О торій, символ Th і атомний номер 90, є актинідом. Всього це елемент, що містить близько 30 ізотопів, шість з яких зустрічаються в природі. Він має ступінь окислення +4 і утворює сполуки з більшістю неметали періодичної таблиці. Його кількість можна порівняти з кількістю вести в земній корі і можуть бути комерційно видобуті з деяких мінералів, таких як монацит.
Торій майже завжди виробляється як побічний продукт отримання інших метали і відрізняється хорошою термічної стійкістю, що робить його придатним для космічних кораблів і ракет. Оксид торію, ThO2, має найвищу температуру плавлення, на додаток до високого показника заломлення. торій теж вивчався як паливо для атомних електростанцій, застосування якого має переваги перед традиційно використовуваним ураном.
Читайте також:Актин — актинид, який можна використовувати для лікування раку
резюме про торій
Торій — метал, що належить до групи актинідів.
У ньому понад 30 ізотопів, шість з яких зустрічаються в природі.
Він хімічно активний і утворює сполуки з більшістю неметалів.
Він має хорошу концентрацію в земній корі, близьку до концентрації свинцю.
Комерційно його добувають з мінералів, в яких він не є основним елементом, таких як монацит і аланіт.
Він знайшов застосування в аерокосмічній промисловості, у виробництві високоякісних лінз, і з’являється для використання як ядерне паливо.
Його відкрив у 1828 році шведський хімік Йонс Якоб Берцеліус.
Властивості торію
символ: Th
атомний номер: 90
атомна маса: 232.03806 ц.у.с.
електронегативність: 1,3
Точка злиття: 1750 °C
Точка кипіння: 4788 °C
Щільність: 11,72 г см-3
Електронна конфігурація: [Rn] 7 с2 6d2
Хімічний ряд: актиніди
Характеристики торію
Торій, символ Th і атомний номер 90, це а метал, що належить до групи актиноїдів. У металевій формі він має яскраво-сріблястий колір, а також має найвищу температуру плавлення серед усіх актинідів. Однак, за винятком актинію, Th має найнижчий рівень щільність серед інших елементів цієї категорії.
Існує щонайменше 30 ізотопів торію, однак, тільки ті з масою 227, 228, 230, 231, 232 і 234 є природними (знаходяться в природі). Інші виробляються в лабораторії або отримуються в результаті реакцій розпаду інших елементів, виготовлених в лабораторії, і тому вважаються синтетичними.
Серед природних ізотопів 232Чого, чий півжиття знаходиться в діапазоні 14 мільярдів років. Це пов’язано з тим, що велика частина торію, що міститься в природі, походить від реакцій розпаду природних ізотопів урану, однак, 232Це єдиний, знайдений у безуранових рудах.
THE Хімічна реакційна здатність торію висока: при високих температурах легко піддається нападу кисень, водень, азот, галогени і сірки. Вуглець і фосфор здатні утворювати бінарні сполуки з Th.
При дрібному поділі, Торій навіть пірофорний (вона спонтанно спалахує при контакті з повітрям), однак у сирому вигляді та в навколишніх умовах повільно реагує з повітрям, але навіть при цьому відчувається корозія.
З кислоти, торій енергійно реагує на хлористого-воднева кислота, залишаючи за собою чорний залишок формули ThO(X)H, де X - суміш іонів ОН- і Cl-. З іншими кислотами Th практично не реагує.
Де можна знайти торій?
торій має хорошу масову участь у земній корі. За оцінками, він втричі більший, ніж олово, вдвічі більший за миш'як і рясні, як свинець і молібден. Дані свідчать, що його концентрація в земній корі становить 10 ppm (частина на мільйон або міліграм на кілограм), а свинцю, для порівняння, становить 16 ppm.
У природі зустрічається в чотиривалентній формі., Th4+і часто асоціюється з U4+, Zr4+, Hf4+ і Ce4+, плюс кілька тривалентних рідкоземельних металів (заряд 3+) с іонний радіус схожий. В Світовому океані концентрація Th4+ не більше 0,5х10-3 г/м³, оскільки чотиривалентна форма погано розчиняється.
Оксиди торію та урану, ThO2 та ОУ2, мають схожу структуру і, отже, можуть утворювати твердий розчин. Якщо суміш містить до 15 моль% ThO2, ми стикаємося з уранінітовою рудою. Однак, якщо в ньому міститься понад 75 моль% ThO2, руда називається торіанітом. Ось чому торій є домішкою, яка завжди присутня в зразках смоляних мінералів.
Іншим мінералом з високим вмістом торію є торит, силікат торію (ThSiO4), за допомогою якого був відкритий елемент, але і торит, і торіаніт є рідкісними мінералами.
Отже, комерційно, Основними джерелами торію є монацит, аланіт і циркон (або діоксид цирконію). У цих мінералах, а також в інших, наведених у таблиці нижче, торій є меншою частиною.
Мінеральний |
Th вміст (ppm) |
монацит |
Від 25 000 до 200 000 |
аланіт |
Від 1000 до 20 000 |
циркон |
Від 50 до 4000 |
титаніт |
Від 100 до 600 |
епідот |
50 до 500 |
апатит |
Від 20 до 150 |
магнетит |
0,3 до 20 |
Монацит, золотистий або коричневий рідкоземельний фосфат, є важливим джерелом торію у формі ThO2, оскільки він поширений майже по всій планеті, а деякі родовища досить великі. Варто відзначити родовища в Індії, Єгипті, Південній Африці, США та Канаді з 200-400 кт (кілотонн, 10³ тонн) ThO2 в кожній країні.
Читайте також: Америцій — актинид, широко використовується в димових сповіщувачах
Отримання торію
Оскільки торій майже завжди зустрічається у зв’язку з металами, що представляють великий комерційний інтерес (наприклад ніобій, уран і цирконій), як і лантаноїди, він виробляється як побічний продукт.
Біля У випадку з монацитом є дві форми щоб почати отримувати торій:
атака сильними кислотами, здатними перетворювати фосфат-іони (PO43-) в H2ПИЛ4- і Х3ПИЛ4, залишаючи при цьому іони металів у вигляді водорозчинних солей;
або використовувати сильнолужні розчини, які перетворять нерозчинні фосфати в гідроксиди нерозчинні метали, які згодом можуть бути розчинені кислотою після відділення супернатант.
У випадку кислотного шляху після розчинення торій відокремлюється від інших рідкоземельних елементів шляхом осадження після коригування рН на 1.0. Потім осад, фосфат торію, обробляють лужним розчином для видалення фосфатів. небажаних речовин, а потім розчиняють у азотній кислоті, очищають трибутилфосфатом у гас.
За лужним шляхом гідроксид торію відокремлюють від інших гідроксидів рідкоземельних металів шляхом додавання соляної кислоти та регулювання pH між 5,0 і 6,0, що лише осаджує з’єднання торію. Звідти торій також розчиняється в азотній кислоті і додатково очищається трибутилфосфатом у гасі.
В обох випадках торій відновлюється у формі Th (NO3)4, тобто нітрат торію IV.
Для виробництва металевого торію вже використовується відновлення галогенідів Th і дигалогенідів натрієм, калієм або кальцієм. THE електроліз також можна застосувати, де хлорид або фторид торію злитий з хлоридом натрію або калію. ThO2 він також є джерелом металевого торію за допомогою процесів відновлення, як у випадку процесу Сільванії (в якому кальцій є відновником).
Торієві аплікації
торій має великий термічний опір. Металевий сплав між торієм і магній (Маг-Тор) використовується в космічних кораблях і ракетах. ThO2, оксид найвища температура плавлення, має високий коефіцієнт заломлення та низьку дисперсію, що використовується у високоякісних оптичних лінзах.
Сполуки торію також можуть використовуватися як каталізатори у важливих промислових процесах, таких як розтріскування масла, синтез сірчана кислота і процес Оствальда для синтезу азотної кислоти.
Однак торій досяг успіху в ядерній хімії. Він має перевагу перед ураном: практично весь природний торій знаходиться у формі 232Th, не потребує збагачення. Торій-232 не розщеплюється, однак, він може бути перетворений шляхом поглинання нейтронів у 233U, чудове паливо, що розщеплюється.
Ще один момент на користь використання його для виробництва енергії полягає в тому, що Залишки торію стають безпечними за менший період часу порівняно із залишками урану. Хоча відходи урану є небезпечними протягом тисяч років, близько 83% відходів рідкого фториду торію стануть безпечними через 10 років, а решта 17% будуть безпечними приблизно через 300 років.
не дивно Індія, з великою кількістю покладів торію та малою кількістю урану, прагне до розвитку атомних електростанцій з використанням торію.
Перевірте це на нашому подкасті:Як працюють атомні електростанції?
Торій і радіоактивність
торій нелегко сприймається нашим організмом, крім низької концентрації в повітрі, у воді, яку ми п’ємо, і в їжі. Таким чином, ми навряд чи побачимо проблеми, викликані торієм, серед населення в цілому. Більшість досліджень оцінювали працівників, які зазнали впливу великої кількості цього матеріалу, наприклад шахтарів.
про радіоактивністьМіжнародне агентство з досліджень раку (IARC) класифікує торій як канцероген для людини. Проте про це повідомляє Міністерство охорони здоров’я та соціальних служб США Поки що рано робити висновок, що торій канцерогенний для людини.
З 1928 по 1955 рік він використовувався як контраст при рентгенологічних дослідженнях, Торотраст, який містив 25% ThO.2 і був злегка радіоактивним. Більшу кількість раку печінки, жовчного міхура та крові спостерігали у пацієнтів, які отримували великі дози цього контрасту.
історія торію
У 1815 р хімік Йонс Якоб Берцеліус отримав зразок рідкісного мінералу з району Фалунь, Швеція. У той час хімік припустив, що в цьому мінералі буде новий елемент, який він назвав торієм, маючи на увазі скандинавського бога грому і війни, Тор. Однак через 10 років було підтверджено, що мінерал є простим зразком ксенотиму, фосфату ітрію.
Однак у 1928 році Берцеліус отримав новий зразок мінералу від норвезького преподобного і мінералога Ганса Мортена Трана Есмарка. У цьому новому мінералі, нарешті, в Шведський хімік відкрив новий елемент, давши йому таку ж назву. Отже, він назвав його Торі (торія), назву якого пізніше змінили на torita (торит).
Стефано Араужо Новаїс
Вчитель хімії
