Thorium (revidováno)
Poznámka: Tento článek, původně publikovaný v roce 1998, byl aktualizován v roce 2006 pro vydání eBook.
přehled
Thorium je členem rodiny aktinidů. Aktinidové prvky jsou umístěny v řádku 7 periodické tabulky. Mají atomová čísla mezi 90 a 103. Periodická tabulka je graf, který ukazuje, jak jsou chemické prvky navzájem propojeny. Série aktinidů je pojmenována pro prvek 89, aktinium, které je někdy součástí rodiny aktinidů.,
Thorium objevil v roce 1828 švédský chemik Jons Jakob Berzelius (1779-1848). V té době si Berzelius neuvědomil, že thorium je radioaktivní. To objevili o 70 let později, v roce 1898, Polsko-Francouzská fyzička Marie Curie (1867-1934) a anglický chemik Gerhard C.Schmidt (1864-1949).
Thorium je relativně běžný prvek s několika komerčními aplikacemi. Existuje určitá naděje, že může být někdy použita v jaderných elektrárnách, ve kterých se jaderné reakce používají k výrobě elektřiny.
SYMBOL
TH
atomové číslo
90
atomová hmotnost
232.,0381
RODINY
Aktinidů
VÝSLOVNOST
THOR-ee-um
Objev a pojmenování
V roce 1815, Berzelius bylo studium nového minerálu nalezené v Falun městě Švédska. Ze své analýzy došel k závěru, že našel nový prvek. Pojmenoval prvek thorium na počest skandinávského boha Thora.
o deset let později Berzelius oznámil, že udělal chybu. Látka, kterou našel, nebyla novým prvkem, ale sloučeninou yttrium fosfátu (YPO4).
krátce poté Berzelius znovu oznámil, že našel nový prvek. Tentokrát měl pravdu., Rozhodl se zachovat thorium jako název tohoto prvku.
v době, kdy Berzelius učinil svůj objev, nebyl pojem radioaktivity znám. Radioaktivita se týká procesu, kterým se prvek spontánně rozkládá a vydává záření. V tomto procesu se prvek často mění na nový prvek. Jedním z prvních vědců, kteří studovali radioaktivitu, byla Curie. Ona a Schmidt oznámili téměř ve stejnou dobu v roce 1898, že Berzelius “ thorium bylo radioaktivní.
fyzikální vlastnosti
Thorium je stříbřitě bílá, měkká, kovová, poněkud podobná olovu ., Může být tloukl, válcovaný, ohnutý, řezaný, tvarovaný a svařovaný poměrně snadno. Jeho obecné fyzikální vlastnosti jsou poněkud podobné vlastnostem olova. To má bod tání asi 1800°C (Asi 3300°F) a bod varu asi 4500°C (8,100°F). Hustota thoria je asi 11,7 gramů na krychlový centimetr.
chemické vlastnosti
Thorium je rozpustný v kyselinách a pomalu reaguje s kyslíkem při pokojové teplotě. Při vyšších teplotách reaguje rychleji s kyslíkem a vytváří oxid thoria (ThO2).,
výskyt v přírodě
Thorium je relativně hojný prvek v zemské kůře. Vědci odhadují, že kůra obsahuje asi 15 dílů na milion prvku. Tato skutečnost je důležitá z obchodního hlediska. To znamená, že thorium je mnohem hojnější než další důležitý radioaktivní prvek, Uran . Uran se používá v jaderných reaktorech k výrobě elektřiny a při výrobě jaderných zbraní (atomové bomby). Vědci se domnívají, že thorium může nahradit uran pro tyto účely., S větším množstvím thoria než uranu by bylo levnější vyrábět elektřinu thoriem než uran.
nejčastějšími rudami thoria jsou thorit a monazit. Monazit je relativně běžná forma plážového písku. Nachází se mimo jiné na plážích Floridy. Tento písek může obsahovat až 10 procent thoria.
Thorium místo uranu?
u ranium je jedním z nejdůležitějších prvků na světě dnes. Proč? Jeden z jeho izotopů prochází jaderným štěpením. K jadernému štěpení dochází, když se neutrony srazí s jádrem atomu uranu., Když k tomu dojde, jádro uranu se rozdělí. Uvolňuje se obrovské množství energie. Tato energie může být použita k hromadnému ničení ve formě atomových bomb nebo použita k mírové výrobě energie v jaderných elektrárnách.
existují však dva problémy s použitím uranu pro jaderné štěpení. Za prvé, ze tří izotopů uranu (uran-234, uran-235, a uran-238), pouze jeden—uran-235—podléhá štěpení. Druhým problémem je, že tento izotop uranu je poměrně vzácný. Z každých 1000 atomů uranu je pouze sedm uranu-235., Tuny uranové rudy musí být zpracovány a obohaceny, aby se malé množství tohoto kritického izotopu. Je to obtížné a extrémně drahé.
vědci vědí, že další izotop uranu, Uran-233, bude také podroben štěpení. Problém je v tom, že Uran-233 se v přírodě nevyskytuje. Jak tedy může být použita k výrobě atomových zbraní nebo jaderné energie?
trik je začít izotopem thoria, thoria-232. Thorium – 232 má velmi dlouhý poločas 14 miliard let., Pokud je thorium – 232 bombardováno neutrony, prochází řadou jaderných změn, nejprve na thorium-233, pak na protaktinium-233 a nakonec na uran-233. Celý proces trvá jen asi měsíc. Na konci měsíce byla vyrobena dodávka uranu-233. Tento izotop uranu má poměrně dlouhý poločas, asi 163 000 let. Takže jakmile to bylo provedeno, zůstane po dlouhou dobu. Pak může být použit pro jaderné štěpení.
vědci by chtěli najít způsob, jak tento proces využít k tomu, aby Uran-233 ekonomicky. Thorium je mnohem hojnější než uran., Bylo by mnohem levnější vyrábět jaderné bomby a jaderné elektrárny s thoriem než s uranem.
bohužel nikdo nepřišel na to, jak tento proces pracovat ve velkém měřítku. Jeden jaderný reaktor využívající thorium byl postaven poblíž Platteville v Coloradu v roce 1979. Vyvinula se však řada ekonomických a technických problémů. Po pouhých deseti letech provozu byla elektrárna odstavena. Příslib štěpných rostlin thoria se ještě nestal skutečností.,
existuje určitá naděje, že thorium může být někdy použito v jaderných elektrárnách, kde se jaderné reakce používají k výrobě elektřiny.
izotopy
je známo více než dvě desítky izotopů thoria. Všechny jsou radioaktivní. Izotop s nejdelším poločasem je thorium-232. Jeho poločas je asi 14 miliard let. Izotopy jsou dvě nebo více forem prvku. Izotopy se od sebe liší podle jejich hmotnostního počtu. Číslo zapsané do názvu prvku je hmotnostní číslo., Hmotnostní číslo představuje počet protonů plus neutronů v jádru atomu prvku. Počet protonů určuje prvek, ale počet neutronů v atomu kteréhokoli prvku se může lišit. Každá varianta je izotop.
poločas rozpadu radioaktivního prvku je čas potřebný k rozpadu poloviny vzorku prvku. Po jednom poločasu (14 miliard let) by zůstalo pouze 5 gramů desetigramového vzorku thoria-232. Zbývajících 5 gramů by se rozpadlo, aby se vytvořil nový izotop.,
extrakce
thorium v monazitu, thoritu nebo jiných minerálech se nejprve převede na oxid thornatý (ThO2). Tento oxid thoričitý je pak vyhřívaný s vápníkem získat zdarma element:
Použití a sloučeniny
Thorium a jeho sloučeniny mají relativně málo používá. Nejdůležitější thoriovou sloučeninou komerčně je oxid thoria. Tato sloučenina má nejvyšší teplotu tání jakéhokoli oxidu, asi 3 300°C (6 000°F). Používá se ve vysokoteplotní keramice. Keramika je materiál vyrobený ze zemitých materiálů, jako je písek nebo hlína., Cihly, dlaždice, cement a porcelán jsou příklady keramiky. Oxid thornatý se také používá při výrobě speciálního skla a jako katalyzátoru. Katalyzátor je látka používaná k urychlení nebo zpomalení chemické reakce, aniž by prošla samotnou změnou.
jedno zařízení, ve kterém většina lidí pravděpodobně viděla oxid thoria, je v přenosných plynových lampách. Tyto lucerny obsahují gauzy materiál nazvaný plášť. Plyn procházející pláštěm se zapálí, aby se vytvořil velmi horký, jasně bílý plamen. Ten plamen poskytuje světlo v Lucerně., Plášť ve většině luceren byl kdysi vyroben z oxidu thoria, protože může být velmi horký bez tavení.
oxid thoria v plynovém plášti je radioaktivní. Ale pro lidi to není žádné nebezpečí, protože použité množství je tak malé. Přesto se plynové pláště ve Spojených státech již nevyrábějí s thoriem. Byly nalezeny bezpečnější náhražky.
Další thoriová sloučenina, thorium fluorid (ThF4), se používá v uhlíkových obloukových lampách pro filmové projektory a světlomety. Uhlíková oblouková lampa obsahuje kus uhlíku (uhlí), ke kterému byly přidány další látky (například ThF4)., Když uhlík prochází elektrickým proudem, vydává jasné bílé světlo. Přítomnost fluoridu thoria činí toto světlo ještě jasnější.
účinky na zdraví
stejně jako u všech radioaktivních materiálů je thorium nebezpečné pro zdraví lidí a jiných zvířat. Musí se s ním zacházetvelká opatrnost. Živé buňky, které absorbují záření, jsou poškozeny nebo zabity. Vdechování radioaktivního prvku je obzvláště nebezpečné, protože odhaluje křehké vnitřní tkáně.