 234 เท่านั้นที่เป็นของธรรมชาติ (พบได้ในธรรมชาติ) ส่วนอื่นๆ ถูกผลิตขึ้นในห้องปฏิบัติการหรือมาจากปฏิกิริยาการสลายตัวขององค์ประกอบอื่นๆ ที่ผลิตในห้องปฏิบัติการ ดังนั้นจึงถือว่าเป็นวัสดุสังเคราะห์

ในบรรดาไอโซโทปธรรมชาติ ²³²Th ซึ่ง ครึ่งชีวิต อยู่ในช่วง 14 พันล้านปี นี่เป็นเพราะว่าทอเรียมส่วนใหญ่ที่พบในธรรมชาติมาจากปฏิกิริยาการสลายตัวของไอโซโทปธรรมชาติของ ยูเรเนียม, อย่างไรก็ตาม ²³²Th เป็นแร่เดียวที่พบในแร่ที่ปราศจากยูเรเนียม

เธ ทอเรียมมีปฏิกิริยาเคมีสูง: ที่อุณหภูมิสูงจะถูกโจมตีได้ง่ายโดย ออกซิเจน, ไฮโดรเจน, ไนโตรเจน, ฮาโลเจน และ กำมะถัน. คาร์บอนและฟอสฟอรัสสามารถสร้างสารประกอบไบนารีด้วย Th

เมื่อแบ่งให้ละเอียดแล้ว ทอเรียมยังเป็น pyrophoric อีกด้วย (ติดไฟได้เองเมื่อสัมผัสกับอากาศ) อย่างไรก็ตาม เมื่ออยู่ในรูปแบบดิบและภายใต้สภาวะแวดล้อม มันจะทำปฏิกิริยาช้าๆ กับอากาศ แต่ถึงกระนั้นก็ยังรับรู้ถึงการกัดกร่อน

กับ กรด,ทอเรียม ทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับ กรดไฮโดรคลอริกโดยทิ้งคราบสีดำของสูตร ThO(X)H โดยที่ X เป็นส่วนผสมของไอออน OH^- และ Cl^-. สำหรับกรดอื่นๆ Th จะไม่ทำปฏิกิริยา

ทอเรียมสามารถพบได้ที่ไหน?

โมนาไซต์เป็นแหล่งการค้าหลักของทอเรียม

ทอเรียม มีส่วนร่วมที่ดีในเปลือกโลก. คาดมีปริมาณมากกว่า .ถึงสามเท่า ดีบุก, มากเป็นสองเท่าของ สารหนู และอุดมสมบูรณ์เหมือนตะกั่วและ โมลิบดีนัม. ข้อมูลระบุว่าความเข้มข้นในเปลือกโลกอยู่ที่ 10 ppm (ส่วนในล้านส่วนหรือมิลลิกรัมต่อกิโลกรัม) ในขณะที่ตะกั่วสำหรับการเปรียบเทียบคือ 16 ppm

พบในธรรมชาติในรูปแบบเตตระวาเลนต์, ไทย⁴⁺และมักเกี่ยวข้องกับ U⁴⁺, Zr⁴⁺, Hf⁴⁺ และ Ce⁴⁺, บวกกับโลหะหายากประเภทไตรวาเลนท์ (ชาร์จ 3+) ด้วย รัศมีไอออนิก คล้ายกัน. ในมหาสมุทรความเข้มข้นของTh⁴⁺ ไม่เกิน 0.5 x 10^-3 ก./ลบ.ม. เนื่องจากรูปแบบเตตระวาเลนต์ละลายได้ไม่ดี

ทอเรียมและยูเรเนียมออกไซด์ ThO₂ และ OU₂มีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันและสามารถสร้างสารละลายที่เป็นของแข็งได้ หากส่วนผสมมี ThO. มากถึง 15% โดยโมล₂เรากำลังเผชิญกับแร่ยูเรนิไนต์ อย่างไรก็ตาม ถ้ามี ThO. มากกว่า 75% โดยโมล₂แร่ที่เรียกว่าทอเรียไนต์ นี่คือเหตุผลที่ทอเรียมเป็นสิ่งเจือปนที่มักมีอยู่ในตัวอย่างแร่พิทช์เบลนด์

แร่ธาตุอื่นที่มีปริมาณทอเรียมสูงคือทอเรียม ทอเรียมซิลิเกต (ThSiO₄) โดยที่ธาตุนี้ถูกค้นพบแต่ทั้งทอไรต์และทอเรียไนต์เป็นแร่ธาตุหายาก

ดังนั้น ในเชิงพาณิชย์ แหล่งที่มาหลักของทอเรียม ได้แก่ โมนาไซต์ อัลลาไนต์ และเซอร์คอน (หรือเซอร์โคเนีย) ในแร่ธาตุเหล่านี้ และแร่อื่นๆ ที่แสดงในตารางด้านล่าง ทอเรียมเป็นองค์ประกอบส่วนน้อย

แร่	เนื้อหา (ppm)
โมนาไซต์	25,000 ถึง 200,000
อัลลาไนต์	1,000 ถึง 20,000
เพทาย	50 ถึง 4000
ไททาไนท์	100 ถึง 600
epidote	50 ถึง 500
อะพาไทต์	20 ถึง 150
แมกนีไทต์	0.3 ถึง 20

โมนาไซต์เป็นฟอสเฟตแรร์เอิร์ธสีทองหรือสีน้ำตาล เป็นแหล่งทอเรียมที่สำคัญในรูปของ ThO₂เนื่องจากมีการกระจายไปทั่วโลกเกือบทั้งโลกและเงินฝากบางส่วนค่อนข้างกว้างขวาง ที่น่าสังเกตคือเงินฝากในอินเดีย อียิปต์ แอฟริกาใต้ สหรัฐอเมริกา และแคนาดา โดยมี ThO 200-400 kton (kilotons, 10³ ตัน)₂ ในแต่ละประเทศ

อ่านด้วย: Americium — actinide ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องตรวจจับควัน

การรับทอเรียม

เนื่องจากทอเรียมมักเกี่ยวข้องกับโลหะที่มีผลประโยชน์ทางการค้าสูง (เช่น ไนโอเบียม, ยูเรเนียม และ เซอร์โคเนียม) เช่นเดียวกับแลนทาไนด์ มันถูกผลิตเป็นผลพลอยได้

ที่ ในกรณีของโมนาไซต์มีสองรูปแบบ เพื่อเริ่มรับทอเรียม:

• โจมตีโดยกรดแก่, สามารถเปลี่ยนไอออนฟอสเฟตได้ (PO₄^3-) ใน H₂ฝุ่น₄^- และ H₃ฝุ่น₄ซึ่งทำให้ไอออนของโลหะอยู่ในรูปของเกลือที่ละลายน้ำได้

• หรือใช้สารละลายอัลคาไลน์อย่างแรง ซึ่งจะเปลี่ยนฟอสเฟตที่ไม่ละลายน้ำให้เป็นไฮดรอกไซด์ โลหะที่ไม่ละลายน้ำ ซึ่งสามารถละลายได้ด้วยกรดภายหลังการแยกตัวของ เหนือตะกอน

ในกรณีของเส้นทางกรด หลังจากการละลาย ทอเรียมจะถูกแยกออกจากแร่หายากอื่น ๆ โดยการตกตะกอนหลังจากการปรับ pH ที่ 1.0. ตะกอนทอเรียมฟอสเฟตแล้วบำบัดด้วยสารละลายอัลคาไลน์เพื่อขจัดฟอสเฟต สารที่ไม่ต้องการแล้วละลายในกรดไนตริกเพื่อทำให้บริสุทธิ์ด้วยไตรบิวทิลฟอสเฟตใน น้ำมันก๊าด

ในเส้นทางอัลคาไลน์ ทอเรียมไฮดรอกไซด์จะถูกแยกออกจากไฮดรอกไซด์ที่หายากอื่น ๆ โดยการเพิ่มกรดไฮโดรคลอริกและปรับ pH ระหว่าง 5.0 ถึง 6.0 ซึ่งจะตกตะกอนเฉพาะสารประกอบทอเรียมเท่านั้น จากนั้นทอเรียมก็จะละลายในกรดไนตริกและทำให้บริสุทธิ์ยิ่งขึ้นด้วยไตรบิวทิลฟอสเฟตในน้ำมันก๊าด

ในทั้งสองกรณี ทอเรียมถูกกู้คืนในรูปของ Th (NO₃)₄เช่น ทอเรียม IV ไนเตรต

สำหรับการผลิตโลหะทอเรียมนั้น มีการใช้โซเดียม โพแทสเซียม หรือแคลเซียมในการลด Th halides และ dihalides แล้ว เธ อิเล็กโทรลิซิส ก็สมัครได้ที่ซึ่งทอเรียมคลอไรด์หรือฟลูออไรด์ถูกหลอมรวมกับโซเดียมหรือโพแทสเซียมคลอไรด์ ThO_2­ มันยังเป็นแหล่งของโลหะทอเรียม ผ่านกระบวนการรีดักชั่น เช่นเดียวกับกรณีของกระบวนการซิลเวเนีย (ซึ่งแคลเซียมเป็นตัวรีดักเตอร์)

การประยุกต์ใช้ทอเรียม

ทอเรียม มีความต้านทานความร้อนสูง. โลหะผสมระหว่างทอเรียมและ แมกนีเซียม (แม็ก-ธอร์) ใช้ในยานอวกาศและขีปนาวุธ ThO₂, ออกไซด์ จุดหลอมเหลวสูงสุด มีดัชนีการหักเหของแสงสูงและการกระจายต่ำ ใช้ในเลนส์ออปติคอลคุณภาพสูง

สารประกอบทอเรียมยังสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่สำคัญเช่น น้ำมันแตกร้าว, การสังเคราะห์ของ กรดซัลฟูริก และกระบวนการ Ostwald สำหรับการสังเคราะห์กรดไนตริก

อย่างไรก็ตามทอเรียม มีความโดดเด่นในด้านเคมีนิวเคลียร์. มีข้อได้เปรียบเหนือยูเรเนียม: ทอเรียมธรรมชาติเกือบทั้งหมดอยู่ในรูปของ ²³²Th ไม่ต้องการการตกแต่ง ทอเรียม-232 ไม่ใช่ฟิชไซล์ แต่สามารถเปลี่ยนผ่านการดูดกลืนนิวตรอนเป็น ²³³U เชื้อเพลิงฟิชไซล์ที่ดีเยี่ยม

อีกประการหนึ่งที่เอื้อต่อการใช้ในการผลิตพลังงานก็คือ ทอเรียมตกค้างจะปลอดภัยในระยะเวลาอันสั้น เมื่อเทียบกับเศษยูเรเนียม ในขณะที่ของเสียยูเรเนียมเป็นอันตรายเป็นเวลาหลายพันปี ประมาณ 83% ของเสียทอเรียมฟลูออไรด์เหลวจะปลอดภัยใน 10 ปี ในขณะที่อีก 17% ที่เหลือจะปลอดภัยในเวลาประมาณ 300 ปี

มุมมองทางอากาศของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อินเดีย .

ไม่แปลกใจเลยที่ อินเดียด้วยปริมาณทอเรียมจำนวนมากและยูเรเนียมในปริมาณต่ำ จึงแสวงหาการพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยใช้ทอเรียม

ตรวจสอบในพอดคาสต์ของเรา:โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?

ทอเรียมและกัมมันตภาพรังสี

ทอเรียม ร่างกายเรารับได้ไม่ยากนอกจากจะมีความเข้มข้นต่ำในอากาศแล้ว ในน้ำที่เราดื่มและในอาหาร ดังนั้น เราไม่น่าจะเห็นปัญหาที่เกิดจากทอเรียมในประชากรทั่วไป การศึกษาส่วนใหญ่ประเมินคนงานที่ได้รับสารนี้เป็นจำนวนมาก เช่น คนขุดแร่

เกี่ยวกับ กัมมันตภาพรังสีหน่วยงานระหว่างประเทศเพื่อการวิจัยโรคมะเร็ง (IARC) ได้จัดประเภททอเรียมเป็นสารก่อมะเร็งในมนุษย์ อย่างไรก็ตาม กระทรวงสาธารณสุขและบริการมนุษย์ของสหรัฐฯ กล่าวว่า ยังเร็วเกินไปที่จะสรุปว่าทอเรียมเป็นสารก่อมะเร็งในมนุษย์.

ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2471 ถึง พ.ศ. 2498 ถูกนำมาใช้เป็นการเปรียบเทียบในการตรวจทางรังสีวิทยา Thorotrast ซึ่งมี 25% ThO₂ และมีกัมมันตภาพรังสีเล็กน้อย พบมะเร็งตับ ถุงน้ำดี และเลือดจำนวนมากขึ้นในผู้ป่วยที่ได้รับความคมชัดนี้ในปริมาณมาก

ประวัติทอเรียม

ในปี พ.ศ. 2358 นักเคมี Jöns Jacob Berzelius ได้รับตัวอย่างแร่หายาก จากอำเภอฟาลุน ประเทศสวีเดน ในขณะนั้น นักเคมีสันนิษฐานว่าจะมีธาตุใหม่ในแร่นี้ ซึ่งเขาเรียกว่าทอเรียม ซึ่งอ้างอิงถึงเทพเจ้าแห่งฟ้าร้องและสงครามแห่งสแกนดิเนเวีย ธอร์. อย่างไรก็ตาม 10 ปีต่อมา แร่ได้รับการยืนยันว่าเป็นตัวอย่างง่ายๆ ของซีโนไทม์ อิตเทรียม ฟอสเฟต

อย่างไรก็ตาม ในปี ค.ศ. 1928 Berzelius ได้รับตัวอย่างแร่ใหม่จาก Hans Morten Thrane Esmark ผู้ทรงคุณวุฒิและนักแร่วิทยาชาวนอร์เวย์ ในแร่ใหม่นี้ในที่สุด นักเคมีชาวสวีเดนค้นพบธาตุใหม่ให้ชื่อเดียวกัน พระองค์จึงทรงตั้งชื่อมันว่า ตอรี่ (ทอเรีย) ซึ่งต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็นโทริต้า (ทอไรต์).

โดย Stefano Araújo Novais
ครูสอนเคมี