Toriu

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Toriu
 

90
Th
 
        
        
                  
                  
                                
                                
  

actiniu ← toriu → protactiniu

Generalitate
Numele, simbolul, numărul atomic toriu, Th, 90
Serie actinide
Group , perioada , bloc -, 7 , f
Densitate 11 724 kg / m³
Duritate 3.0
Configurare electronică
Configurare electronică
Termen spectroscopic 3 F 2
Proprietăți atomice
Greutate atomica 232.0381 u
Raza atomică (calc.) 179 pm
Raza covalentă 206 ± 6 pm
Configurare electronică [ Rn ] 6d 2 7s 2
și - de nivelul de energie 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
Stări de oxidare 4 (slab de bază )
Structură cristalină cubic centrat pe față
Proprietăți fizice
Stare a materiei solid
Punct de fuziune 2 115 K (1 842 ° C )
Punct de fierbere 5 061 K (4 788 ° C)
Volumul molar 1,98 × 10 −5 / mol
Entalpia vaporizării 514 kJ / mol
Căldura de fuziune 13,81 kJ / mol
Viteza sunetului 2 490 m / s la 293,15 K.
Alte proprietăți
numar CAS 7440-29-1
Electronegativitate 1.3 ( scara Pauling )
Căldura specifică 120 J / (kg K)
Conductibilitate electrică 6,53 × 10 6 / m Ω
Conductivitate termică 54 W / (m K)
Energia primei ionizări 587 kJ / mol
A doua energie de ionizare 1 110 kJ / mol
A treia energie de ionizare 1 930 kJ / mol
Energia celei de-a patra ionizări 2 780 kJ / mol
Izotopi mai stabili
iso N / A TD DM DE DP
226 Th sintetic 30,6 luni α 222 Ra
227 Th sintetic 18,72 zile α 223 Ra
228 Th sintetic 1.9116 ani α 5.520 224 Ra
229 Th sintetic 7340 de ani α 5.168 225 Ra
230 Th sintetic 75380 ani α 4.770 226 Ra
231 Th sintetic 25,5 ore β - 0,39 231 Pa
232 Th 100% 1,405 × 10 10 ani α 4.083 228 Ra
233 Th sintetic 21,83 minute β - 233 Pa
234 Th sintetic 24,1 zile β - 0,27 234 Pa
iso: izotop
NA: abundență în natură
TD: timp de înjumătățire
DM: modul de descompunere
DE: energia de descompunere în MeV
DP: produs de descompunere

Toriu este elementul chimic cu numărul atomic 90 și simbolul său este Th . Este un metal actinoid radioactiv și este unul dintre singurele două elemente semnificative care se găsesc încă radioactive în mod natural în cantități mari ca element primordial (celălalt fiind uraniu ). Toriu a fost descoperit în 1829 de preotul și mineralogul amator norvegian Morten Thrane Esmark și identificat mai târziu de chimistul suedez Jöns Jacob Berzelius , care i-a dat numele Thor , zeul nordic al tunetului.

Un atom de toriu are 90 de protoni și, prin urmare, 90 de electroni , dintre care patru sunt electroni de valență . Este de culoare argintie și devine neagră atunci când este expusă la aer, formând dioxid de toriu. Toriu este slab radioactiv: toți izotopii săi cunoscuți sunt instabili. Toriu-232 ( 232 Th), are 142 de neutroni și este cel mai stabil izotop al toriului reprezentând aproape tot toriul natural. Toriu are cel mai lung timp de înjumătățire dintre toate elementele semnificativ radioactive: 14,05 miliarde de ani; se descompune foarte lent printr-o descompunere alfa devenind radio -228 ( 228 Ra) și terminând cu plumb -208 ( 208 Pb) stabil. Se estimează că toriul este de aproximativ trei până la patru ori mai abundent decât uraniul din scoarța terestră și este rafinat în principal din nisipurile monazitice ca produs secundar al extracției metalice din pământul rar .

În trecut, toriul era folosit în mod obișnuit ca sursă de lumină în plasele Auer și ca material pentru aliajele metalice , cu toate acestea aceste aplicații au scăzut din cauza preocupărilor legate de radioactivitatea sa. Cu toate acestea, este încă utilizat pe scară largă ca element de aliere pentru fabricarea electrozilor pentru sudarea TIG (cu o rată de 1-2% cu tungsten ). De asemenea, rămâne popular ca material pentru optică high-end și instrumentație științifică; toriul și uraniul sunt singurele elemente semnificativ radioactive, ale căror principale aplicații comerciale nu se bazează pe radioactivitatea lor. Se așteaptă ca toriul să poată înlocui uraniul ca combustibil nuclear în reactoare , dar au fost construite doar câteva reactoare de toriu.

Caracteristici

Toriu este un metal slab radioactiv , care apare în mod natural. În natură, se găsește doar sub numele de toriu-232, cel mai stabil izotop al acestuia , care se descompune cu emisie α . Dacă este pură și sub formă metalică, este de culoare alb argintiu, care rămâne strălucitor timp de multe luni; totuși, dacă este contaminat cu oxidul său, acesta se înnegrește încet în aer, devenind mai întâi gri și apoi negru. Oxidul de toriu (ThO 2 ), numit și torie , are unul dintre cele mai înalte puncte de topire dintre toți oxizii ( 3 300 ° C ). Când sunt încălzite în aer, așchii de metal din toriu se aprind și ard cu o lumină albă strălucitoare.

Aplicații

Aplicații de toriu:

  • Plase pentru felinare portabile pe gaz . Aceste plase strălucesc cu o lumină albă orbitoare atunci când sunt încălzite în flacăra de gaz.
  • În aliajele de magneziu , cărora le conferă o duritate mare și rezistență la oboseală la temperaturi ridicate.
  • Toriu este utilizat pentru acoperirea firelor de tungsten din catodul de încălzire directă a supapelor datorită emisiei sale electronice mari, este folosit și astăzi în tuburile de încălzire directă, cum ar fi cele ale transmițătoarelor de putere TV.
  • Toriu a fost utilizat la sudarea electrozilor și a ceramicii rezistente la căldură.
  • Oxidul său este utilizat pentru a controla mărimea bobului de tungsten utilizat în filamentele lămpii cu incandescență.
  • Oxidul său este utilizat pentru creuzetele de laborator la temperaturi ridicate.
  • Oxidul de toriu adăugat în sticlă permite crearea de sticle cu un indice de refracție ridicat și dispersie foarte scăzută. Prin urmare, își găsește aplicarea în lentile de înaltă calitate pentru camere și instrumente științifice.
  • Oxidul de toriu a fost folosit ca catalizator pentru:
  • Raportul dintre uraniu și toriu a fost utilizat până în prezent la fosilele hominide .
  • Ca material fertil pentru producerea combustibilului nuclear. În special, proiectarea reactorului de amplificare a energiei propusă ar trebui să utilizeze toriu. Deoarece toriul este mai abundent decât uraniul, proiectarea cupolelor reactoarelor nucleare încorporează toriul în ciclul lor de combustibil nuclear .
  • Dioxidul de toriu (ThO 2 ) a fost ingredientul activ al torotrastului , care a fost utilizat în diagnosticul medical cu raze X : această utilizare a fost însă abandonată din cauza carcinogenității acestui compus.
  • Centrale nucleare de nouă generație: produce deșeuri care durează doar câteva zeci de ani. [1]

Istorie

Toriu a fost identificat în 1815 de chimistul suedez Jöns Jakob Berzelius , [2] care în timpul investigațiilor sale ulterioare (1828) l-a numit în cinstea lui Thor , zeul nordic al tunetului. [2] Toriul metalic nu a avut practic nicio utilizare practică înainte de invenția plasei de lanterne în 1885. Numele Ionian a fost folosit pentru un izotop de toriu în studiile timpurii de radioactivitate.

Disponibilitate

Toriu se găsește în cantități mici în majoritatea rocilor și solurilor, unde este de aproximativ zece ori mai abundent decât uraniul și este la fel de comun ca plumbul . Mediul conține de obicei o medie de șase ppm de toriu; acest element se găsește și în multe minerale dintre care cel mai frecvent este monazitul , format din fosfat de toriu și pământuri rare , care conține până la 12% oxid de toriu și din care există depozite substanțiale în diferite țări. Izotopul toriu-232 se descompune foarte încet ( timpul său de înjumătățire este de aproximativ trei ori mai mare decât vârsta actuală a Pământului ), dar majoritatea celorlalți izotopi ai toriului fac parte din lanțul de dezintegrare a toriului și uraniului și sunt mult mai radioactivi : fracțiunea față de izotopul „stabil” este neglijabilă.

Rezervele mondiale constatate în 2007 la un cost de extracție mai mic de 80 $ / k g s-au ridicat la aproximativ 2,6 milioane de tone . Principalele rezerve sunt situate în Australia , Statele Unite ale Americii , Turcia , India , Venezuela și Brazilia ; aceste țări au fiecare între 12 și 19% din rezervele mondiale. [3]

Depozite în Italia

În Italia, toriul este prezent în cantități echitabile, în special în nordul Lazio , Mont Mort (care este situat deasupra tunelului Gran San Bernardo la granița dintre Elveția și Valle d'Aosta , la 2867 metri), Etna . [4] Nu se cunoaște întinderea acestor rezerve. Carlo Rubbia vorbește și despre depozitele din Umbria și Abruzzo. [ fără sursă ]

Toriu ca combustibil nuclear

Radiotoxicitatea (în sievert pentru giga watt termic an) a combustibilului uzat evacuat din reactoare pentru diferite cicluri de combustibil, în funcție de timp. Toriu produce deșeuri radioactive cu durată mai scurtă de viață și mai puțin radiotoxice.

Toriu, ca și uraniul , poate fi folosit ca combustibil într-un reactor nuclear : deși nu este fisibil în sine , toriu-232 ( 232 Th) absoarbe neutroni termici și transmutează în uraniu-233 ( 233 U), ceea ce este în schimb. Prin urmare, toriul este considerat fertil , precum uraniul-238 ( 238 U).

Uraniul-233 este mai bun decât uraniul-235 și plutoniul -239 datorită randamentului său mai ridicat în ceea ce privește absorbția neutronilor [ fără sursă ] , care permite realizarea unui ciclu de alimentare pornind de la alte materiale fisibile (uraniu-235 și plutoniu-239) similar, dar mai eficient decât cel bazat pe uraniu -238 și pe plutoniu în reactoarele termice . 232 Th absoarbe un neutron transformându-se în 233 Th care ulterior se descompune în 233 Pa și apoi în 233 U. Combustibilul astfel iradiat este apoi descărcat din reactor, 233 U separat de toriu și utilizat pentru a alimenta un alt reactor ca parte a unui circuit închis ciclu.

Problemele asociate acestei utilizări includ costurile ridicate ale producției de combustibil, legate de radioactivitatea ridicată a uraniului-233, care este întotdeauna contaminată cu urme de uraniu-232; reciclarea toriu prezintă, de asemenea, probleme similare datorită 228 Th extrem de radioactivă; 233 U poate fi, de asemenea, utilizat pentru producerea de arme nucleare și pune unele probleme tehnice pentru reciclarea acestuia. Astfel de dificultăți fac ca utilizarea torului ca combustibil nuclear să fie încă puțin probabilă pentru moment, având în vedere disponibilitatea abundentă de uraniu.

Cu toate acestea, ciclul combustibilului de toriu poate fi util pe termen lung, având în vedere capacitatea sa de a produce combustibil fără a fi nevoie să recurgă la reactoare de neutroni rapide . Toriu este semnificativ mai abundent decât uraniul, făcându-l un factor cheie în sustenabilitatea energiei nucleare . India are rezerve uriașe de toriu și, prin urmare, a planificat un ambițios program nuclear care are ca scop excluderea uraniului ca materie primă.

Cu toate acestea, cel mai evident avantaj este cel referitor la zgură: „combustibilul” epuizat descărcat dintr-un tor de crescător al reactorului are o radiotoxicitate extrem de redusă (de mai multe ordine de mărime) decât orice reactor de uraniu-plutoniu: după mai puțin de un secol este de fapt mai mică decât cea a uraniului natural și chiar, în reactoarele termice de toriu, este mai mică de la început. Prin urmare, se crede că zgura ar trebui să fie limitată numai timp de aproximativ 300 de ani (mai puțin decât este necesar pentru multe produse din industria chimică). Prin comparație, „combustibilul” epuizat de un reactor de uraniu de a 3-a generație, pentru a reduce radiotoxicitatea acestuia la niveluri mai mici decât cele ale uraniului natural de pornire, folosește aproximativ un milion de ani, în timp ce combustibilul unui reactor de ameliorare uraniu-plutoniu necesită zeci de mii de ani. [5]

Izotopi

În natură, toriul are un singur izotop , 232 Th, care este cel mai stabil dintre cei 25 de izotopi cunoscuți, a căror masă atomică este între 212 și 236 u .

232 Th are un timp de înjumătățire de peste 14 miliarde de ani, urmat în ordinea descrescătoare a stabilității cu 230 Th (75 380 ani), 229 Th (7 340 ani) și 228 Th (1,92 ani). Toți ceilalți izotopi rămași au perioade de înjumătățire cuprinse între 30 de luni și 25 de ore. Un metastat este, de asemenea, cunoscut de toriu.

Precauții

Toriu metalic pulverizat se aprinde foarte ușor și trebuie manipulat cu precauție. Dezintegrarea izotopilor instabili ai torului produce un izotop radon ( 220 Rn): gazul radon este radioactiv și periculos pentru sănătate. Prin urmare, este esențial ca încăperile în care este depozitat toriul să fie bine ventilate.

Expunerea la toriu în aer poate duce la un risc crescut de cancer pulmonar , pancreatic , renal și sanguin . Ingerarea de tor provoacă leziuni hepatice . Toriu nu are roluri biologice cunoscute. Vezi și torotrasto .

Notă

  1. ^ Film audio Centrale nucleare Carlo Rubbia Thorium, 15 mai 2008 . Adus la 31 martie 2011 .
  2. ^ a b Icilio Guareschi , Jöns Jacob Berzelius și opera sa științifică: scurte note despre chimie în prima jumătate a secolului al XIX-lea ( PDF ), Torino, Unione Tipografico-Editrice, 1915.
  3. ^ ( EN ) http://www.world-nuclear.org/info/inf62.html
  4. ^ Toriu ca combustibil nuclear [ link rupt ] , pe Tocqueville.it .
  5. ^ (EN) Brissot R., D. Heuer, E. Huffer, C. Le Brun, J.-M. Loiseaux, H. și A. Nifenecker nuttin Energie nucleară fără (aproape) fără deșeuri radioactive? , pe lpsc.in2p3.fr , Grenoble, Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie, iulie 2001 (arhivat din original la 17 septembrie 2008) .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 37628 · LCCN (EN) sh85134957 · GND (DE) 4185331-3 · BNF (FR) cb11977429t (data) · NDL (EN, JA) 00.573.342