Tor (poprawiony)
Uwaga: Ten artykuł, pierwotnie opublikowany w 1998 roku, został zaktualizowany w 2006 roku dla wydania ebooka.
przegląd
Tor należy do rodziny aktynowców. Pierwiastki aktynowcowe znajdują się w rzędzie 7 układu okresowego. Mają liczby atomowe od 90 do 103. Układ okresowy jest wykresem, który pokazuje, jak pierwiastki chemiczne są ze sobą powiązane. Seria aktynowców jest nazwana pierwiastkiem 89, aktynem, który czasami jest zaliczany do rodziny aktynowców.,
Tor został odkryty w 1828 roku przez szwedzkiego chemika Jonsa Jakoba Berzeliusa (1779-1848). W tym czasie Berzelius nie zdawał sobie sprawy, że Tor jest radioaktywny. Została odkryta 70 lat później, w 1898 roku, przez polsko-francuską fizykę Marie Curie (1867-1934) i angielskiego chemika Gerharda C. Schmidta (1864-1949).
Tor jest stosunkowo powszechnym elementem o niewielu zastosowaniach komercyjnych. Istnieje nadzieja, że kiedyś będzie można go wykorzystać w elektrowniach jądrowych, w których reakcje jądrowe są wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej.
SYMBOL
Th
Liczba atomowa
90
masa atomowa
232.,0381
rodzina
Aktynid
wymowa
THOR-ee-um
Odkrycie i nazewnictwo
w 1815 roku Berzelius badał nowy minerał znaleziony w okręgu Falun w Szwecji. Z jego analizy doszedł do wniosku, że znalazł nowy element. Nazwał pierwiastek thorium, na cześć skandynawskiego boga Thora.
dziesięć lat później Berzelius ogłosił, że popełnił błąd. Substancja, którą odkrył, nie była nowym pierwiastkiem, ale Związkiem fosforanu itru (YPO4).
wkrótce potem Berzelius ponownie poinformował, że znalazł nowy pierwiastek. Tym razem miał rację., Postanowił zachować Tor jako nazwę dla tego pierwiastka.
w momencie odkrycia Berzeliusa pojęcie radioaktywności nie było znane. Radioaktywność odnosi się do procesu, w którym element spontanicznie rozpada się i wydziela promieniowanie. W tym procesie element często zmienia się w nowy element. Jednym z pierwszych naukowców badających radioaktywność była Curie. Ona i Schmidt ogłosili niemal w tym samym czasie w 1898 roku, że tor Berzeliusa jest radioaktywny.
Właściwości fizyczne
Tor jest srebrzystobiałym, miękkim metalem, nieco podobnym do ołowiu ., Może być młotkowany, walcowany, gięty, cięty, kształtowany i spawany dość łatwo. Jego ogólne właściwości fizyczne są nieco podobne do tych z ołowiu. Ma temperaturę topnienia około 1800°C (3300°F) i temperaturę wrzenia około 4500°c (8100°f). Gęstość toru wynosi około 11,7 gramów na centymetr sześcienny.
właściwości chemiczne
Tor jest rozpuszczalny w kwasach i reaguje powoli z tlenem w temperaturze pokojowej. W wyższych temperaturach szybciej reaguje z tlenem, tworząc dwutlenek toru (ThO2).,
występowanie w przyrodzie
Tor jest stosunkowo obfitym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Naukowcy szacują, że skorupa zawiera około 15 części na milion pierwiastka. Fakt ten jest ważny z komercyjnego punktu widzenia. Oznacza to, że Tor jest dużo bardziej obfity niż inny ważny pierwiastek radioaktywny, uran . Uran jest wykorzystywany w reaktorach jądrowych do wytwarzania energii elektrycznej oraz do wytwarzania broni jądrowej (bomb atomowych). Naukowcy uważają, że tor może zastąpić uran do tych celów., Przy większej ilości toru niż uran, tańsze byłoby wytwarzanie energii elektrycznej z toru niż uranu.
najczęstszymi rud toru są toryt i monazyt. Monazyt jest stosunkowo popularną formą piasku plażowego. Można go znaleźć między innymi na plażach Florydy. Piasek ten może zawierać do 10 procent toru.
Tor zamiast uranu?
u ranium jest jednym z najważniejszych elementów dzisiejszego świata. Dlaczego? Jeden z jego izotopów ulega rozszczepieniu jądrowemu. Rozszczepienie jądrowe występuje, gdy neutrony zderzają się z jądrem atomu uranu., Kiedy to nastąpi, jądro uranu rozpada się. Uwalniane są ogromne ilości energii. Energia ta moĹĽe byÄ ‡ uĺľywana do masowego niszczenia w postaci bomb atomowych, lub uĺľywana do pokojowej produkcji energii w elektrowniach atomowych.
ale są dwa problemy z wykorzystaniem uranu do rozszczepienia jądrowego. Po pierwsze, z trzech izotopów uranu (uran-234, uran-235 i uran-238), tylko jeden—uran-235—ulega rozszczepieniu. Drugi problem polega na tym, że ten izotop uranu jest dość rzadki. Na każde 1000 atomów uranu tylko siedem to uran-235., Tony rudy uranu muszą być przetwarzane i wzbogacane, aby uzyskać niewielkie ilości tego krytycznego izotopu. Jest to trudne i niezwykle kosztowne.
naukowcy wiedzą, że inny izotop uranu, uran-233, również ulegnie rozszczepieniu. Problem polega na tym, że Uran-233 nie występuje w przyrodzie. Więc jak można go wykorzystać do produkcji broni atomowej lub energii jądrowej?
sztuką jest zacząć od izotopu toru, toru-232. Tor-232 ma bardzo długi okres półtrwania wynoszący 14 miliardów lat., Jeśli Tor – 232 jest bombardowany neutronami, przechodzi on szereg przemian jądrowych, najpierw do toru-233, potem do protaktynu-233, a na końcu do uranu-233. Cały proces trwa tylko około miesiąca. Pod koniec miesiąca wyprodukowano zapas uranu-233. Ten izotop uranu ma dość długi okres półtrwania, około 163,000 lat. Tak więc, gdy już został wykonany, pozostaje przez długi czas. Można go następnie wykorzystać do rozszczepienia jądrowego.
naukowcy chcieliby znaleźć sposób na wykorzystanie tego procesu do ekonomicznej produkcji uranu-233. Tor jest dużo bardziej obfity niż uran., Znacznie tańsze byłoby wytwarzanie bomb atomowych i elektrowni jądrowych z toru niż z uranu.
niestety, nikt nie zorientował się, jak sprawić, by proces działał na dużą skalę. Jeden reaktor jądrowy wykorzystujący tor został zbudowany w pobliżu Platteville w stanie Kolorado w 1979 roku. Rozwinęło się jednak szereg problemów ekonomicznych i technicznych. Po zaledwie dziesięciu latach działalności zakład został zamknięty. Obietnica zakładów rozszczepienia toru jeszcze nie stała się rzeczywistością.,
istnieje nadzieja, że tor może kiedyś zostać wykorzystany w elektrowniach jądrowych, gdzie reakcje jądrowe są wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej.
izotopy
znanych jest ponad dwa tuziny izotopów toru. Wszystkie są radioaktywne. Izotop o najdłuższym okresie półtrwania to tor-232. Jego okres półtrwania wynosi około 14 miliardów lat. Izotopy to dwie lub więcej postaci pierwiastka. Izotopy różnią się od siebie liczbą masową. Liczba zapisana w nazwie pierwiastka jest liczbą masową., Liczba masowa oznacza liczbę protonów Plus neutronów w jądrze atomu pierwiastka. Liczba protonów określa pierwiastek, ale liczba neutronów w atomie dowolnego pierwiastka może być różna. Każda odmiana jest izotopem.
okres półtrwania pierwiastka radioaktywnego jest czas potrzebny na połowę próbki pierwiastka do rozpadu. Po jednym okresie półtrwania (14 miliardów lat), tylko 5 gramów dziesięciogwiazdkowej próbki toru-232 zostałoby. Pozostałe 5 gramów rozpadłoby się, tworząc nowy izotop.,
ekstrakcja
tor w monazytach, torytach lub innych minerałach najpierw przekształca się w dwutlenek toru (ThO2). Ten dwutlenek toru jest następnie podgrzewany wapniem, aby uzyskać wolny pierwiastek:
zastosowania i związki
Tor i jego związki mają stosunkowo niewiele zastosowań. Najważniejszym Związkiem toru jest dwutlenek toru. Związek ten ma najwyższą temperaturę topnienia dowolnego tlenku, około 3,300°C (6,000°F). Jest stosowany w ceramice wysokotemperaturowej. Ceramika to materiał wykonany z materiałów ziemistych, takich jak piasek lub glina., Cegły, dachówki, cement i porcelana są przykładami ceramiki. Dwutlenek toru jest również stosowany w produkcji szkła specjalnego i jako katalizator. Katalizator jest substancją używaną do przyspieszenia lub spowolnienia reakcji chemicznej bez poddawania się żadnej zmianie.
jedynym urządzeniem, w którym prawdopodobnie większość ludzi widziała dwutlenek toru, jest przenośne latarnie gazowe. Te latarnie zawierają gazowy materiał zwany płaszczem. Gaz przechodzący przez płaszcz jest zapalany, aby wytworzyć bardzo gorący, jasny biały płomień. Ten płomień dostarcza światła w latarni., Płaszcz w większości latarni był kiedyś wykonany z dwutlenku toru, ponieważ może się bardzo rozgrzać bez topnienia.
dwutlenek toru w płaszczu gazowym jest radioaktywny. Ale to nie stanowi zagrożenia dla ludzi, ponieważ ilość używana jest tak mała. Mimo to w Stanach Zjednoczonych nie produkuje się już płaszcza gazowego z toru. Znaleziono bezpieczniejsze zamienniki.
inny związek toru, fluorek toru (ThF4), jest stosowany w węglowych lampach łukowych do projektorów filmowych i reflektorów poszukiwawczych. Lampa Łukowa węglowa zawiera kawałek węgla (węgiel drzewny), do którego dodano inne substancje (takie jak ThF4)., Gdy prąd elektryczny jest przepuszczany przez węgiel, emituje jasne białe światło. Obecność fluorku toru sprawia, że to światło jest jeszcze jaśniejsze.
skutki zdrowotne
podobnie jak w przypadku wszystkich materiałów radioaktywnych, Tor jest niebezpieczny dla zdrowia ludzi i innych zwierząt. Należy obchodzić się z nim z dużą ostrożnością. Żywe komórki, które pochłaniają promieniowanie są uszkodzone lub zabite. Wdychanie pierwiastka radioaktywnego jest szczególnie niebezpieczne, ponieważ naraża kruche tkanki wewnętrzne.