Thorium (révisé)
Note: Cet article, initialement publié en 1998, a été mis à jour en 2006 pour l’édition eBook.
aperçu
le Thorium est un membre de la famille des actinides. Les éléments actinides sont situés dans la rangée 7 du tableau périodique. Ils ont des numéros atomiques compris entre 90 et 103. Le tableau périodique est un tableau qui montre comment les éléments chimiques sont liés les uns aux autres. La série des actinides porte le nom de l’élément 89, l’actinium, qui est parfois inclus dans la famille des actinides.,
Le Thorium a été découvert en 1828 par le chimiste suédois Jons Jakob Berzelius (1779-1848). À L’époque, Berzelius ne se rendait pas compte que le thorium était radioactif. Cela a été découvert 70 ans plus tard, en 1898, par la physicienne franco-polonaise Marie Curie (1867-1934) et le chimiste anglais Gerhard C. Schmidt (1864-1949).
le Thorium est un élément relativement commun avec peu d’applications commerciales. Il y a un certain espoir qu’il puisse un jour être utilisé dans les centrales nucléaires, dans lesquelles les réactions nucléaires sont utilisées pour produire de l’électricité.
SYMBOLE
Ème
NUMÉRO ATOMIQUE
90
MASSE ATOMIQUE
232.,0381
famille
Actinide
prononciation
THOR-ee-um
découverte et dénomination
en 1815, Berzelius étudiait un nouveau minéral trouvé dans le district de Falun en Suède. De son analyse, il a conclu queil avait trouvé un nouvel élément. Il a nommé l’élément thorium, en l’honneur du dieu Scandinave Thor.
Dix ans plus tard, Berzelius a annoncé qu’il avait fait une erreur. La substance qu’il avait trouvée n’était pas un nouvel élément, mais le composé phosphate d’yttrium (YPO4).
peu de temps après, Berzelius a de nouveau signalé qu’il avait trouvé un nouvel élément. Cette fois, il était correct., Il a choisi de conserver le thorium comme nom pour cet élément.
Au moment où Berzelius a fait sa découverte, le concept de radioactivité était inconnu. La radioactivité fait référence au processus par lequel un élément se décompose spontanément et dégage un rayonnement. Dans ce processus, l’élément se transforme souvent en un nouvel élément. L’un des premiers scientifiques à étudier la radioactivité était Curie. Elle et Schmidt ont annoncé presque au même moment en 1898 que Berzelius » le thorium était radioactif.
Propriétés physiques
le Thorium est un métal blanc argenté, mou, un peu semblable au plomb ., Il peut être martelé, roulé, plié, coupé, façonné, et soudé plutôt facilement. Ses propriétés physiques générales sont quelque peu similaires à celles du plomb. Il a un point de fusion d’environ 1 800°C (3 300°F) et un point d’ébullition d’environ 4 500°C (8 100°F). La densité du thorium est d’environ 11,7 grammes par centimètre cube.
propriétés chimiques
le Thorium est soluble dans les acides et réagit lentement avec l’oxygène à température ambiante. À des températures plus élevées, il réagit plus rapidement avec l’oxygène, formant du dioxyde de thorium (ThO2).,
Occurrence dans la nature
le Thorium est un élément relativement abondant dans la croûte terrestre. Les scientifiques estiment que la croûte contient environ 15 parties par million de l’élément. Ce fait est important d’un point de vue commercial. Cela signifie que le thorium est beaucoup plus abondant qu’un autre élément radioactif important, l’uranium . L’Uranium est utilisé dans les réacteurs nucléaires pour produire de l’électricité et fabriquer des armes nucléaires (bombes atomiques). Les scientifiques pensent que le thorium peut remplacer l’uranium à ces fins., Avec plus de thorium que d’uranium disponible, il serait moins cher de fabriquer de l’électricité avec du thorium que de l’uranium.
Les minerais de thorium les plus courants sont la thorite et la monazite. La Monazite est une forme relativement commune de sable de plage. On peut le trouver, entre autres, sur les plages de Floride. Ce sable peut contenir jusqu’à 10% de thorium.
le Thorium à la place de l’uranium?
U ranium est l’un des éléments les plus importants dans le monde d’aujourd’hui. Pourquoi? Un de ses isotopes subit une fission nucléaire. La fission nucléaire se produit lorsque des neutrons entrent en collision avec le noyau d’un atome d’uranium., Lorsque cela se produit, le noyau d’uranium se sépare. D’énormes quantités d’énergie sont libérées. Cette énergie peut être utilisée pour la destruction massive sous la forme de bombes atomiques, ou utilisée pour la production d’énergie Pacifique dans les centrales nucléaires.
mais l’utilisation de l’uranium pour la fission nucléaire pose deux problèmes. Tout d »abord, des trois isotopes de l » uranium (uranium-234, uranium-235, et uranium-238), un seul—uranium-235—subit la fission. Le deuxième problème est que cet isotope de l’uranium est assez rare. Sur 1 000 atomes d’uranium, seuls sept sont de l’uranium 235., Des tonnes de minerai d’uranium doivent être traitées et enrichies pour produire de minuscules quantités de cet isotope critique. C’est difficile et extrêmement coûteux.
Les scientifiques savent qu’un autre isotope de l’uranium, l’uranium 233, subira également une fission. Le problème est que l’uranium 233 ne se produit pas dans la nature. Alors, comment peut-il être utilisé pour fabriquer l’arme atomique ou nucléaire?
l’astuce consiste à commencer par un isotope du thorium, le thorium-232. Le Thorium 232 est une très longue demi-vie de 14 milliards d’années., Si le thorium-232 est bombardé de neutrons, il subit une série de changements nucléaires, d’abord au thorium-233, puis au protactinium-233 et enfin à l’uranium-233. L’ensemble du processus ne prend environ un mois. À la fin du mois, une réserve d’uranium 233 a été produite. Cet isotope de l’uranium a une demi-vie assez longue, environ 163 000 ans. Donc, une fois qu’il a été fait, il reste longtemps. Il peut ensuite être utilisé pour la fission nucléaire.
Les scientifiques aimeraient trouver un moyen d’utiliser ce procédé pour fabriquer économiquement de l’uranium 233. Le Thorium est beaucoup plus abondant que l’uranium., Il serait beaucoup moins cher de fabriquer des bombes nucléaires et des centrales nucléaires avec du thorium qu’avec de l’uranium.
malheureusement, personne n’a compris comment faire fonctionner le processus à grande échelle. Un réacteur nucléaire utilisant du thorium a été construit près de Platteville, au Colorado, en 1979. Cependant, un certain nombre de problèmes économiques et techniques développés. Après seulement dix ans d’exploitation, l’usine a été arrêtée. La promesse des plantes à fission de thorium n’est pas encore devenue réalité.,
Il y a un certain espoir que le thorium puisse un jour être utilisé dans les centrales nucléaires, où les réactions nucléaires sont utilisées pour produire de l’électricité.
Isotopes
Plus de deux douzaines des isotopes du thorium sont connus. Tous sont radioactifs. L’isotope avec la plus longue demi-vie est le thorium-232. Sa demi-vie est d’environ 14 milliards d’années. Les Isotopes sont deux ou plusieurs formes d’un élément. Les Isotopes diffèrent les uns des autres en fonction de leur nombre de masse. Le nombre écrit à la hauteur du nom de l »élément est le nombre de masse., Le nombre de masse représente le nombre de protons et de neutrons dans le noyau d’un atome de l’élément. Le nombre de protons détermine l’élément, mais le nombre de neutrons de l’atome d’un élément peut varier. Chaque variation est un isotope.
La demi-vie d’un élément radioactif est le temps nécessaire pour que la moitié d’un échantillon de l’élément de briser. Après une demi-vie (14 milliards d’années), il ne resterait que 5 grammes d’un échantillon de dix grammes de thorium-232. Les 5 grammes restants se seraient décomposés pour former un nouvel isotope.,
Extraction
le thorium de la monazite, de la thorite ou d’autres minéraux est d’abord converti en dioxyde de thorium (ThO2). Ce dioxyde de thorium est ensuite chauffé avec du calcium pour obtenir l’élément libre:
Utilisations et composés
le Thorium et ses composés ont relativement peu d’utilisations. Le composé de thorium le plus important dans le commerce est le dioxyde de thorium. Ce composé a le point de fusion le plus élevé de tous les oxydes, environ 3 300°C (6 000°F). Il est utilisé dans les céramiques à haute température. Une céramique est un matériau fabriqué à partir de matériaux terreux, tels que le sable ou l’argile., Les briques, les carreaux, le ciment et la porcelaine sont des exemples de céramiques. Le dioxyde de Thorium est également utilisé dans la fabrication de verre de spécialité et comme catalyseur. Un catalyseur est une substance utilisée pour accélérer ou de ralentir une réaction chimique sans subir aucun changement lui-même.
le seul appareil dans lequel la plupart des gens sont susceptibles d’avoir vu du dioxyde de thorium est dans des lanternes à gaz portables. Ces lanternes contiennent un matériau vaporeux appelé manteau. Le gaz traversant le manteau est enflammé pour produire une flamme blanche très chaude et brillante. Cette flamme fournit la lumière dans la lanterne., Le manteau de la plupart des lanternes était autrefois fait de dioxyde de thorium car il peut devenir très chaud sans fondre.
Le dioxyde de thorium dans un manteau de gaz est radioactif. Mais cela ne présente aucun danger pour les gens car la quantité utilisée est si faible. Pourtant, les manteaux de gaz aux États-Unis ne sont plus fabriqués avec du thorium. Des substituts plus sûrs ont été trouvés.
un autre composé de thorium, le fluorure de thorium (ThF4), est utilisé dans les lampes à arc en carbone pour les projecteurs de cinéma et les projecteurs. Une lampe à arc en carbone contient un morceau de carbone (charbon de bois) auquel d’autres substances (telles que le ThF4) ont été ajoutées., Lorsqu’un courant électrique traverse le carbone, il émet une lumière blanche brillante. La présence de fluorure de thorium rend cette lumière encore plus lumineuse.
effets sur la santé
comme pour toutes les matières radioactives, le thorium est dangereux pour la santé des humains et des autres animaux. Il doit être manipulé avecune grande prudence. Les cellules vivantes qui absorbent les radiations sont endommagées ou tuées. L’inhalation d’un élément radioactif est particulièrement dangereuse car elle expose des tissus internes fragiles.