Thorium

Z Multimediaexpo.cz

Thorium
Thorium
Atomové číslo90
Relativní atomová hmotnost232,03806(2) amu
Elektronová konfigurace[Rn] 6d2 7s2
SkupenstvíPevné
Teplota tání1842 °C, (2115 K)
Teplota varu4788 °C, (5061 K)
Elektronegativita (Pauling) 1,3
Hustota 11,7 g/cm3
Registrační číslo CAS7440-29-1
Atomový poloměr 1,80 Å (180 pm)
Výparné teplo 514 kJ/mol
Skupenské teplo tání 13,81 kJ/mol
Poločas rozpadu 14 900 000 000 let
Tepelná kapacita26,230 J.mol-1.K-1
Ionizační potenciál Th→Th+ 587 kJ/mol
Ionizační potenciál Th+→Th2+ 1110 kJ/mol
Ionizační potenciál Th2+→Th3+ 1930 kJ/mol

Thorium, chemická značka Th, (lat. Thorium) je druhým členem z řady aktinoidů, radioaktivní kovový prvek. Díky velmi dlouhému poločasu rozpadu jader thoria nacházíme tento prvek v horninách zemské kůry a je potenciálním palivem v jaderné energetice.

Obsah

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Thorium je velmi slabě radioaktivní kovový prvek (zářič α), který však nemá žádný stabilní izotop. Je to stříbřitě bílý kov, který se na vzduchu pomalu pokrývá vrstvou našedlého oxidu. Zahřátím na vzduchu se kovové thorium může i vznítit. V běžných minerálních kyselinách se rozpouští jen zvolna, koncentrovaná kyselina dusičná jej pasivuje vytvořením inertní vrstvičky oxidu thoričitého ThO2 na povrchu kovu. Ve sloučeninách se vyskytuje pouze v mocenství Th+4. Objevil jej již roku 1828 švédský chemik Jöns Jakob Berzelius a pojmenoval jej po Thórovi, bohu blesku ve skandinávské mytologii.

Výskyt

Monazitový písek

Thorium je v zemské kůře poměrně silně zastoupeno, vyskytuje v koncentraci 8–12 mg/kg. Jeho obsah v mořské vodě je udáván okolo 7 μg/l. Ve vesmíru připadá jeden atom thoria na 500 miliard atomů vodíku. V přírodě se thorium vyskytuje pouze ve formě sloučenin a nejsou známy ani žádné minerály, obsahující jako kov pouze thorium. Obvykle doprovází prvky skupiny lanthanoidů a nejčastěji průmyslově zpracovávanou surovinou jsou monazitové písky, směsné fosforečnany typu (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4 a dále například minerál euxenit (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6. Velká ložiska thoriem bohatých rud se nalézají v Austrálii, Indii, Skandinávii, USA, Číně, Brazílii, Indonésii a Kanadě.

Výroba

Při průmyslové výrobě thoria se rudy nejprve digerují roztokem louhu a vysrážené nerozpustné hydroxidy lanthanoidů a thoria se oddělí filtrací. Po jejich rozpuštění v kyselině chlorovodíkové se postupným snižováním pH z roztoku nejprve oddělí hydroxidy thoria a uranu. Soli čistého thoria se z tohoto materiálu získávají po rozpuštění v HCl kapalinovou extrakcí tributylfosfátem nebo methylisobutylketonem. Příprava čistého kovu se obvykle provádí elektrochemicky z taveniny směsi fluoridu thoričitého ThF4, kyanidu draselného KCN a chloridu sodného NaCl. Chemicky je možno získat elementární thorium redukcí roztaveného fluoridu thoričitého elementárním vápníkem, hořčíkem nebo sodíkem.

Izotopy

Přestože je známa řada izotopů thoria, v zemské kůře se můžeme prakticky setkat pouze s izotopem 232Th, který se vyznačuje mimořádně velkým poločasem rozpadu 1,39×1010 roku. Je to, stejně jako velká většina dalších izotopů thoria, α-zářič. Z dalších izotopů stojí za zmínku např. 230Th s poločasem rozpadu asi 75 000 let, 229Th s poločasem asi 7 340 let nebo 228Th s poločasem přibližně 1,91 roku. Ostatní izotopy od atomové hmotnosti 212 po 236 amu se rozpadají mnohem rychleji.

Využití

Jaderná energetika

V současné době nachází thorium hlavní využití v jaderné energetice jako potenciální zdroj štěpného materiálu. Samotná atomová jádra 232Th jsou pouze α-zářiči a nemohou se proto zapojit do spontánní štěpné reakce. Záchytem neutronu se však mohou měnit na uran 233U, který je vynikajícím jaderným palivem a silným zdrojem neutronů. Vzhledem k tomu, že thorium se v přírodě vyskytuje přibližně třikrát častěji než uran, je pochopitelné, že myšlenka na jeho energetické využití je značně lákavá. V současné době se výzkum v tomto oboru ubírá dvěma směry:

  1. Thorium je v jaderném reaktoru přeměňováno na 233U, který se dále přímo účastní další štěpné reakce a postupně se v tomto prostředí jaderně přeměňuje za vzniku energetického výtěžku. V tomto případě je do jaderného reaktoru vsazován poměrně nízký obsah thoria.
  2. Cílem jaderné přeměny v reaktoru je příprava maximálního množství jader 233U, která jsou následně oddělena a slouží jako jaderné palivo v jiném atomovém reaktoru. Zde je naopak do jaderné reakce nasazeno maximální množství 232Th a přeměna na 233U je důležitější než energetický výtěžek procesu. Zdrojem energie je v tomto případě až následné jaderné štěpení 233U v dalším reaktoru. Nevýhodou tohoto procesu je nutnost přepracování paliva z prvního reaktoru na čistý 233U, protože produkty vzniklé ozařováním thoria jsou značně silnými radioaktivními zářiči a separaci je třeba provádět za zvýšených bezpečnostních podmínek. Naopak výhoda spočívá v relativně jednoduché a nenáročné kontrole štěpení vzniklého izotopu uranu 233U.

Výzkum v oblasti využití thoria je v současné době prováděn především v Indii, jejíž potenciální zásoby thoria patří k jedněm z největších na světě.

Další využití

  1. Ve slitinách hořčíku zlepšují malé přídavky thoria mechanickou odolnost materiálu.
  2. Thorium lze použít jako materiál elektrod pro obloukové svařování.
  3. Ve sklářském průmyslu se přídavkem thoria do skloviny dociluje zvýšení indexu lomu a snížení rozptylu světla vyrobeného skla. Takové sklo slouží především jako materiál v optických aplikacích, např. čočky pro filmové kamery nebo vědecké přístroje.
  4. Oxid thoričitý ThO2 je značně odolný vůči vysokým teplotám a vyrábějí se z něj tavicí kelímky a chemické nádobí určené pro práci s agresivními materiály za vysokých teplot. Oxid thoričitý je také využíván pro výrobu punčošek v plynových lampách.
  5. Oxid thoričitý ThO2 slouží jako průmyslový katalyzátor v chemickém průmyslu při výrobě kyseliny dusičné z amoniaku, při výrobě kyseliny sírové nebo při krakování ropy.
  6. Jemně rozptýlené kovové thorium je po zahřátí na vysokou teplotu pyroforické, shoří jasně svítivým plamenem.

Související články

Literatura

  1. Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
  2. Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
  3. Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
  4. N. N. Greenwood - A. Earnshaw, Chemie prvků II 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy


Commons nabízí fotografie, obrázky a videa k tématu
Thorium
Citováno z „http://ww.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Thorium“