Thorium: Porovnání verzí

← Přejít na předchozí porovnání Přejít na další porovnání →

Smazaný obsah Přidaný obsah

V textu

Verze z 23. 2. 2013, 15:24

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.

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 Jacob Berzelius a pojmenoval jej po Thórovi, bohu blesku ve skandinávské mytologii.

Výskyt

Thorium je v zemské kůře poměrně silně zastoupeno, vyskytuje v koncentraci 9,6 mg/kg (neboli ppm). 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 vzácně ve formě minerálu thorianitu, chemicky ThO₂, a thoritu, chemicky ThSiO₄. Obvykle doprovází prvky skupiny lanthanoidů a nejčastější průmyslově zpracovávanou surovinou jsou monazitové písky, směsné fosforečnany typu (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄, ve kterých je hmotností podíl thoria až 6 %, 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 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 75 400 let, ²²⁹Th s poločasem 7 880 let nebo ²²⁸Th s poločasem 1,911 roku. Ostatní izotopy od atomové hmotnosti 209 po 238 amu se rozpadají mnohem rychleji:

Izotop	poločas rozpadu	druh rozpadu	produkt rozpadu
²⁰⁹Th	3,8 ms	α	²⁰⁵Ra
²¹⁰Th	9 ms	α (99 %)/ε (1 %)	²⁰⁶Ra (α) ²¹⁰Ac (ε)
²¹¹Th	40 ms	α	²⁰⁷Ra
²¹²Th	30 ms	α (99,7 %)/ε (0,3 %)	²⁰⁸Ra (α) ²¹²Ac (ε)
²¹³Th	144 ms	α	²⁰⁹Ra
²¹⁴Th	100 ms	α	²¹⁰Ra
²¹⁵Th	1,2 s	α	²¹¹Ra
²¹⁶Th	26 ms	α (99,99 %)/ ε (0,01 %)	²¹²Ra (α) ²¹⁶Ac (ε)
²¹⁷Th	241 μs	α	²¹³Ra
²¹⁸Th	117 ns	α	²¹⁴Ra
²¹⁹Th	1,05 μs	α	²¹⁵Ra
²²⁰Th	9,7 μs	α (100,00 %)/ ε (2*10^-7 %)	²¹⁶Ra (α) ²²⁰Ac (ε)
²²¹Th	1,68 ms	α	²¹⁷Ra
²²²Th	2,237 ms	α	²¹⁸Ra
²²³Th	0,6 s	α	²¹⁹Ra
²²⁴Th	0,81 s	α	²²⁰Ra
²²⁵Th	8,72 min	α (90 %)/ ε (10 %)	²²¹Ra (α) ²²⁵Ac (ε)
²²⁶Th	30,57 min	α	²²²Ra
²²⁷Th	18,68 d	α	²²³Ra
²²⁸Th	1,911 6 r	α (100 %)/ ε (10^-11 %)	²²⁴Ra (α) ²²⁸Ac (ε)
²²⁹Th	7 880 r	α	²²⁴Ra
²³⁰Th	75 400 r	α (100 %)/ ε (6*10^-11 %)	²²⁶Ra (α) ²³⁰Ac (ε)
²³¹Th	25,52 h	β^- (100 %)/ α (4*10^-11 %)	²³¹Pa (β^-) ²²⁷Ra (α)
²³²Th	1,4*10¹⁰ r	α	²²⁸Ra
²³³Th	21,83 min	β^-	²³³Pa
²³⁴Th	24,10 d	β^-	²³⁴Pa
²³⁵Th	7,2 min	β^-	²³⁵Pa
²³⁶Th	37,3 min	β^-	²³⁶Pa
²³⁷Th	4,7 min	β^-	²³⁷Pa
²³⁸Th	9,4 min	β^-	²³⁸Pa

^[1]

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:

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.
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. Výzkum využití Thoria pro jadernou energetiku se dlouhodobě provádí rovněž v České republice.

Další využití

Ve slitinách hořčíku zlepšují malé přídavky thoria mechanickou odolnost materiálu.
Thorium lze použít jako materiál elektrod pro obloukové svařování.
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.
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.
Oxid thoričitý ThO₂ slouží jako průmyslový katalyzátor v chemickém průmyslu při výrobě kyseliny dusičné z amoniaku, při výrobě kyseliny sírové nebo při krakování ropy.
Jemně rozptýlené kovové thorium je po zahřátí na vysokou teplotu pyroforické, shoří jasně svítivým plamenem.

Související články

Literatura

Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků II 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9
VOHLÍDAL, Jiří; ŠTULÍK, Karel; JULÁK, Alois. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5.

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu thorium na Wikimedia Commons CHYBA: {{Wikislovník}} — Nespecifikovaný typ odkazu. Použijte některý z parametrů „heslo“, „kategorie“, „příloha“.

↑ [1]

Šablona:Tabulka prvků

[1] [1]

[1]

@@ Řádek 1: / Řádek 1: @@
+{{Infobox Chemický prvek
-{{Substovaný infobox}}
+<!-- tabulka ( + část obecné) -->
-{| border="1" cellpadding="2" cellspacing="1" width="380" align="right" style="margin:0 0 .5em 1em; border-collapse:collapse;"
+|značka= Th
-| colspan="2" align="center" bgcolor="fefe00"| <font size=+1>'''Thorium'''</font>
+|číslo= 90
-|-
+|nukleonové= 232
-| colspan="2" align="center" | [[Soubor:Th-TableImage.png|290px|Thorium]]
+|název= Thorium
-|-
+|latinský= Thorium
-|[[Atomové číslo]]||90
+|nad= [[Cer|Ce]]
-|-
+|pod=
-|[[Relativní atomová hmotnost]]||232,03806(2) [[Atomová hmotnostní konstanta|amu]]
+|vlevo= [[Aktinium]]
-|-
+|vpravo= [[Protaktinium]]
-|[[Elektronová konfigurace]]||[Rn] 6d<sup>2</sup> 7s<sup>2</sup>
+|dolní tabulka=ano
-|-
+<!-- obecné -->
-|[[Skupenství]]||Pevné
+|chemická skupina= Aktinoidy
-|-
+|RN-CAS= 7440-29-1
-|[[Teplota tání]]||1842&nbsp;°C, (2115 K)
+|skupina= n/a
-|-
+|perioda= 7
-|[[Teplota varu]]||4788&nbsp;°C, (5061 K)
+|blok= f
-|-
+|hmotnostní zlomek v zemské kůře= 9,6
-|[[Elektronegativita]] (Pauling)|| 1,3
+|koncentrace v mořské vodě= 7×10<sup>-3</sup>
-|-
+|počet přírodních izotopů= 1
-|[[Hustota]]|| 11,7 g/cm<sup>3</sup>
+|obrázek= Thorium sample 0.1g.jpg
-|-
+|popis obrázku= kousek thoria v zatavené ampuli
-|[[Registrační číslo CAS]]||7440-29-1
+|vzhled= stříbrobílý kov (na povrchu obvykle zčernalý)
-|-
+<!-- Atomové vlastnosti -->
-|[[Atomový poloměr]]|| 1,80 Å (180 pm)
+|relativní atomová hmotnost= 232,038 1
-|-
+|atomový poloměr= 165
-|[[Výparné teplo]]|| 514 kJ/mol
+|kovalentní poloměr= 179,8
-|-
+|van der waalsův poloměr=
-|[[Skupenské teplo tání]]|| 13,81 kJ/mol
+|elektronová konfigurace= <nowiki>[</nowiki>[[radon|Rn]]] 6d<sup>2</sup> 7s<sup>2</sup>
-|-
+|elektronů ve slupkách= 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
-|[[Poločas rozpadu]]|| 14 900 000 000 let
+|oxidační čísla= II, II, '''IV'''
-|-
+<!-- Fyzikální vlastnosti -->
-|[[Tepelná kapacita]]||26,230 J.mol<sup>-1</sup>.K<sup>-1</sup>
+|skupenství= pevné
-|-
+|krystalová struktura= '''''α - modifikace'''''<br /> krychlová&nbsp;plošně&nbsp;centrovaná<br /> a= 508,43 pm<br />'''''β - modifikace'''''<br /> krychlová tělesně centrovaná<br /> a= 411 pm
-|[[Ionizační potenciál]] Th→Th<sup>+</sup>|| 587 kJ/mol
+|hustota= 11,724 g/cm<sup>3</sup> (''vypočteno z RTG dat'')
-|-
+|tvrdost= 3
-|[[Ionizační potenciál]] Th<sup>+</sup>→Th<sup>2+</sup>|| 1110 kJ/mol
+|magnetické chování= paramagnetický
-|-
-|[[Ionizační potenciál]] Th<sup>2+</sup>→Th<sup>3+</sup>|| 1930 kJ/mol
+|magnetická susceptibilita= 0,57cm<sup>3</sup>/g
+|teplota tání c= 1 750 ± 50
-|}
+|teplota tání k= 2 023 ± 50
+|teplota varu c= 4 200 ± 300
+|teplota varu k= 4 473 ± 300
+|teplota supravodivosti= 1,38 K
+|teplota změny modifikace= 1 400 °C (''α → β'')
+|rychlost zvuku= (''20 °C'') 2 490
+|elektrická vodivost= 6,67×10<sup>6</sup>
+|elektrický odpor= 14×10<sup>-8</sup> Ωm
+|součinitel elektrického odporu= 0,003 8 K<sup>-1</sup>
+|tepelná vodivost= (''25 °C'') 54,0 W m<sup>-1</sup> K<sup>-1</sup> <br />(''100 °C'') 54,3
+<!-- Termodynamické vlastnosti -->
+|spec. teplo tání= 80 J/g
+|spec. teplo varu= 2 340 J/g
+|molární atomizační entalpie= 598 ± 6 kJ/mol
+|absolutní entropie= 53,37 J K<sup>-1</sup> mol<sup>-1</sup>
+|měrná tepelná kapacita= 0,118 J K<sup>-1</sup> g<sup>-1</sup>
+<!-- Různé -->
+|různé=ano
+|součinitel délkové roztažnosti= 125×10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup>
+|elektrodový potenciál= (Th<sup>4+</sup> → Th<sup>0</sup>)  -1,899
+|elektronegativita= 1,3
+|ionizační energie= ''první'' 6,95 [[elektronvolt|eV]]<br /> ''druhá'' 11,5 eV<br /> ''třetí'' 20,0 eV<br /> ''čtvrtá'' 28,8 eV
+|iontový poloměr= (Th<sup>3+</sup>) 103 pm<br /> (Th<sup>4+</sup>) 95
+<!-- Bezpečnost -->
+|bezpečnost=
+|symboly nebezpečí=
+}}
 '''Thorium''', chemická značka '''Th''', ''(lat. Thorium)'' je druhým členem z řady [[Aktinoidy|aktinoidů]], [[Radioaktivita|radioaktivní]] [[kov]]ový prvek. Díky velmi dlouhému poločasu rozpadu jader thoria nacházíme tento prvek v horninách zemské kůry a je potenciálním palivem v jaderné energetice.
@@ Řádek 50: / Řádek 77: @@
 == Výskyt ==
-[[Soubor:MonaziteUSGOV.jpg|thumb|right|Monazitový písek]]
+[[Soubor:MonaziteUSGOV.jpg|thumb|left|150px|Monazitový písek]]
-Thorium je v [[zemská kůra|zemské kůře]] poměrně silně zastoupeno, vyskytuje v koncentraci 8–12&nbsp;mg/kg. Jeho obsah v mořské vodě je udáván okolo 7&nbsp;μg/l. Ve [[vesmír]]u připadá jeden atom thoria na 500 miliard atomů [[vodík]]u.
+Thorium je v [[zemská kůra|zemské kůře]] poměrně silně zastoupeno, vyskytuje v koncentraci 9,6&nbsp;mg/kg (neboli [[Parts per million|ppm]]). Jeho obsah v mořské vodě je udáván okolo 7&nbsp;μg/l. Ve [[vesmír]]u připadá jeden atom thoria na 500 miliard atomů [[vodík]]u.
-V přírodě se thorium vyskytuje pouze ve formě sloučenin a nejsou známy ani žádné minerály, obsahující jako kov pouze thorium. Obvykle doprovází prvky skupiny [[lanthanoid]]ů a nejčastěji průmyslově zpracovávanou surovinou jsou ''[[monazit]]ové písky'', směsné fosforečnany typu (Ce, La, Th, Nd, Y)PO<sub>4</sub> a dále například minerál ''[[euxenit]]'' (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)<sub>2</sub>O<sub>6</sub>.
+V přírodě se thorium vyskytuje pouze vzácně ve formě minerálu ''[[thorianit]]u'', chemicky [[oxid thoričitý|ThO<sub>2</sub>]], a ''[[thorit]]u'', chemicky [[křemičitan thoričitý|ThSiO<sub>4</sub>]]. Obvykle doprovází prvky skupiny [[lanthanoid]]ů a nejčastější průmyslově zpracovávanou surovinou jsou ''[[monazit]]ové písky'', směsné fosforečnany typu (Ce, La, Th, Nd, Y)PO<sub>4</sub>, ve kterých je hmotností podíl thoria až 6 %, a dále například minerál ''[[euxenit]]'' (Y, Ca, Ce, U, Th)(Nb, Ta, Ti)<sub>2</sub>O<sub>6</sub>.
 Velká ložiska thoriem bohatých rud se nalézají v [[Austrálie|Austrálii]], [[Indie|Indii]], [[Skandinávie|Skandinávii]], [[Spojené státy americké|USA]], [[Čína|Číně]], [[Brazílie|Brazílii]], [[Indonésie|Indonésii]] a [[Kanada|Kanadě]].
@@ Řádek 63: / Řádek 90: @@
 == Izotopy ==
-Přestože je známa řada izotopů thoria, v [[Zemská kůra|zemské kůře]] se můžeme prakticky setkat pouze s izotopem <sup>232</sup>Th, který se vyznačuje mimořádně velkým [[poločas rozpadu|poločasem rozpadu]] 1,4×10<sup>10</sup> roku. Je to, stejně jako velká většina dalších izotopů thoria, α-zářič.
+Přestože je známa řada izotopů thoria, v [[Zemská kůra|zemské kůře]] se můžeme setkat pouze s izotopem <sup>232</sup>Th, který se vyznačuje mimořádně velkým [[poločas rozpadu|poločasem rozpadu]] 1,39×10<sup>10</sup> roku. Je to, stejně jako velká většina dalších izotopů thoria, α-zářič.
 Z dalších izotopů stojí za zmínku např. <sup>230</sup>Th s poločasem rozpadu 75&nbsp;400 let, <sup>229</sup>Th s poločasem 7 880 let nebo <sup>228</sup>Th s poločasem 1,911 roku. Ostatní izotopy od atomové hmotnosti 209 po 238 [[Atomová hmotnostní konstanta|amu]] se rozpadají mnohem rychleji:
@@ Řádek 157: / Řádek 184: @@
 == Literatura ==
-# Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
+* Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
-# Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
+* Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
-# Dr. Heinrich Remy, ''Anorganická chemie'' 1. díl, 1. vydání 1961
+* Dr. Heinrich Remy, ''Anorganická chemie'' 1. díl, 1. vydání 1961
-# N. N. Greenwood – A. Earnshaw, ''Chemie prvků II'' 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9
+* N. N. Greenwood – A. Earnshaw, ''Chemie prvků II'' 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9
+* {{Citace monografie  | příjmení = VOHLÍDAL | jméno = Jiří | příjmení2 = ŠTULÍK | jméno2 = Karel | příjmení3 = JULÁK | jméno3 = Alois | rok = 1999 | titul = Chemické a analytické tabulky | vydavatel = Grada Publishing | místo = Praha | isbn = 80-7169-855-5 | vydání = 1}}
 == Externí odkazy ==