torium (tarkistettu)
huomautus: Tämä alun perin vuonna 1998 julkaistu artikkeli päivitettiin vuonna 2006 eBook-painokseen.
Overview
Torium kuuluu aktinidien sukuun. Aktinidielementit sijaitsevat jaksollisen järjestelmän rivillä 7. Niiden atomiluku on 90-103. Jaksollinen järjestelmä on kaavio, joka osoittaa, miten kemialliset alkuaineet liittyvät toisiinsa. Myös aktinidien sarja on nimetty elementti 89, actinium, joka on joskus mukana aktinidien perhe.,
toriumin löysi vuonna 1828 ruotsalainen kemisti Jons Jakob Berzelius (1779-1848). Berzelius ei tuolloin tajunnut toriumin olevan radioaktiivista. Sen löysivät 70 vuotta myöhemmin, vuonna 1898, puolalais-ranskalainen fyysikko Marie Curie (1867-1934) ja englantilainen kemisti Gerhard C. Schmidt (1864-1949).
Torium on suhteellisen yleinen alkuaine, jolla on vain vähän kaupallisia sovelluksia. On jonkin verran toivoa, että sitä voidaan jonain päivänä käyttää ydinvoimaloissa, joissa ydinreaktioita käytetään sähkön tuottamiseen.
symboli
Th
järjestysluku
90
atomimassa
232.,0381
– PERHE –
Aktinidien
ÄÄNTÄMINEN
THOR-ee-öö
Löytö ja nimeäminen
Vuonna 1815, Berzelius oli opiskella uusi mineraali löytyy Falun alueella Ruotsissa. Analyysinsä perusteella hän päätteli, että thathe oli löytänyt uuden elementin. Hän nimesi alkuaineen toriumiksi skandinaavisen Thor-Jumalan kunniaksi.
kymmenen vuotta myöhemmin Berzelius ilmoitti tehneensä virheen. Hänen löytämänsä aine ei ollut uusi alkuaine, vaan yhdiste yttriumfosfaatti (YPO4).
pian sen jälkeen Berzelius kertoi jälleen löytäneensä uuden alkuaineen. Tällä kertaa hän oli oikeassa., Hän päätti säilyttää toriumin tämän alkuaineen nimenä.
Berzeliuksen löytöhetkellä radioaktiivisuuden käsitettä ei tunneta. Radioaktiivisuudella tarkoitetaan prosessia, jolla alkuaine hajoaa spontaanisti ja luovuttaa säteilyä pois. Siinä prosessissa elementti muuttuu usein uudeksi elementiksi. Yksi ensimmäisistä radioaktiivisuutta tutkineista tiedemiehistä oli Curie. Hän ja Schmidt ilmoittivat lähes samaan aikaan vuonna 1898, että Berzelius” torium oli radioaktiivista.
fysikaaliset ominaisuudet
Torium on hopeanhohtoinen valkoinen, pehmeä, metalli, joka muistuttaa jonkin verran lyijyä ., Se voidaan kädenvääntöä, rullattu, taivutettu, leikattu, muotoinen, ja hitsattu melko helposti. Sen yleiset fyysiset ominaisuudet ovat jonkin verran samanlaisia kuin lyijyn. Se on sulamispiste on noin 1 800°C (3,300°F) ja kiehumispiste on noin 4500°C (8,100°F). Toriumin tiheys on noin 11,7 grammaa kuutiosenttimetrissä.
Kemialliset ominaisuudet
Torium liukenee happojen ja reagoi hitaasti hapen kanssa huoneenlämmössä. Korkeammissa lämpötiloissa se reagoi hapen kanssa nopeammin muodostaen toriumdioksidia (ThO2).,
Esiintyminen luonnossa
Torium on suhteellisen runsaasti osa Maan päällä”s kuori. Tutkijat arvioivat, että kuori sisältää noin 15 miljoonasosaa elementin. Tämä seikka on tärkeä kaupalliselta kannalta. Se tarkoittaa, että toriumia on paljon enemmän kuin toista tärkeää radioaktiivista alkuainetta, uraania . Uraania käytetään ydinreaktoreissa sähkön tuottamiseen ja ydinaseiden valmistamiseen (atomipommit). Tutkijat uskovat, että torium voi korvata uraanin näihin tarkoituksiin., Kun toriumia olisi enemmän kuin uraania saatavilla, olisi halvempaa tuottaa sähköä toriumilla kuin uraanilla.
toriumin yleisimmät malmit ovat toriitti ja monatsiitti. Monasiitti on suhteellisen yleinen rantahiekan muoto. Sitä tavataan muun muassa Floridan rannoilla. Tämä hiekka voi sisältää jopa 10 prosenttia toriumia.
torium uraanin sijasta?
U ranium on yksi tärkeimmistä maailmassa. Miksi? Yksi sen isotoopeista läpäisee ydinfission. Ydinfissio tapahtuu, kun neutronit törmäävät uraaniatomin ytimeen., Kun se tapahtuu, uraanin ydin hajoaa. Energiaa vapautuu valtavasti. Tätä energiaa voidaan käyttää joukkotuhoon atomipommien muodossa tai rauhanomaiseen energiantuotantoon ydinvoimaloissa.
mutta uraanin käytössä ydinfissiossa on kaksi ongelmaa. Ensimmäinen, uraanin”s kolme isotooppeja (uraani-234, uraani-235 ja uraani-238), vain yksi—uraani-235—käy läpi fissio. Toinen ongelma on se, että tämä uraanin isotooppi on melko harvinainen. Kaikista 1 000 uraaniatomista vain seitsemän on uraani-235: tä., Tonnia uraanimalmia on käsiteltävä ja rikastettava, jotta saadaan pieniä määriä tätä kriittistä isotooppia. Se on vaikeaa ja erittäin kallista.
tutkijat tietävät, että myös uraanin toinen isotooppi, uraani-233, joutuu fissioon. Ongelmana on, että uraani-233 ei esiinny luonnossa. Miten sitä voidaan siis käyttää ydinaseiden tai ydinvoiman valmistamiseen?
temppu on aloittaa toriumin isotoopilla, torium-232: lla. Torium – 232: n puoliintumisaika on 14 miljardia vuotta., Jos torium-232 on pommitetaan neutroneilla, se menee läpi useita ydinvoiman muutoksia, ensimmäinen torium-233, sitten protaktinium-233, ja lopulta uraani-233. Koko prosessi kestää vain noin kuukauden. Kuun lopussa on tuotettu uraani-233: A. Tämän uraanin isotoopin puoliintumisaika on melko pitkä, noin 163 000 vuotta. Joten kun se on tehty, se pysyy täällä pitkään. Sen jälkeen sitä voidaan käyttää ydinfissioon.
tutkijat haluaisivat löytää keinon käyttää tätä prosessia uraani-233: n tekemiseen taloudellisesti. Toriumia on paljon enemmän kuin uraania., Olisi paljon halvempaa tehdä ydinpommeja ja ydinvoimaloita toriumilla kuin uraanilla.
valitettavasti kukaan ei ole keksinyt, miten prosessi saadaan toimimaan laajassa mittakaavassa. Yksi toriumia käyttävä ydinreaktori rakennettiin Coloradon Plattevillen lähelle vuonna 1979. Kuitenkin, useita taloudellisia ja teknisiä ongelmia kehittää. Vain kymmenen vuoden toiminnan jälkeen tehdas suljettiin. Lupaus toriumfissiokasveista ei ole vielä toteutunut.,
on jonkin verran toivoa, että toriumia voidaan jonain päivänä käyttää ydinvoimaloissa, joissa ydinreaktioita käytetään sähkön tuottamiseen.
isotoopit
toriumin isotooppeja tunnetaan toistakymmentä. Kaikki ovat radioaktiivisia. Pisimmän puoliintumisajan omaava isotooppi on torium-232. Sen puoliintumisaika on noin 14 miljardia vuotta. Isotoopit ovat alkuaineen kahta tai useampaa muotoa. Isotoopit eroavat toisistaan massalukunsa mukaan. Alkuaineen ” s nimi kirjoitettuun numeroon on kirjoitettu massaluku., Massaluku edustaa alkuaineen atomin ytimessä olevien protonien ja neutronien määrää. Alkuaineen määrää protonien määrä, mutta jonkin alkuaineen atomissa olevien neutronien määrä voi vaihdella. Jokainen muunnelma on isotooppi.
radioaktiivisen alkuaineen puoliintumisaika on aika, joka kuluu siihen, että puolet alkuaineen näytteestä hajoaa. Puoliintumisajan (14 miljardia vuotta) jälkeen torium-232: sta olisi jäljellä enää 5 grammaa kymmenen gramman näytettä. Loput 5 grammaa olisi hajonnut muodostaen uuden isotoopin.,
Louhinta
torium monatsiitti, thorite, tai muita mineraaleja on ensin muuntaa torium hiilidioksidi (ThO2). Tämä torium hiilidioksidi on sitten lämmitetty kalsiumia saada ilmainen elementti:
Käyttää ja yhdisteitä
Torium ja sen yhdisteet ovat suhteellisen harva käyttää. Kaupallisesti tärkein toriumyhdiste on toriumdioksidi. Yhdisteen korkein sulamispiste on mikä tahansa oksidi, noin 3 300°C (6 000°F). Sitä käytetään korkean lämpötilan keramiikassa. Keraaminen on maanläheisistä materiaaleista, kuten hiekasta tai savesta valmistettu materiaali., Tiilet, Laatat, sementti ja posliini ovat esimerkkejä keramiikasta. Toriumdioksidia käytetään myös erikoislasin valmistuksessa ja katalyyttinä. Katalyytti on aine, jota käytetään nopeuttamaan tai hidastamaan kemiallista reaktiota ilman, että itse tapahtuu muutoksia.
yksi laite, jossa suurin osa ihmisistä on todennäköisesti nähnyt toriumdioksidia, on kannettavissa kaasulyhtyissä. Lyhdyt sisältävät harsomaista materiaalia, jota kutsutaan mantteliksi. Vaipan läpi kulkeva kaasu sytytetään tuottamaan erittäin kuumaa, kirkkaan valkoista liekkiä. Liekki antaa valon lyhtyyn., Useimpien lyhtyjen vaippa oli aikoinaan tehty toriumdioksidista, koska se voi syttyä hyvin kuumaksi sulamatta.
kaasun vaipan toriumdioksidi on radioaktiivista. Siitä ei kuitenkaan ole vaaraa ihmisille, koska käytetty määrä on niin pieni. Silti Yhdysvalloissa kaasusukelluksia ei enää tehdä toriumilla. Turvallisempia korvikkeita on löytynyt.
Toinen torium yhdiste, torium fluoridi (ThF4), käytetään hiilen arc valaisimet elokuva projektorit ja hakuvalot. Carbon arc lamppu sisältää palan hiili (hiili), johon muita aineita (kuten ThF4) on lisätty., Kun sähkövirta kulkee hiilen läpi, se antaa kirkkaan valkoisen valon. Toriumfluoridin läsnäolo tekee tästä valosta vielä kirkkaamman.
terveysvaikutukset
Kuten kaikki radioaktiivisia aineita, torium on vaarallista terveydelle ihmisten ja muita eläimiä. Sitä on käsiteltävä varoen. Säteilyä imevät elävät solut vaurioituvat tai kuolevat. Radioaktiivisen alkuaineen hengittäminen on erityisen vaarallista, koska se altistaa hauraille sisäisille kudoksille.