Торий это радиоактивный химический элемент, в природе он существует как простое неорганическое вещество, представляющее собой умеренно мягкий, серебристо-белый металл.
Является актиноидом и обладает радиоактивными свойствами.
Его наиболее распространённый изотоп, торий-232 (232Th), имеет очень длительный период полураспада (около 14 миллиардов лет).
Что делает его одним из самых распространённых радиоактивных элементов на Земле.
(Thorium; по имени древнескандинавского бога-громовержца Тора), Th — радиоактивный химический элемент 3-й группы седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева .
Атомный номер 90, атомная масса 232,0381; относится к актиноидам. Светло-серый металл.
В соединениях проявляет степень окисления преим. + 4, а также + 2 и +3.
Торий открыл (1828) швед, химик Й. Я. Берцелиус в минерале торите ThSiО4.
Содержание в земной коре 8 х 10-4%. Торий обнаружен более чем в 120 минералах, из к-рых монацит служит главным источником его получения.
Открытие тория было сделано в несколько этапов, но основная заслуга принадлежит шведскому химику Йёнсу Якобу Берцелиусу в 1828 году.
Берцелиус выделил оксид нового элемента из образца минерала, который позже был назван торитом (ThSiO4). Минерал был найден на острове Лёвен в Норвегии.
Само открытие было подтверждено самим Берцелиусом после тщательного анализа нового минерала.
Он назвал элемент в честь скандинавского бога грома Тора.
Позже, уже в 1898 году, Мария Склодовская-Кюри и Герхард Карл Шмидт независимо друг от друга обнаружили радиоактивные свойства тория.
Торий — полиморфный металл. Низкотемпературная альфа-модификация тория, имеющая гранецентрированную кубическую решетку с периодом а = 5,086 А (т-ра 25° С).
Превращается при т-ре 1360° С в бета-модификацию с объемноцентрированной кубической решеткой и периодом а = 4,11 А (т-ра 1450° С).
Плотность (т-ра 25° С) 11,72 г/см3; tпл 1750° С. Теплоемкость (температура 27° С) 6,54 ккал/моль • град.
Коэфф. теплопроводности (т-ра 110° С) 0,090 кал/ см-сек град; ср. коэфф. линейного расширения 11,55 • 10-6 град-1 в интервале т-р 30—200° С; удельное электрическое сопротивление (т-ра 20° С) 13 мком • см.
При температуре ниже 1,3—1,4 К металл становится сверхпроводником. Работа выхода электронов 3,51 эв. Магнитная восприимчивость 0,54 • 10-6 э.м.е./г (т-ра 20° С).
При комнатной т-ре модуль нормальной упругости 7000 кгс/мм2, модуль сдвига 2800 кгс/мм2; коэфф. Пуассона 0,27.
Наиболее чистый йодидный торий мало прочен и пластичен при комнатной т-ре.
В деформированном и отожженном при т-ре 650° С состоянии его предел прочности на растяжение 12,2 кгс/мм2 , относительное удлинение 36%; относительное сужение 62%; HV = 45.
Менее чистый спеченный из электролитического порошка торий, деформированный и затем отожженный, имеет предел прочности на растяжение 16,6 кгс/мм2.
Предел текучести 8,0 кгс/мм2; относительное удлинение 35%; НУ = 53,0.
Интересный факт: в земной коре встречается в 3-4 раза чаще, чем уран.
Растворение углерода в тории существенно повышает его прочность. Вследствие малой растворимости кислорода и азота в торий их примеси почти не влияют на его механические свойства.
Йодидный торий не переходит в хрупкое состояние. При содержании 0,05% С переход в хрупкое состояние наблюдается ниже т-ры 0°С.
Торий в порошкообразном состоянии пирофорен на воздухе и кислороде. Компактный металл реагирует с кислородом медленно при т-ре 250° С и быстро при т-ре 450° С.
Торий образует нитрид Th2N3 и гидрид ТhН2.
Не корродирует в дистиллированной воде до т-ры 100° С, устойчив в расплавленных щелочных металлах, не содержащих кислород.
Металлический торий, его сплавы с ураном или плутонием (до 10—15%) обладают большой стабильностью размеров при облучении нейтронами.
➡️ Реакции с неметаллами
С кислородом: Торий медленно окисляется на воздухе при комнатной температуре, а при нагревании сгорает, образуя оксид тория(IV).
Th + O2 → ThO2
С галогенами: Торий реагирует с галогенами (фтором, хлором, бромом, йодом), образуя соответствующие тетрагалогениды, например, тетрафторид тория.
Th + 2F2 → ThF4
С водородом: При нагревании до 650°C торий может поглощать водород с образованием гидрида тория.
Th + 2H2 → ThH4
С серой: При нагревании торий взаимодействует с серой, образуя сульфид тория.
Th + 2S → ThS2
➡️ Реакции с кислотами
С соляной кислотой (HCl): Торий растворяется в соляной кислоте, образуя хлорид тория и водород.
Th + 4HCl → ThCl4 + 2H2
С азотной кислотой (HNO3): Торий устойчив к воздействию азотной кислоты.
С серной кислотой (H2SO4): Торий медленно растворяется в серной кислоте.
С плавиковой кислотой (HF): Торий образует устойчивые комплексные фториды, что делает его устойчивым к воздействию плавиковой кислоты.
Природный торий состоит практически из изотопа 232Th с периодом полураспада 1,39 X 1010 лет.
В природе существует 41 изотоп тория, от 209Th до 238Th. Все они являются радиоактивными.
Самые важные изотопы
Торий-232 (232Th)
Самый распространённый и стабильный изотоп.
Составляет почти 100% природного тория.
Имеет чрезвычайно долгий период полураспада — около 14 миллиардов лет, что примерно равно возрасту Вселенной.
Является родоначальником ряда распада тория, который заканчивается образованием стабильного изотопа свинца-208 (208Pb).
Другие природные изотопы
Некоторые другие изотопы, такие как торий-228 (228Th) и торий-230 (230Th), также встречаются в природе, но в очень малых, следовых количествах.
Они являются промежуточными продуктами в рядах радиоактивного распада урана и самого тория.
Интересный файл: в ториевых реакторах образуется значительно меньше долгоживущих радиоактивных отходов по сравнению с урановыми.
Нейтронное облучение упрочняет металл. Торий извлекают из обогащенных монацитовых руд, обрабатывая их концентрированной серной кислотой или крепким раствором едкого натра при т-ре 140—200° С.
Полученные растворимые соединения тория отделяют селективным растворением и осаждением либо экстракцией органическими растворителями.
Конечным продуктом химической переработки руды является окись тория или его галогениды.
Торий в виде порошка чистотой 99,6—99,8% получают кальциетермическим восстановлением окиси тория в присутствии хлористого кальция (т-ра 1100— 1200° С).
Губчатый торий получают восстановлением ThF4 кальцием с добавкой ZnCl2.
Восстановление до металла осуществляют также электролизом ThF4 или KThF5 в расплаве хлоридов щелочных металлов при т-ре 750—800° С, что дает возможность получить порошок тория чистотой более 99,9%.
Очень чистый металлический торий получают йодидным рафинированием.
Высокая температура плавления и химическая активность тория затрудняют его плавку и литье.
Плавят торий в дуговых печах с медным охлаждаемым водой тиглем-кристаллизатором в вакууме или среде инертного газа.
Выплавленный в дуговой печи йодидный торий можно прокатывать в холодном состоянии со степенью обжатия до 99% без промежуточных отжигов и растрескивания.
Прутки и трубы из ториевых слитков изготовляют горячим прессованием.
Металлический торий обладает низкими антифрикционными свойствами и склонен к налипанию на рабочие поверхности инструмента.
Рекристаллизационный отжиг после холодного деформирования осуществляют при т-ре 650—750° С (1 ч) для кальциетермического металла и при т-ре 600—700° С для йодидного.
Плакируют торий алюминием или цирконием в процессе прессования или прокатки.
При работе с торием необходимо соблюдение правил безопасности, предусмотренных для радиоактивных и пирофорных веществ.
Торий применяют для легирования магниевых сплавов, для увеличения их прочности при повышенных т-рах.
Как присадочный материал при сварке молибдена с целью повышения пластичности шва.
При изготовлении электровакуумных приборов используют торированный вольфрам (1—2 % ThО2).
Окись тория или ее смесь с окислами др. металлов применяют в качестве катализаторов окисления, гидрогенизации и крекинга.
Из ThО2 изготовляют тигли, стойкие в расплавах химически активных металлов, и высокотемпературные керамические нагреватели (95% ThО2 + 5% Y2О3 или La2О8; 85% ThО2 + 15% CeО2).
Перспективно применение тория в качестве ядерного горючего.
Да. Все изотопы тория радиоактивны.
Самый распространённый изотоп, торий-232 (232Th), имеет очень долгий период полураспада (более 14 миллиардов лет).
Что делает его относительно стабильным, но всё же радиоактивным.
Является радиоактивным элементом, поэтому требует осторожного обращения.
Однако, по сравнению с ураном, он считается более безопасным для использования в ядерной энергетике.
Так как его топливный цикл образует меньше долгоживущих радиоактивных отходов.
Более высокая распространённость: Встречается в земной коре в 3-4 раза чаще, чем уран.
Снижение отходов: В ториевых реакторах образуется меньше ядерных отходов, а те, что образуются, имеют меньший период полураспада.
Энергоэффективность: Один килограмм тория потенциально может произвести больше энергии, чем один килограмм урана.