토륨(개정)
참고:이 문서에서는 원래 발표 1998 년에 업데이트되었 2006eBook edition.
개요
토륨은 악티나이드 계열의 구성원이다. 악티 나이드 원소는 주기율표의 7 행에 있습니다. 그들은 90 에서 103 사이의 원자 번호를 가지고 있습니다. 주기율표는 화학 원소가 서로 어떻게 관련되어 있는지를 보여주는 차트입니다. 악티니드 계열은 때때로 악티니드 계열에 포함되는 요소 89,악티늄으로 명명된다.,
토륨은 스웨덴의 화학자 Jons Jakob Berzelius(1779-1848)에 의해 1828 년에 발견되었습니다. 당시 Berzelius 는 토륨이 방사성이라는 것을 깨닫지 못했습니다. 그것은 1898 년 폴란드-프랑스 물리학 자 Marie Curie(1867-1934)와 영어 화학자 Gerhard C.Schmidt(1864-1949)에 의해 70 년 후에 발견되었습니다.
토륨은 상용 응용이 거의없는 비교적 일반적인 요소입니다. 언젠가는 핵 반응이 전기를 생성하는 데 사용되는 원자력 발전소에서 사용될 수 있다는 희망이 있습니다.
기호
Th
원자 번호
90
원자 질량
232.,0381
가족
Actinide
발음
토르-ee um
발견하고 이름
1815 년에,Berzelius 공부하고 있던 새로운 미네랄에서 찾을 파룬궁 지역의 스웨덴입니다. 그의 분석에서 그는 결론을 내렸다.그는 새로운 요소를 발견했다. 그는 스칸디나비아 신 토르를 기리기 위해 토륨 요소를 명명했습니다.
10 년 후,Berzelius 는 그가 오류를 범했다고 발표했습니다. 그가 발견 한 물질은 새로운 원소가 아니라 화합물 인 인산 이트륨(YPO4)이었다.
얼마 지나지 않아 Berzelius 는 새로운 요소를 발견했다고 다시보고했습니다. 이번에 그는 정확했다., 그는이 요소의 이름으로 토륨을 유지하기로 결정했습니다.
Berzelius 가 그의 발견을 할 당시 방사능의 개념은 알려지지 않았다. 방사능이란 원소가 자발적으로 분해되어 방사선을 방출하는 과정을 말합니다. 그 과정에서 요소는 종종 새로운 요소로 바뀝니다. 방사능을 연구 한 최초의 과학자 중 한 명은 퀴리였습니다. 그녀와 슈미트는 1898 년에 거의 같은 시간에 베르젤리우스”토륨이 방사성이라고 발표했다.
물리적 특성
토륨은 은백색의 부드럽고 금속이며 납과 다소 유사합니다., 그것은 망치질 수 있고,구르고,구부리고,자르고,형성하고,오히려 쉽게 용접 할 수 있습니다. 그것의 일반적인 물리적 특성은 납의 것과 다소 유사합니다. 그것은 약 1,800°C(3,300°F)의 융점과 약 4,500°C(8,100°f)의 끓는점을 가지고 있습니다. 토륨의 밀도는 입방 센티미터 당 약 11.7 그램입니다.
화학적 성질
토륨은 산에 용해되어 실온에서 산소와 천천히 반응합니다. 더 높은 온도에서는 산소와 더 빠르게 반응하여 이산화 토륨(ThO2)을 형성합니다.,
자연에서 발생
토륨은 지구의 지각에서 비교적 풍부한 원소입니다. 과학자들은 지각이 요소의 백만 당 약 15 부분을 포함한다고 추정합니다. 그 사실은 상업적 관점에서 중요합니다. 그것은 토륨이 다른 중요한 방사성 원소 인 우라늄보다 훨씬 풍부하다는 것을 의미합니다. 우라늄은 원자로에서 전기를 생성하고 핵무기(원자 폭탄)를 만드는 데 사용됩니다. 과학자들은 토륨이 이러한 목적으로 우라늄을 대체 할 수 있다고 믿는다., 이용 가능한 우라늄보다 토륨이 많으면 우라늄보다 토륨으로 전기를 만드는 것이 더 저렴할 것입니다.
토륨의 가장 일반적인 광석은 토 라이트와 모나자이트입니다. 모나자이트는 비교적 일반적인 형태의 해변 모래입니다. 그것은 다른 장소들 중에서도 플로리다의 해변에서 발견 될 수있다. 이 모래는 최대 10%의 토륨을 함유 할 수 있습니다.
우라늄 대신에 토륨?
U ranium 은 오늘날 세계에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 왜? 그 동위 원소 중 하나는 핵분열을 겪는다. 핵분열은 중성자가 우라늄 원자의 핵과 충돌 할 때 발생합니다., 그렇게되면 우라늄 핵이 분리됩니다. 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 그 에너지는 원자 폭탄의 형태로 대량 살상에 사용되거나 원자력 발전소에서 평화로운 에너지 생산에 사용될 수 있습니다.그러나 핵분열을 위해 우라늄을 사용하는 데는 두 가지 문제가있다. 첫째,우라늄의 3 가지 동위 원소(우라늄 234,우라늄 235 및 우라늄 238)중에서 오직 하나의 우라늄 235 만이 핵분열을 겪는다. 두 번째 문제는 우라늄의이 동위 원소가 매우 드물다는 것입니다. 우라늄의 1,000 원자 중 7 개만이 우라늄 235 개입니다., 우라늄 광석의 톤은이 중요한 동위 원소를 소량 만들기 위해 가공되고 농축되어야합니다. 그것은 어렵고 극도로 비쌉니다.
과학자들은 우라늄의 또 다른 동위 원소 인 우라늄 233 도 핵분열을 겪을 것이라는 것을 알고있다. 문제는 우라늄 233 이 자연에서 발생하지 않는다는 것입니다. 그렇다면 원자 무기 나 원자력을 만드는 데 어떻게 사용될 수 있습니까?
트릭은 토륨의 동위 원소 인 토륨-232 로 시작하는 것입니다. 토륨-232 는 140 억년의 매우 긴 반감기를 가지고 있습니다., 는 경우 토륨-232 은 폭격으로 중성자,그가 시리즈의 핵 변화하는 첫 번째 토륨-233,다음 protactinium-233,그리고 마지막으로 우라늄 233. 전체 과정은 약 한 달 밖에 걸리지 않습니다. 이달 말에 우라늄 233 공급이 이루어졌다. 우라늄의이 동위 원소는 반감기가 상당히 길며 약 163,000 년입니다. 그래서 일단 그것이 만들어지면,그것은 오랫동안 주변에 머물러 있습니다. 그런 다음 핵분열에 사용될 수있다.
과학자들은이 과정을 사용하여 우라늄 233 을 경제적으로 만드는 방법을 찾고 싶습니다. 토륨은 우라늄보다 훨씬 풍부합니다., 우라늄보다 토륨으로 핵폭탄과 원자력 발전소를 만드는 것이 훨씬 저렴할 것입니다.불행히도 아무도 프로세스를 대규모로 작동시키는 방법을 생각하지 않았습니다. 토륨을 사용하는 하나의 원자로는 1979 년 콜로라도 주 플랫 빌 근처에 건설되었습니다. 그러나 여러 가지 경제적,기술적 문제가 발생했습니다. 불과 10 년의 운영 끝에 공장은 폐쇄되었습니다. 토륨 핵분열 식물의 약속은 아직 현실이되지 못했습니다.,
토륨이 언젠가 핵 반응이 전기를 생성하는 데 사용되는 원자력 발전소에서 사용될 수 있다는 희망이 있습니다.
동위 원소
토륨의 동위 원소 2 다스 이상이 알려져 있다. 모두 방사성입니다. 반감기가 가장 긴 동위 원소는 토륨-232 입니다. 반감기는 약 140 억년입니다. 동위 원소는 원소의 두 가지 이상의 형태입니다. 동위 원소는 질량 수에 따라 서로 다릅니다. 소자 이름”의 theright 에 기록 된 번호는 질량 번호입니다., 질량 수는 원소의 원자의 핵에 중성자를 더한 양성자의 수를 나타냅니다. 양성자의 수는 원소를 결정하지만 어느 한 원소의 원자에있는 중성자의 수는 다를 수 있습니다. 각 변이는 동위 원소입니다.방사성 원소의 반감기는 원소 샘플의 절반이 분해되는 데 걸리는 시간입니다. 반감기(140 억년)후에 토륨-232 의 10 그램 샘플 만 5 그램 남았습니다. 나머지 5 그램은 새로운 동위 원소를 형성하기 위해 분해되었을 것입니다.,
추출
토륨에 모나자이트,thorite 또는 기타 무기물이 최초로 변환하여 토륨 이산화탄소(ThO2). 이는 토륨 이산화탄소는 다음 가열된 칼슘과를 얻을 무료 요소:
을 사용하고 화합물
토륨 및 그 화합물은 상대적으로 몇 가지를 사용합니다. 상업적으로 가장 중요한 토륨 화합물은 이산화 토륨입니다. 이 화합물은 모든 산화물의 가장 높은 융점을 가지며 약 3,300°C(6,000°F)입니다. 그것은 고온 세라믹에 사용됩니다. 세라믹은 모래 또는 점토와 같은 흙 재료로 만든 재료입니다., 벽돌,타일,시멘트 및 도자기는 도자기의 예입니다. 이산화 토륨은 특수 유리 제조 및 촉매로도 사용됩니다. 촉매는 변화 자체를 거치지 않고 화학 반응의 속도를 높이거나 늦추는 데 사용되는 물질입니다.
대부분의 사람들이 이산화 토륨을 보았을 가능성이있는 하나의 장치는 휴대용 가스 랜턴에 있습니다. 이 등불에는 맨틀이라고 불리는 화려한 재료가 들어 있습니다. 맨틀을 통과하는 가스는 점화되어 매우 뜨겁고 밝은 흰색 불꽃을 생성합니다. 그 불꽃은 랜턴에 빛을 제공합니다., 대부분의 등불에있는 맨틀은 녹지 않고 매우 뜨거워 질 수 있기 때문에 한때 이산화 토륨으로 만들어졌습니다.
가스 맨틀의 이산화 토륨은 방사성이다. 그러나 사용 된 양이 너무 적기 때문에 사람들에게 위험이 없습니다. 아직도 미국의 가스 맨틀은 더 이상 토륨으로 만들어지지 않습니다. 더 안전한 대체물이 발견되었습니다.
또 다른 토륨 화합물 인 토륨 플루오 라이드(thf4)는 영화 프로젝터 및 서치 라이트 용 카본 아크 램프에 사용됩니다. 탄소 아크 램프는 다른 물질(thf4 와 같은)이 첨가 된 탄소(숯)조각을 포함합니다., 전류가 탄소를 통과하면 밝은 백색광을 발산합니다. 불화 토륨의 존재는이 빛을 더욱 밝게 만듭니다.
건강에 미치는 영향
모든 방사성 물질과 마찬가지로 토륨은 인간과 다른 동물의 건강에 위험합니다. 그것은 처리되어야합니다.매우 조심하십시오. 방사선을 흡수하는 살아있는 세포가 손상되거나 사망합니다. 방사성 원소를 흡입하는 것은 깨지기 쉬운 내부 조직을 노출시키기 때문에 특히 위험합니다.