Torium (revised)
Nota: Questo articolo, originariamente pubblicato nel 1998, è stato aggiornato nel 2006 per l’edizione eBook.
Panoramica
Il torio è un membro della famiglia degli attinidi. Gli elementi attinidici si trovano nella riga 7 della tavola periodica. Hanno numeri atomici compresi tra 90 e 103. La tavola periodica è un grafico che mostra come gli elementi chimici sono correlati tra loro. La serie di attinidi prende il nome dall’elemento 89, actinio, che a volte è incluso nella famiglia degli attinidi.,
Il torio fu scoperto nel 1828 dal chimico svedese Jons Jakob Berzelius (1779-1848). A quel tempo, Berzelius non si rese conto che il torio era radioattivo. Fu scoperto 70 anni dopo, nel 1898, dal fisico polacco-francese Marie Curie (1867-1934) e dal chimico inglese Gerhard C. Schmidt (1864-1949).
Il torio è un elemento relativamente comune con poche applicazioni commerciali. C’è qualche speranza che un giorno possa essere utilizzato nelle centrali nucleari, in cui le reazioni nucleari vengono utilizzate per generare elettricità.
SIMBOLO
Th
NUMERO ATOMICO
90
MASSA ATOMICA
232.,0381
FAMIGLIA
Actinide
PRONUNCIA
THOR-ee-um
Scoperta e denominazione
Nel 1815, Berzelius stava studiando un nuovo minerale trovato nel distretto di Falun in Svezia. Dalla sua analisi, ha concluso cheaveva trovato un nuovo elemento. Ha chiamato l’elemento thorium, in onore del dio scandinavo Thor.
Dieci anni dopo, Berzelius annunciò di aver commesso un errore. La sostanza che aveva trovato non era un nuovo elemento, ma il composto ittrio fosfato (YPO4).
Poco dopo, Berzelius riferì di nuovo di aver trovato un nuovo elemento. Questa volta aveva ragione., Scelse di mantenere il torio come nome per questo elemento.
Quando Berzelius fece la sua scoperta, il concetto di radioattività era sconosciuto. La radioattività si riferisce al processo mediante il quale un elemento si rompe spontaneamente e emette radiazioni. In questo processo, l’elemento si trasforma spesso in un nuovo elemento. Uno dei primi scienziati a studiare la radioattività fu Curie. Lei e Schmidt hanno annunciato quasi allo stesso tempo nel 1898 che Berzelius” torio era radioattivo.
Proprietà fisiche
Il torio è un metallo bianco argenteo, morbido, in qualche modo simile al piombo ., Può essere martellato, arrotolato, piegato, tagliato, sagomato e saldato piuttosto facilmente. Le sue proprietà fisiche generali sono in qualche modo simili a quelle del piombo. Ha un punto di fusione di circa 1.800°C (3.300°F) e un punto di ebollizione di circa 4.500°C (8.100°F). La densità del torio è di circa 11,7 grammi per centimetro cubo.
Proprietà chimiche
Il torio è solubile in acidi e reagisce lentamente con l’ossigeno a temperatura ambiente. A temperature più elevate, reagisce con l’ossigeno più rapidamente, formando biossido di torio (ThO2).,
Occorrenza in natura
Il torio è un elemento relativamente abbondante nella crosta terrestre. Gli scienziati stimano che la crosta contenga circa 15 parti per milione dell’elemento. Questo fatto è importante dal punto di vista commerciale. Significa che il torio è molto più abbondante di un altro importante elemento radioattivo, l’uranio . L’uranio è utilizzato nei reattori nucleari per generare elettricità e nella fabbricazione di armi nucleari (bombe atomiche). Gli scienziati ritengono che il torio possa sostituire l’uranio per questi scopi., Con più torio che uranio disponibile, sarebbe più conveniente per fare elettricità con torio di uranio.
I minerali più comuni di torio sono torite e monazite. La monazite è una forma relativamente comune di sabbia da spiaggia. Può essere trovato, tra gli altri luoghi, sulle spiagge della Florida. Questa sabbia può contenere fino al 10% di torio.
Torio al posto dell’uranio?
U ranium è uno degli elementi più importanti al mondo oggi. Perché? Uno dei suoi isotopi subisce la fissione nucleare. La fissione nucleare si verifica quando i neutroni si scontrano con il nucleo di un atomo di uranio., Quando ciò accade, il nucleo di uranio si divide. Enormi quantità di energia vengono rilasciate. Tale energia può essere utilizzata per la distruzione di massa sotto forma di bombe atomiche o utilizzata per la produzione pacifica di energia nelle centrali nucleari.
Ma ci sono due problemi con l’utilizzo dell’uranio per la fissione nucleare. In primo luogo, dei tre isotopi dell”uranio (uranio-234, uranio-235, e uranio-238), solo uno—uranio-235—subisce fissione. Il secondo problema è che questo isotopo dell’uranio è piuttosto raro. Su ogni 1.000 atomi di uranio, solo sette sono uranio-235., Tonnellate di minerale di uranio devono essere trattati e arricchiti per fare piccole quantità di questo isotopo critico. È difficile ed estremamente costoso.
Gli scienziati sanno che anche un altro isotopo dell’uranio, l’uranio-233, subirà la fissione. Il problema è che l’uranio-233 non si verifica in natura. Quindi, come può essere usato per produrre armi atomiche o energia nucleare?
Il trucco è iniziare con un isotopo di torio, torio-232. Il torio-232 ha un’emivita molto lunga di 14 miliardi di anni., Se il torio-232 viene bombardato con neutroni, passa attraverso una serie di cambiamenti nucleari, prima al torio-233, poi al protattinio-233 e infine all’uranio-233. L’intero processo richiede solo circa un mese. Alla fine del mese è stata prodotta una fornitura di uranio-233. Questo isotopo dell’uranio ha un’emivita abbastanza lunga, circa 163.000 anni. Quindi, una volta che è stato fatto, rimane in giro per molto tempo. Può quindi essere utilizzato per la fissione nucleare.
Gli scienziati vorrebbero trovare un modo per utilizzare questo processo per rendere l’uranio-233 economicamente. Il torio è molto più abbondante dell’uranio., Sarebbe molto più economico fabbricare bombe nucleari e centrali nucleari con il torio che con l’uranio.
Sfortunatamente, nessuno ha capito come far funzionare il processo su larga scala. Un reattore nucleare con torio fu costruito vicino a Platteville, in Colorado, nel 1979. Tuttavia, si è sviluppata una serie di problemi economici e tecnici. Dopo soli dieci anni di attività, l’impianto è stato chiuso. La promessa di impianti di fissione del torio deve ancora diventare realtà.,
C’è qualche speranza che il torio possa un giorno essere utilizzato nelle centrali nucleari, dove le reazioni nucleari vengono utilizzate per generare elettricità.
Isotopi
Sono noti più di due dozzine di isotopi di torio. Sono tutti radioattivi. L’isotopo con l’emivita più lunga è il torio-232. La sua emivita è di circa 14 miliardi di anni. Gli isotopi sono due o più forme di un elemento. Gli isotopi differiscono l’uno dall’altro in base al loro numero di massa. Il numero scritto a theright del nome dell ” elemento è il numero di massa., Il numero di massa rappresenta il numero di protoni più neutroni nel nucleo di un atomo dell’elemento. Il numero di protoni determina l’elemento, ma il numero di neutroni nell’atomo di qualsiasi elemento può variare. Ogni variazione è un isotopo.
L’emivita di un elemento radioattivo è il tempo necessario per la metà di un campione dell’elemento per abbattere. Dopo un’emivita (14 miliardi di anni), rimarrebbero solo 5 grammi di un campione di dieci grammi di torio-232. Il restante 5 grammi sarebbero ripartiti per formare un nuovo isotopo.,
Estrazione
Il torio contenuto in monazite, torite o altri minerali viene prima convertito in diossido di torio (ThO2). Questo biossido di torio viene quindi riscaldato con calcio per ottenere l’elemento libero:
Usi e composti
Il torio e i suoi composti hanno relativamente pochi usi. Il composto di torio più importante commercialmente è il biossido di torio. Questo composto ha il più alto punto di fusione di qualsiasi ossido, circa 3.300°C (6.000°F). È utilizzato in ceramica ad alta temperatura. Una ceramica è un materiale realizzato con materiali terrosi, come sabbia o argilla., Mattoni, piastrelle, cemento e porcellana sono esempi di ceramica. Il biossido di torio viene anche utilizzato nella produzione di vetro speciale e come catalizzatore. Un catalizzatore è una sostanza utilizzata per accelerare o rallentare una reazione chimica senza subire alcun cambiamento stesso.
L’unico dispositivo in cui è probabile che la maggior parte delle persone abbia visto il biossido di torio è nelle lanterne a gas portatili. Queste lanterne contengono un materiale garzato chiamato mantello. Il gas che passa attraverso il mantello viene acceso per produrre una fiamma bianca molto calda e luminosa. Quella fiamma fornisce la luce nella lanterna., Il mantello nella maggior parte delle lanterne una volta era fatto di biossido di torio perché può diventare molto caldo senza sciogliersi.
Il diossido di torio in un mantello gassoso è radioattivo. Ma non è pericoloso per le persone perché la quantità utilizzata è così piccola. Tuttavia, i mantelli di gas negli Stati Uniti non sono più fatti con il torio. Sono stati trovati sostituti più sicuri.
Un altro composto di torio, il fluoruro di torio (ThF4), viene utilizzato nelle lampade ad arco di carbonio per proiettori cinematografici e proiettori. Una lampada ad arco di carbonio contiene un pezzo di carbonio (carbone) a cui sono state aggiunte altre sostanze (come il ThF4)., Quando una corrente elettrica viene fatta passare attraverso il carbonio, emette una luce bianca brillante. La presenza di fluoruro di torio rende questa luce ancora più luminosa.
Effetti sulla salute
Come con tutti i materiali radioattivi, il torio è pericoloso per la salute dell’uomo e di altri animali. Deve essere maneggiato con grande cautela. Le cellule viventi che assorbono le radiazioni sono danneggiate o uccise. L’inalazione di un elemento radioattivo è particolarmente pericolosa perché espone fragili tessuti interni.