Thorium (reviderad)
Obs! den här artikeln, som ursprungligen publicerades 1998, uppdaterades 2006 för eBook-utgåvan.
översikt
torium är medlem i aktinidfamiljen. Aktinidelementen finns i rad 7 i det periodiska bordet. De har atomnummer mellan 90 och 103. Det periodiska systemet är ett diagram som visar hur kemiska element är relaterade till varandra. Aktinidserien är uppkallad efter element 89, actinium, som ibland ingår i aktinidfamiljen.,
Torium upptäcktes 1828 av den svenska kemisten Jons Jakob Berzelius (1779-1848). Vid den tiden insåg Berzelius inte att torium var radioaktivt. Det upptäcktes 70 år senare, 1898, av polsk-fransk fysiker Marie Curie (1867-1934) och engelsk kemist Gerhard C. Schmidt (1864-1949).
torium är ett relativt vanligt element med få kommersiella applikationer. Det finns ett visst hopp om att det en dag kan användas i kärnkraftverk, där kärnreaktioner används för att generera el.
SYMBOL
Th
atomnummer
90
atomvikt
232.,0381
familj
aktinid
uttal
THOR-ee-um
upptäckt och namngivning
år 1815 studerade Berzelius ett nytt mineral som hittades i Falundistriktet i Sverige. Från sin analys drog han slutsatsen atthan hade hittat ett nytt element. Han namngav elementet torium, till ära för den skandinaviska guden Thor.
tio år senare meddelade Berzelius att han hade gjort ett fel. Ämnet han hade hittat var inte ett nytt element, men föreningen yttriumfosfat (YPO4).
kort därefter rapporterade Berzelius igen att han hade hittat ett nytt element. Den här gången hade han rätt., Han valde att behålla torium som namnet på detta element.
Vid den tidpunkt då Berzelius gjorde sin upptäckt var begreppet radioaktivitet okänt. Radioaktivitet avser den process genom vilken ett element spontant bryts ner och avger strålning. I den processen ändras elementet ofta till ett nytt element. En av de första forskarna som studerade radioaktivitet var Curie. Hon och Schmidt meddelade vid nästan samma tid 1898 att Berzelius ” torium var radioaktivt.
fysikaliska egenskaper
torium är en silvervit, mjuk, metall, något liknande bly ., Det kan hamras, rullas, böjas, skäras, formas och svetsas ganska enkelt. Dess allmänna fysikaliska egenskaper liknar något bly. Den har en smältpunkt på ca 1.800 ° C (3,300 ° f) och en kokpunkt på ca 4.500°C (8.100°F). Tätheten av torium är ca 11,7 gram per kubikcentimeter.
kemiska egenskaper
torium är lösligt i syror och reagerar långsamt med syre vid rumstemperatur. Vid högre temperaturer reagerar den med syre snabbare och bildar toriumdioxid (ThO2).,
förekomst i naturen
torium är ett relativt rikligt element i jordskorpan. Forskare uppskattar att skorpan innehåller cirka 15 delar per miljon av elementet. Detta faktum är viktigt ur kommersiell synvinkel. Det betyder att torium är mycket rikligare än ett annat viktigt radioaktivt element, uran . Uran används i kärnreaktorer för att generera el och för att göra kärnvapen (atombomber). Forskare tror att torium kan ersätta uran för dessa ändamål., Med mer torium än uran tillgängligt skulle det vara billigare att göra el med torium än uran.
de vanligaste malmerna av torium är Torit och monazit. Monazite är en relativt vanlig form av strandsand. Det finns bland annat på stränderna i Florida. Denna sand kan innehålla upp till 10 procent torium.
torium i stället för uran?
u ranium är ett av de viktigaste elementen i världen idag. Varför? En av dess isotoper genomgår kärnklyvning. Kärnfission uppstår när neutroner kolliderar med kärnan i en uranatom., När det händer splittras urankärnan. Enorma mängder energi frigörs. Denna energi kan användas för massförstörelse i form av atombomber, eller användas för fredlig energiproduktion i kärnkraftverk.
men det finns två problem med att använda uran för kärnklyvning. För det första, av uran”s tre isotoper (uran-234, uran-235 och uran-238), genomgår endast en—uran-235—fission. Det andra problemet är att denna isotop av uran är ganska sällsynt. Av varje 1000 atomer av uran är bara sju uran-235., Ton uranmalm måste bearbetas och anrikas för att göra små mängder av denna kritiska isotop. Det är svårt och extremt dyrt.
forskare vet att en annan isotop av uran, uran-233, också kommer att genomgå fission. Problemet är att uran-233 inte förekommer i naturen. Så hur kan det användas för att göra atomvapen eller kärnkraft?
tricket är att börja med en isotop av torium, torium-232. Torium-232 har en mycket lång halveringstid på 14 miljarder år., Om torium-232 bombarderas med neutroner går det igenom en serie kärnförändringar, först till torium-233, sedan till protactinium-233 och slutligen till uran-233. Hela processen tar bara ungefär en månad. I slutet av månaden har en leverans av uran-233 producerats. Denna isotop av uran har en ganska lång halveringstid, cirka 163,000 år. Så när det har gjorts, stannar det länge. Den kan sedan användas för kärnklyvning.
forskare skulle vilja hitta ett sätt att använda denna process för att göra uran-233 ekonomiskt. Torium är mycket rikligare än uran., Det skulle vara mycket billigare att göra kärnbomber och kärnkraftverk med torium än med uran.
tyvärr har ingen funderat på hur processen ska fungera i stor skala. En kärnreaktor med torium byggdes nära Platteville, Colorado, 1979. Men ett antal ekonomiska och tekniska problem utvecklades. Efter bara tio års drift stängdes anläggningen. Löftet om toriumfissionsplantor har ännu inte blivit verklighet.,
det finns ett visst hopp om att torium en dag kan användas i kärnkraftverk, där kärnreaktioner används för att generera el.
isotoper
mer än två dussin isotoper av torium är kända. Alla är radioaktiva. Isotopen med den längsta halveringstiden är torium-232. Dess halveringstid är cirka 14 miljarder år. Isotoper är två eller flera former av ett element. Isotoper skiljer sig från varandra enligt deras massnummer. Numret skrivet tillhöjd på elementets namn är massnumret., Massnumret representerar antalet protoner plus neutroner i kärnan av en atom av elementet. Antalet protoner bestämmer elementet, men antalet neutroner i atomen av något element kan variera. Varje variant är en isotop.
halveringstiden för ett radioaktivt element är den tid det tar för hälften av ett prov av elementet att bryta ner. Efter en halveringstid (14 miljarder år) skulle endast 5 gram av ett tiograms prov av torium-232 lämnas. De återstående 5 gram skulle ha brutit ner för att bilda en ny isotop.,
extraktion
toriumet i monazit, Torit eller andra mineraler omvandlas först till toriumdioxid (ThO2). Denna toriumdioxid upphettas sedan med kalcium för att få det fria elementet:
användningsområden och föreningar
torium och dess föreningar har relativt få användningsområden. Den viktigaste toriumföreningen är kommersiellt toriumdioxid. Denna förening har den högsta smältpunkten för någon oxid, ca 3,300°C (6,000°f). Den används i högtemperaturkeramik. En keramik är ett material tillverkat av jordmaterial, såsom sand eller lera., Tegel, kakel, cement och porslin är exempel på keramik. Toriumdioxid används också vid tillverkning av specialglas och som katalysator. En katalysator är ett ämne som används för att påskynda eller sakta ner en kemisk reaktion utan att genomgå någon förändring själv.
den enhet där de flesta människor sannolikt har sett toriumdioxid finns i bärbara gaslyktor. Dessa lyktor innehåller ett gauzy material som kallas en mantel. Gas som passerar genom manteln antänds för att producera en mycket varm, ljus vit flamma. Den flamman ger ljuset i lyktan., Manteln i de flesta lyktor var en gång gjord av toriumdioxid eftersom det kan bli mycket varmt utan smältning.
toriumdioxiden i en gasmantel är radioaktiv. Men det är ingen fara för människor eftersom den mängd som används är så liten. Fortfarande är gasmantlar i USA inte längre gjorda med torium. Säkrare ersättare har hittats.
en annan toriumförening, toriumfluorid (ThF4), används i kolbåglampor för filmprojektorer och strålkastare. En kolbågslampa innehåller en bit kol (kol) till vilken andra ämnen (t.ex. ThF4) har tillsatts., När en elektrisk ström passerar genom kolet, avger den ett starkt vitt ljus. Närvaron av toriumfluorid gör detta ljus ännu ljusare.
hälsoeffekter
som med alla radioaktiva material är torium farligt för människors och andra djurs hälsa. Den måste hanteras medstor försiktighet. Levande celler som absorberar strålning skadas eller dödas. Inandning av ett radioaktivt element är särskilt farligt eftersom det utsätter bräckliga inre vävnader.