tórium (felülvizsgált)
Megjegyzés: Ez a cikk, eredetileg 1998-ban jelent meg, 2006-ban frissítették az eBook kiadáshoz.
áttekintés
a tórium az aktinid család tagja. Az aktinid elemek a periódusos rendszer 7. sorában találhatók. Atomszámuk 90 és 103 között van. A periódusos rendszer egy diagram, amely megmutatja, hogy a kémiai elemek hogyan kapcsolódnak egymáshoz. Az aktinid sorozat a 89. elem, az actinium elnevezése, amely néha az aktinid családba tartozik.,
A tóriumot 1828-ban fedezte fel Jons Jakob Berzelius (1779-1848) svéd kémikus. Abban az időben Berzelius nem vette észre, hogy a tórium radioaktív. Ezt 70 évvel később, 1898-ban fedezte fel Marie Curie (1867-1934) lengyel-francia fizikus és Gerhard C. Schmidt (1864-1949) angol kémikus.
a tórium viszonylag gyakori elem, kevés kereskedelmi alkalmazással. Van némi remény arra, hogy egyszer felhasználható atomerőművekben, amelyekben nukleáris reakciókat használnak villamos energia előállítására.
szimbólum
Th
atomszám
90
atomtömeg
232.,0381
család
aktinid
kiejtés
THOR-ee-um
felfedezés és névadás
1815-ben Berzelius egy új ásványt tanulmányozott, amelyet Svédország Falun kerületében találtak. Elemzéséből arra a következtetésre jutottúj elemet talált. Az elemet tóriumnak nevezte, a skandináv isten Thor tiszteletére.
tíz évvel később Berzelius bejelentette, hogy hibát követett el. Az általa talált anyag nem új elem, hanem az ittrium-foszfát (YPO4) vegyület.
röviddel ezután Berzelius ismét beszámolt arról, hogy új elemet talált. Ezúttal igaza volt., Úgy döntött, hogy megtartja a tóriumot, mint ennek az elemnek a nevét.
amikor Berzelius felfedezte, a radioaktivitás fogalma ismeretlen volt. A radioaktivitás arra a folyamatra utal, amellyel egy elem spontán lebomlik és sugárzást bocsát ki. Ebben a folyamatban az elem gyakran új elemré változik. Az egyik első tudós, aki tanulmányozta a radioaktivitást, Curie volt. Schmidt 1898-ban szinte ugyanabban az időben bejelentette, hogy Berzelius ” tórium radioaktív.
fizikai tulajdonságok
a tórium ezüstös fehér, puha, fém, kissé hasonló az ólomhoz ., Ez lehet kalapált, hengerelt, hajlított, vágott, alakú, hegesztett meglehetősen könnyen. Általános fizikai tulajdonságai némileg hasonlítanak az óloméhoz. Olvadáspontja kb. 1800°C (3300°F), forráspontja kb. 4500°C (8100°F). A tórium sűrűsége körülbelül 11,7 gramm / köbcentiméter.
kémiai tulajdonságok
a tórium savakban oldódik és szobahőmérsékleten lassan reagál az oxigénnel. Magasabb hőmérsékleten gyorsabban reagál az oxigénnel, tórium-dioxidot (ThO2) képezve.,
előfordulása a természetben
tórium egy viszonylag bőséges eleme a földkéreg. A tudósok becslése szerint a kéreg körülbelül 15 részt tartalmaz millió elemenként. Ez a tény kereskedelmi szempontból fontos. Ez azt jelenti, hogy a tórium sokkal gazdagabb, mint egy másik fontos radioaktív elem, az urán . Az uránt atomreaktorokban használják villamos energia előállítására és nukleáris fegyverek (atombombák) előállítására. A tudósok úgy vélik, hogy a tórium helyettesítheti az uránt ezekre a célokra., Ha több tórium áll rendelkezésre, mint az urán, olcsóbb lenne tóriummal villamos energiát előállítani,mint az urán.
a tórium leggyakoribb ércei a thorit és a monazit. A monazit a tengerparti homok viszonylag gyakori formája. Megtalálható többek között a floridai strandokon. Ez a homok akár 10 százalékos tóriumot is tartalmazhat.
tórium urán helyett?
Az U ranium a mai világ egyik legfontosabb eleme. Miért? Az egyik izotópja nukleáris hasadáson megy keresztül. A maghasadás akkor fordul elő, amikor a neutronok ütköznek az urán atom magjával., Amikor ez megtörténik, Az urán mag szétesik. Hatalmas mennyiségű energia szabadul fel. Ez az energia felhasználható tömegpusztításra atombombák formájában,vagy az atomerőművek békés energiatermelésére.
de két probléma van az urán atommaghasadáshoz való felhasználásával. Először is, az urán három izotóp (urán-234, urán-235, urán-238), csak egy-urán-235-megy hasadás. A második probléma az, hogy az urán izotópja meglehetősen ritka. Az urán minden 1000 atomja közül csak hét Az urán-235., Tonna uránércet kell feldolgozni és dúsítani, hogy ennek a kritikus izotópnak apró mennyiségei legyenek. Nehéz és rendkívül drága.
A tudósok tudják, hogy az urán másik izotópja, az urán-233 szintén hasadáson megy keresztül. A probléma az, hogy az urán-233 nem fordul elő a természetben. Tehát hogyan lehet használni atomfegyverek vagy atomenergia előállítására?
a trükk az, hogy a tórium, a tórium-232 izotópjával kezdjük. A tórium-232 nagyon hosszú felezési ideje 14 milliárd év., Ha tórium-232 bombázzák neutronok, keresztül megy egy sorozat a nukleáris változások, az első, hogy a tórium-233, majd protactinium-233, s végül, hogy az urán-233. Az egész folyamat csak körülbelül egy hónapig tart. A hónap végén urán-233-at állítottak elő. Az urán izotópjának meglehetősen hosszú felezési ideje van, körülbelül 163 000 év. Tehát ha elkészült, hosszú ideig marad. Ezt követően fel lehet használni a maghasadás.
A tudósok szeretnék megtalálni a módját, hogy ezt a folyamatot az urán-233 gazdaságos előállításához használják. A tórium sokkal gazdagabb, mint az urán., Sokkal olcsóbb lenne atombombákat és atomerőműveket gyártani tóriummal, mint uránnal.
sajnos senki sem gondolta, hogyan lehet a folyamatot nagymértékben működtetni. Egy tóriumot használó atomreaktor 1979-ben épült a coloradói Platteville közelében. Ugyanakkor számos gazdasági és technikai probléma alakult ki. Mindössze tíz év működés után az üzemet leállították. A tórium hasadási növények ígérete még nem vált valósággá.,
van némi remény arra, hogy a tórium egyszer felhasználható az atomerőművekben, ahol a nukleáris reakciókat villamos energia előállítására használják.
izotópok
Több mint két tucat tórium izotóp ismert. Minden radioaktív. A leghosszabb felezési idejű izotóp a tórium-232. Felezési ideje körülbelül 14 milliárd év. Az izotópok egy elem két vagy több formája. Az izotópok tömegszámuk szerint különböznek egymástól. Az elem nevére írt szám a tömegszám., A tömegszám a protonok plusz neutronok számát jelenti az elem atomjának magjában. A protonok száma határozza meg az elemet, de az egyik elem atomjában lévő neutronok száma változhat. Minden variáció izotóp.
a radioaktív elem felezési ideje az az idő, amíg az elem mintájának fele lebomlik. Egy felezési idő (14 milliárd év)után csak 5 gramm tíz grammos tórium-232 minta marad. A fennmaradó 5 gramm lebontott volna, hogy új izotópot képezzen.,
extrakció
a tórium monazitban, toritban vagy más ásványi anyagokban először tórium-dioxiddá (ThO2) alakul át. Ezt a tórium-dioxidot ezután kalciummal melegítjük, hogy megkapjuk a szabad elemet:
felhasználások és vegyületek
tórium és vegyületei viszonylag kevés felhasználással rendelkeznek. A legfontosabb tóriumvegyület kereskedelmi forgalomban a tórium-dioxid. Ez a vegyület bármely oxid legmagasabb olvadáspontja, körülbelül 3300°C (6000°F). Magas hőmérsékletű kerámiákban használják. A kerámia földes anyagokból, például homokból vagy agyagból készült anyag., Tégla, csempe, cement, porcelán példák kerámia. A tórium-dioxidot speciális üveg gyártásához és katalizátorként is használják. A katalizátor olyan anyag, amelyet a kémiai reakció felgyorsítására vagy lelassítására használnak anélkül, hogy maga változna.
az egyetlen eszköz, amelyben a legtöbb ember valószínűleg tórium-dioxidot látott, hordozható gázlámpákban van. Ezek a lámpák tartalmaznak egy köpenyes anyagot, amelyet köpenynek neveznek. A köpenyen áthaladó gáz meggyullad, hogy nagyon forró, fényes fehér lángot hozzon létre. Ez a láng biztosítja a fényt a lámpásban., A köpeny a legtöbb lámpában egyszer tórium-dioxidból készült, mert olvadás nélkül nagyon forró lehet.
a gázköpenyben lévő tórium-dioxid radioaktív. De ez nem jelent veszélyt az emberekre, mert a felhasznált összeg olyan kicsi. Ennek ellenére az Egyesült Államokban a gázpalackok már nem készülnek tóriummal. Biztonságosabb helyettesítőket találtak.
egy másik tóriumvegyületet, a tórium-fluoridot (ThF4) filmvetítők és fényszórók szénívlámpáiban használják. A szén ívlámpa tartalmaz egy darab szenet (faszenet), amelyhez más anyagokat (például ThF4-et) adtak hozzá., Amikor egy elektromos áram áthalad a szénen, fényes fehér fényt ad. A tórium-fluorid jelenléte még fényesebbé teszi ezt a fényt.
egészségügyi hatások
mint minden radioaktív anyag esetében, a tórium veszélyes az emberek és más állatok egészségére. Nagyon óvatosan kell kezelni. A sugárzást elnyelő élő sejtek megsérülnek vagy elpusztulnak. A radioaktív elem belélegzése különösen veszélyes, mert törékeny belső szöveteket tár fel.