Thorium

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Thorium
  [Rn] 6d2 7s2
232 Th
90
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
↓ Periodická tabulka ↓
kousek thoria v zatavené ampuli
kousek thoria v zatavené ampuli
Obecné
Název, značka, číslo Thorium, Th, 90
Cizojazyčné názvy lat. Thorium
Skupina, perioda, blok n/a. skupina, 7. perioda, blok f
Chemická skupina Aktinoidy
Koncentrace v zemské kůře 9,6 ppm
Koncentrace v mořské vodě 7×10−3 mg/l
Vzhled stříbrobílý kov (na povrchu obvykle zčernalý)
Identifikace
Registrační číslo CAS
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost 232,038 1
Atomový poloměr 165 pm
Kovalentní poloměr 179,8 pm
Iontový poloměr (Th3+) 103 pm
(Th4+) 95 pm
Elektronová konfigurace [Rn] 6d2 7s2
Oxidační čísla II, II, IV
Elektronegativita (Paulingova stupnice) 1,3
Ionizační energie
První 6,95 eV
Druhá 11,5 eV
Třetí 20,0 eV
Čtvrtá 28,8 eV
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava α - modifikace
krychlová plošně centrovaná
a= 508,43 pm
β - modifikace
krychlová tělesně centrovaná
a = 411 pm
Teplota změny modifikace 1 400 °C (α → β) (1 673,15 K)
Mechanické vlastnosti
Hustota 11,724 g/cm3 (vypočteno z RTG dat)
Skupenství pevné
Tvrdost 3
Rychlost zvuku (20 °C) 2 490 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost (25 °C) 54,0 W m-1 K-1
(100 °C) 54,3 W⋅m−1⋅K−1
Součinitel délkové roztažnosti 125×10−6 K-1
Molární atomizační entalpie 598 ± 6 kJ/mol
Standardní molární entropie S° 53,37 J K-1 mol-1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání 1 750 ± 50 (2 023,15 K)
Teplota varu 4 200 ± 300 (4 473,15 K)
Měrná tepelná kapacita 0,118 J K-1 g-1
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost 6,67×106 S/m
Měrný elektrický odpor 14×10−8 Ωm
Teplotní součinitel elektrického odporu 0,003 8 K-1
Teplota přechodu do supravodivého stavu 1,38 K
Standardní elektrodový potenciál (Th4+ → Th0) -1,899 V
Magnetické chování paramagnetický
Měrná magnetická susceptibilita 0,57cm3/g
Thorium spectrum visible.png
Bezpečnost
Radioaktivní
Radioaktivní
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P

{{{izotopy}}}

Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky
SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Ce
Aktinium Th Protaktinium

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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

Monazitový písek

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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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 u 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 225Ra
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-) 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[editovat | editovat zdroj]

Jaderná energetika[editovat | editovat zdroj]

Na tuto kapitolu jsou přesměrována hesla Liquid fluoride thorium reactor, Liquid Fluoride Thorium Reactor, LFTR a ThF4.

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.
\mathrm{^{232}_{\ 90}Th \ + \ ^{1}_{0}n \ \longrightarrow \ ^{233}_{\ 90}Th \ \xrightarrow[22,3 \ min]{\beta^-} \ ^{233}_{\ 91}Pa \ \xrightarrow[26,967 \ d]{\beta^-} \ ^{233}_{\ 92}U}
  1. 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[editovat | editovat zdroj]

  1. Ve slitinách hořčíku zlepšují malé přídavky thoria mechanickou odolnost materiálu.
  2. Neodtavující se elektrody z thoria a jeho slitin se používají pro obloukové svařování metodou TIG.
  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.

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Související články[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. [1]

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • 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[editovat | editovat zdroj]