Thorium (revideret)
Bemærk: Denne artikel, der oprindeligt blev offentliggjort i 1998, blev opdateret i 2006 for e-bog-udgaven.
oversigt
Thorium er medlem af actinidfamilien. Actinidelementerne er placeret i række 7 i det periodiske bord. De har atomnummer mellem 90 og 103. Den periodiske tabel er et diagram, der viser, hvordan kemiske elementer er relateret til hinanden. Actinid-serien er opkaldt efter element 89, actinium, som undertiden indgår i actinid-familien.,
Thorium blev opdaget i 1828 af den svenske kemiker Jons Jakob Berzelius (1779-1848). På det tidspunkt var ber .elius ikke klar over, at thorium var radioaktivt. Det blev opdaget 70 år senere, i 1898, af den polsk-franske fysiker Marie Curie (1867-1934) og den engelske kemiker Gerhard C. Schmidt (1864-1949).
Thorium er et relativt almindeligt element med få kommercielle anvendelser. Der er noget håb om, at det en dag kan bruges i atomkraftværker, hvor nukleare reaktioner bruges til at generere elektricitet.
SYMBOL
Th
ATOMNUMMER
90
atommasse
232.,0381
FAMILIE
Actinid
UDTALE
THOR-ee-um
Discovery og navngivning
I 1815, Berzelius var at studere et nyt mineral, der findes i Falun-distriktet i Sverige. Fra sin analyse konkluderede han dethan havde fundet et nyt element. Han kaldte elementet thorium til ære for den skandinaviske gud Thor.ti år senere meddelte ber .elius, at han havde lavet en fejl. Stoffet, han havde fundet, var ikke et nyt element, men forbindelsen yttriumphosphat (YPO4).kort tid derefter rapporterede ber .elius igen, at han havde fundet et nyt element. Denne gang havde han ret., Han valgte at beholde thorium som navn for dette element.
på det tidspunkt ber .elius gjorde sin opdagelse, var begrebet radioaktivitet ukendt. Radioaktivitet refererer til den proces, hvorved et element spontant bryder ned og afgiver stråling. I den proces ændres elementet ofte til et nyt element. En af de første forskere til at studere radioaktivitet var Curie. Hun og Schmidt meddelte på næsten samme tid i 1898, at ber .elius ” thorium var radioaktivt.
fysiske egenskaber
Thorium er en sølvfarvet hvid, blød, metal, noget der ligner bly ., Det kan hamres, rulles, bøjes, skæres, formes og svejses ret let. Dens generelle fysiske egenskaber ligner noget af bly. Det har et smeltepunkt på ca 1.800 C C (3.300.F) og et kogepunkt på ca 4.500. C (8.100. f). Tætheden af thorium er omkring 11,7 gram pr.
kemiske egenskaber
Thorium er opløseligt i syrer og reagerer langsomt med o .ygen ved stuetemperatur. Ved højere temperaturer reagerer det med ilt hurtigere og danner thoriumdio .id (ThO2).,
forekomst i naturen
Thorium er et relativt rigeligt element i Jordens skorpe. Forskere vurderer, at skorpen indeholder omkring 15 dele pr. Denne kendsgerning er vigtig ud fra et kommercielt synspunkt. Det betyder, at thorium er meget mere rigeligt end et andet vigtigt radioaktivt element, uran . Uran bruges i atomreaktorer til at generere elektricitet og til fremstilling af atomvåben (atombomber). Forskere mener, at thorium kan erstatte uran til disse formål., Med mere thorium end uran til rådighed, ville det være billigere at lave elektricitet med thorium end uran.
de mest almindelige malme af thorium er thorit og Mona .it. Mona .it er en relativt almindelig form for strandsand. Det kan findes blandt andet på strandene i Florida. Dette sand kan indeholde op til 10 procent thorium.
Thorium i stedet for uran?
U ranium er et af de vigtigste elementer i verden i dag. Hvorfor? En af dens isotoper gennemgår nuklear fission. Nuklear fission opstår, når neutroner kolliderer med kernen i et uranatom., Når det sker, splitter urankernen fra hinanden. Enorme mængder energi frigives. Denne energi kan bruges til masseødelæggelse i form af atombomber eller bruges til fredelig energiproduktion i atomkraftværker.
men der er to problemer med at bruge uran til nuklear fission. For det første, af uran”s tre isotoper (uran-234, uran-235 og uran-238), kun en uran-235—gennemgår fission. Det andet problem er, at denne uranisotop er ret sjælden. Ud af hver 1.000 atomer uran er kun syv uran-235., Tonsvis af uranmalm skal forarbejdes og beriges for at fremstille små mængder af denne kritiske isotop. Det er vanskeligt og ekstremt dyrt.
forskere ved, at en anden isotop af uran, uran-233, også vil gennemgå fission. Problemet er, at uran-233 ikke forekommer i naturen. Så hvordan kan det bruges til at lave atomvåben eller atomkraft?
tricket er at starte med en isotop af thorium, thorium-232. Thorium-232 har en meget lang halveringstid på 14 milliarder år., Hvis thorium-232 bombarderes med neutroner, går det gennem en række nukleare ændringer, først til thorium-233, derefter til protactinium-233 og endelig til uran-233. Hele processen tager kun omkring en måned. I slutningen af måneden er der produceret en forsyning med uran-233. Denne uranisotop har en ret lang halveringstid, omkring 163.000 år. Så når det først er lavet, forbliver det i lang tid. Det kan derefter bruges til nuklear fission.
forskere vil gerne finde en måde at bruge denne proces til at gøre uran-233 økonomisk. Thorium er meget mere rigeligt end uran., Det ville være langt billigere at lave atombomber og atomkraftværker med thorium end med uran.
desværre har ingen regnet ud, hvordan man får processen til at fungere i stor skala. En atomreaktor ved hjælp af thorium blev bygget nær Platteville, Colorado, i 1979. Imidlertid udviklede en række økonomiske og tekniske problemer. Efter kun ti års drift blev anlægget lukket ned. Løftet om thorium fission planter er endnu ikke blevet virkelighed.,
Der er noget håb om, at thorium en dag kan bruges i atomkraftværker, hvor nukleare reaktioner bruges til at generere elektricitet.
isotoper
mere end to dusin isotoper af thorium er kendt. Alle er radioaktive. Isotopen med den længste halveringstid er thorium-232. Dens halveringstid er omkring 14 milliarder år. Isotoper er to eller flere former for et element. Isotoper adskiller sig fra hinanden i henhold til deres massetal. Nummeret skrevet til højre for elementet ” s navn er massenummeret., Massenummeret repræsenterer antallet af protoner plus neutroner i kernen i et atom af elementet. Antallet af protoner bestemmer elementet, men antallet af neutroner i atomet af et hvilket som helst element kan variere. Hver variation er en isotop.
halveringstiden for et radioaktivt element er den tid det tager for halvdelen af en prøve af elementet at bryde ned. Efter en halveringstid (14 milliarder år) ville kun 5 gram af en ti gram prøve af thorium-232 være tilbage. De resterende 5 gram ville have brudt ned for at danne en ny isotop.,
ekstraktion
thorium i Mona .it, thorit eller andre mineraler omdannes først til thoriumdio .id (ThO2). Dette thoriumdio .id opvarmes derefter med calcium for at få det frie element:
anvendelser og forbindelser
Thorium og dets forbindelser har relativt få anvendelser. Den vigtigste thoriumforbindelse kommercielt er thoriumdio .id. Denne forbindelse har det højeste smeltepunkt af enhver o .id, omkring 3.300 (C (6.000.f). Den bruges i høj temperatur keramik. En keramik er et materiale fremstillet af jordiske materialer, såsom sand eller ler., Mursten, fliser, cement og porcelæn er eksempler på keramik. Thoriumdio .id anvendes også til fremstilling af specialglas og som katalysator. En katalysator er et stof, der bruges til at fremskynde eller bremse en kemisk reaktion uden at undergå nogen ændring i sig selv.
den ene enhed, hvor de fleste mennesker sandsynligvis har set thorium Dio .id, er i bærbare gas lanterner. Disse lanterner indeholder et Gau .y materiale kaldet en kappe. Gas, der passerer gennem kappen, antændes for at producere en meget varm, lys hvid flamme. Den flamme giver lyset i lygten., Mantlen i de fleste lanterner var engang lavet af thoriumdio .id, fordi det kan blive meget varmt uden at smelte.
thoriumdio .idet i en gasmantel er radioaktivt. Men det er ingen fare for mennesker, fordi den anvendte mængde er så lille. Alligevel fremstilles gasmantler i USA ikke længere med thorium. Der er fundet sikrere erstatninger.
en anden thorium forbindelse, thorium fluorid (ThF4), anvendes i carbon bue lamper til film projektorer og projektører. En carbon buelampe indeholder et stykke kulstof (trækul), hvortil andre stoffer (såsom ThF4) er tilsat., Når en elektrisk strøm ledes gennem kulet, afgiver den et lyst hvidt lys. Tilstedeværelsen af thoriumfluorid gør dette lys endnu lysere.
sundhedseffekter
som med alle radioaktive materialer er thorium farligt for menneskers og andre dyrs sundhed. Det skal håndteres medstor forsigtighed. Levende celler, der absorberer stråling, er beskadiget eller dræbt. Indånding af et radioaktivt element er særlig farligt, fordi det udsætter skrøbelige indre væv.