Thorium

Thorium
←  Aktinium | Protactinium  →
90 Ce ↑ Th ↓ Ubq 90th _
Udseende af et simpelt stof
Metal thorium
Atom egenskaber
Navn, symbol, nummer	Thorium / Thorium (Th), 90
Gruppe , punktum , blok	3 (forældet 3), 7, f-element
Atommasse ( molær masse )	232.03806(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Rn] 6d 2 7s 2
Atomradius	180 kl
Kemiske egenskaber
kovalent radius	165  kl
Ion radius	(+4e) 102  pm
Elektronegativitet	1.3 (Pauling-skala)
Oxidationstilstande	+2, +3, +4
Ioniseringsenergi (første elektron)	670,4 (6,95)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof
Tæthed ( i.a. )	11,78 g/cm³
Smeltetemperatur	2028 K
Kogetemperatur	5060K _
Oud. fusionsvarme	16,11 kJ/mol
Oud. fordampningsvarme	513,7 kJ/mol
Molær varmekapacitet	26,23 [2]  J/(K mol)
Molært volumen	19,8  cm³ / mol
Krystalgitteret af et simpelt stof
Gitterstruktur	Kubisk FCC
Gitterparametre	5.080Å  _
Debye temperatur	100,00  K
Andre egenskaber
Varmeledningsevne	(300 K) (54,0) W/(m K)
CAS nummer	7440-29-1

Thorium  ( kemisk symbol  - Th , fra lat.  Thorium ) - et kemisk grundstof af den 3. gruppe (ifølge den forældede klassifikation  - en sideundergruppe af den tredje gruppe, IIIB) i den syvende periode af det periodiske system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev med atomnummer 90.

Tilhører aktinidfamilien .

Det simple stof thorium  er et tungt, svagt radioaktivt sølv-hvidt metal .

Historie

Thorium blev først isoleret af Jöns Berzelius i 1828 fra et mineral senere kaldet thorite (indeholder thoriumsilikat ). Opdageren navngav elementet til ære for tordenguden fra skandinavisk mytologi  - Thor .

At være i naturen

Thorium findes næsten altid i sjældne jordarters mineraler , som tjener som en af ​​dens kilder. Indholdet af thorium i jordskorpen er 8-13 g/t, og i havvand er det 0,05 µg/l. I magmatiske bjergarter falder indholdet af thorium fra surt (18 g/t) til basisk (3 g/t). En betydelig mængde thorium ophobes i forbindelse med pegmatit og postmagmatiske processer, mens indholdet stiger med en stigning i mængden af ​​kalium i bjergarterne. Den vigtigste form for at finde thorium i klipper i form af hovedbestanddelen af ​​uran-thorium eller en isomorf urenhed i hjælpemineraler . I post-magmatiske processer under visse gunstige forhold (berigelse af opløsninger i halogener , alkalier og kuldioxid) er thorium i stand til at migrere i hydrotermiske opløsninger og fikseres i skarn uran-thorium og granat-diopsid orthit-bærende aflejringer. Her er de vigtigste thoriummineraler monazitsand og ferritorit . Thorium akkumuleres også i nogle greisen-aflejringer, hvor det er koncentreret i ferritorit, eller danner mineraler indeholdende titanium, uran osv. Det indgår i sammensætningen, i form af urenheder, sammen med uran, i næsten alle glimmer ( phlogopite , muskovit ) osv.) - klippedannende mineraler granit . Derfor er granitter fra nogle aflejringer, på grund af svag, men med langvarig eksponering for farlig stråling, forbudt at blive brugt som fyldstof til beton ved opførelse af beboelsesbygninger eller (afhængigt af specifik aktivitet) til opførelse af industrielle faciliteter og selv til anlæg af veje uden for bygder [3] .

Indskud

Thorium findes hovedsageligt i 12 mineraler.

Forekomster af disse mineraler er kendt i Australien , Indien , Norge , USA , Canada , Sydafrika , Brasilien , Pakistan , Malaysia , Sri Lanka , Kirgisistan og andre lande [4] .

• Monazite -(Ce)

• Thorianit

• Umboserite

• euxenit

• Eschinite-(Ce)

• Wiikit

Plyndre

Ved modtagelse af thorium udsættes thoriumholdige monazitkoncentrater for en åbning ved hjælp af syrer eller baser. Sjældne jordarters grundstoffer genvindes ved ekstraktion med tributylphosphat og sorption . Yderligere isoleres thorium fra en blanding af metalforbindelser i form af dioxid , tetrachlorid eller tetrafluorid .

Metallisk thorium isoleres derefter fra halogenider eller oxid ved metallothermi (calcium, magnesium eller natrium) ved 900-1000°C:

elektrolyse af ThF 4 eller KThF 5 i en KF - smelte ved 800°C på en grafitanode.

Prisen på thorium faldt til 73,37 USD /kg (2009), sammenlignet med 96,55 USD/kg (2008). [5]

Fysiske egenskaber

Den komplette elektroniske konfiguration af et thoriumatom er : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 2 6 sd .

Thorium er et sølvhvidt, skinnende, blødt, formbart metal. Metallet er pyrofor, derfor anbefales det at opbevare thoriumpulver i petroleum. I luften pletter og mørkner et rent metal langsomt, når det opvarmes, antændes det og brænder med en lys hvid flamme med dannelse af dioxid. Det korroderer relativt langsomt i koldt vand; i varmt vand er korrosionshastigheden af ​​thorium og legeringer baseret på det meget høj.

Op til 1400 °C har thorium et kubisk fladecentreret gitter; over denne temperatur er et kubisk kropscentreret gitter stabilt. Ved en temperatur på 1,4 K udviser thorium superledende egenskaber.

Smeltepunkt 1750 °C; kogepunkt 4788 °C. Smelteentalpi 19,2 kJ/mol, fordampning 513,7 kJ/mol. Elektronernes arbejdsfunktion er 3,51 eV. Ioniseringsenergierne M → M+, M+ → M2+, M2+ → M3+, M3+ → M4+ er henholdsvis 587, 1110, 1978 og 2780 kJ/mol.

Isotoper

Fra 2012 kendes 30 thoriumisotoper og 3 mere exciterede metastabile tilstande af nogle af dets nuklider .

Kun et af thoriumnukliderne ( thorium-232 ) har en tilstrækkelig lang halveringstid i forhold til Jordens alder , så næsten alt naturligt thorium består kun af dette nuklid. Nogle af dens isotoper kan bestemmes i naturlige prøver i spormængder, da de indgår i den radioaktive serie af radium, actinium og thorium og har historiske, nu forældede navne:

• radioaktinium 227 Th ,
• radiothorium 228 Th ,
• ionium 230 Th ,
• uran Y 231 Th ,
• uran X1 234 Th .

De mest stabile isotoper er 232 Th ( halveringstid er 14,05 milliarder år), 230 Th (75.380 år), 229 Th (7340 år), 228 Th (1.9116 år). De resterende isotoper har en halveringstid på mindre end 30 dage (de fleste af dem har en halveringstid på mindre end 10 minutter) [6] .

Kemiske egenskaber

Thorium tilhører aktinidfamilien . Men på grund af den specifikke konfiguration af elektronskallerne ligner thorium Ti, Zr, Hf i egenskaber.

Thorium er i stand til at udvise +4, +3 og +2 oxidationstilstande. Den mest stabile +4. Thorium udviser oxidationstilstande +3 og +2 i halogenider med Br og I opnået ved indvirkning af stærke reduktionsmidler i den faste fase. Th4 + -ionen er kendetegnet ved en stærk tendens til hydrolyse og dannelse af komplekse forbindelser .

Thorium er dårligt opløseligt i syrer. Det er opløseligt i koncentrerede opløsninger af HCl (6-12M) og HNO3 ( 8-16M ) i nærværelse af fluorioner. Opløses let i aqua regia . Reagerer ikke med kaustiske alkalier.

Når det opvarmes, interagerer det med brint, halogener, svovl, nitrogen, silicium, aluminium og en række andre grundstoffer. For eksempel, i en hydrogenatmosfære ved 400-600 °C, danner det ThH2- hydrid .

Ansøgning

Thorium har en række anvendelser, hvor det nogle gange spiller en uundværlig rolle. Placeringen af ​​dette metal i det periodiske system af elementer og strukturen af ​​kernen forudbestemte dets brug inden for fredelig brug af atomenergi.

Thorium-232  er en lige isotop (et lige antal protoner og neutroner), derfor er den ikke i stand til at spalte termiske neutroner og være et nukleart brændsel. Men når en termisk neutron fanges, bliver 232 Th til 233 U ifølge skemaet

Uran-233 er i stand til at spalte ligesom uran-235 og plutonium-239 , hvilket åbner op for mere end seriøse udsigter for udvikling af kerneenergi ( uran-thorium brændselskredsløb , hurtige neutronreaktorer , LFTR ). Inden for kerneenergi anvendes thoriumcarbid , oxid og fluorid (i højtemperatursmeltede saltreaktorer ) sammen med uran- og plutoniumforbindelser og hjælpeadditiver.

Da de samlede reserver af thorium er 3-4 gange større end reserverne af uran i jordskorpen, vil atomkraft ved hjælp af thorium gøre det muligt fuldt ud at sikre menneskehedens energiforbrug i hundreder af år.

Ud over kerneenergi anvendes thorium i form af et metal med succes i metallurgi ( magnesiumlegering , etc.), hvilket giver legeringen øgede ydeevneegenskaber (trækstyrke, varmebestandighed). Dels anvendes thorium i form af oxid til fremstilling af højstyrkesammensætninger som hærder (til flyindustrien). Thoriumoxid, på grund af dets højeste smeltepunkt af alle oxider (3350 K) og ikke-oxidation, bruges til fremstilling af de mest kritiske strukturer og produkter, der opererer i superstærke varmestrømme, og kan være et ideelt materiale til forbrænding. kamre og gasdynamiske kanaler til MHD kraftværker . Digler lavet af thoriumoxid bruges, når der arbejdes i temperaturområdet omkring 2500–3100 °C. Tidligere blev thoriumoxid brugt til at lave glødetråde i gaslamper .

Thoriated direkte opvarmede katoder bruges i vakuumrør , og thoriumoxid-i magnetroner og højeffekt generatorlamper . Tilsætningen af ​​0,8-1 % ThO 2 til wolfram stabiliserer strukturen af ​​glødelampernes glødetråde. Xenonbuelamper har næsten altid en thoriated katode og anode og er derfor ubetydelig radioaktive. Thoriumoxid bruges som modstandselement i højtemperaturovne. Thorium og dets forbindelser anvendes i vid udstrækning som katalysatorer i organisk syntese.

Thorium(IV)-oxid blev brugt i medicin i 1930'erne og 1940'erne som en del af røntgenkontrastmidlet Thorotrast, hvorefter dets brug blev afbrudt på grund af betydelig kræftfremkaldende egenskaber . Også i midten af ​​det 20. århundrede blev thoriumoxid brugt til at fremstille thoriumglas til linser til nogle optiske instrumenter og kameralinser ( Canon Lens , Asahi Opt. Co. Japan , Yashica , Ernst Leitz , Olympus , Fuiji Photo Film Co. , Tokyo Kogaku ) .

Biologisk rolle

Thorium er konstant til stede i væv fra planter og dyr. Akkumuleringskoefficienten for thorium (det vil sige forholdet mellem dets koncentration i kroppen og koncentrationen i miljøet) i havplankton  er 1250, i bundalger - 10, i blødt væv hos hvirvelløse dyr - 50-300, fisk - 100. Hos ferskvandsbløddyr varierer dens koncentration fra 3 ⋅10 −7 til 1⋅10 −5  %, hos havdyr fra 3⋅10 −7 til 3⋅10 −6  %. Thorium absorberes hovedsageligt af leveren og milten , men også af knoglemarven , lymfeknuderne og binyrerne ; dårligt absorberet fra mave-tarmkanalen. Hos mennesker er den gennemsnitlige daglige indtagelse af thorium med mad og vand 3 μg; udskilles fra kroppen med urin og afføring (henholdsvis 0,1 og 2,9 mcg). Thorium har lav toksicitet, men som et naturligt radioaktivt element bidrager det til den naturlige baggrund for bestråling af organismer.

Noter

1. ↑ Wieser, ME Grundstoffernes atomvægte 2011 (IUPAC Technical Report)  : [ eng. ]  / Wieser ME, Holden N., Coplen TB [et al.] // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Bd. 85, Is. 5. - P. 1047-1078. - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Thorium // Chemical Encyclopedia: i 5 bind / Redaktion: Zefirov N. S. (chefredaktør). - M . : Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - S. 613. - 20.000 eksemplarer.  - ISBN 5-85270-039-8.
3. ↑ GOST 30108-94. Arkiveret 9. oktober 2021 på Wayback Machine Appendiks A.
4. ↑ Kilde . Hentet 25. september 2010. Arkiveret fra originalen 30. september 2013. (ubestemt)
5. ↑ I. N. Beckman . Thorium Arkiveret 13. november 2013 på Wayback Machine . Foredragskursus.
6. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH NUBASE-evalueringen af ​​nukleare og henfaldsegenskaber  // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .

Links

• Thorium på Webelements
• Thorium - artikel fra Great Soviet Encyclopedia . 
• Thorium på Popular Library of Chemical Elements
• Professor I. N. Beckman, THORII, Forelæsningsforløb

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron jorden rundt Lille Brockhaus og Efron Britannica (online) Britannica (online) Treccani Universalis
I bibliografiske kataloger BNF : 11977429t GND : 4185331-3 J9U : 987007534013905171 LCCN : sh85134957 NDL : 00573342 NKC : ph543054