Thorium (herzien)
Opmerking: Dit artikel, oorspronkelijk gepubliceerd in 1998, is in 2006 bijgewerkt voor de eBook-editie.
overzicht
Thorium behoort tot de actinidenfamilie. De actinide-elementen bevinden zich in Rij 7 van het periodiek systeem. Ze hebben atoomnummers tussen 90 en 103. Het periodiek systeem is een grafiek die laat zien hoe chemische elementen met elkaar verbonden zijn. De actinidereeks wordt genoemd voor element 89, actinium, dat soms in de actinidefamilie wordt opgenomen.,Thorium werd in 1828 ontdekt door de Zweedse scheikundige Jons Jakob Berzelius (1779-1848). In die tijd realiseerde Berzelius zich niet dat thorium radioactief was. Dat werd 70 jaar later ontdekt, in 1898, door de Pools-Franse natuurkundige Marie Curie (1867-1934) en de Engelse scheikundige Gerhard C. Schmidt (1864-1949).
Thorium is een relatief veel voorkomend element met weinig commerciële toepassingen. Er is enige hoop dat het ooit kan worden gebruikt in kerncentrales, waarin nucleaire reacties worden gebruikt om elektriciteit op te wekken.
symbool
Th
atoomnummer
90
atoommassa
232.,0381
familie
Actinide
uitspraak
THOR-ee-um
ontdekking en naamgeving
in 1815 bestudeerde Berzelius een nieuw mineraal dat gevonden werd in het Falun district in Zweden. Uit zijn analyse concludeerde hij dat hij een nieuw element had gevonden. Hij noemde het element thorium, ter ere van de Scandinavische god Thor.tien jaar later maakte Berzelius bekend dat hij een fout had gemaakt. De stof die hij had gevonden was geen nieuw element, maar de verbinding yttriumfosfaat (YPO4).
kort daarna meldde Berzelius opnieuw dat hij een nieuw element had gevonden. Deze keer had hij gelijk., Hij koos ervoor om thorium als naam voor dit element te behouden.op het moment dat Berzelius zijn ontdekking deed, was het concept van radioactiviteit onbekend. Radioactiviteit is het proces waarbij een element spontaan afbreekt en straling afgeeft. In dat proces verandert het element vaak in een nieuw element. Een van de eerste wetenschappers die radioactiviteit bestudeerde was Curie. In 1898 kondigde zij samen met Schmidt aan dat Berzelius thorium radioactief was.
fysische eigenschappen
Thorium is een zilverwit, zacht metaal, enigszins vergelijkbaar met lood ., Het kan worden gehamerd, gerold, gebogen, gesneden, gevormd, en gelast vrij gemakkelijk. De algemene fysische eigenschappen zijn enigszins vergelijkbaar met die van lood. Het heeft een smeltpunt van ongeveer 1.800°C (3.300 ° F) en een kookpunt van ongeveer 4.500°C (8.100°F). De dichtheid van thorium is ongeveer 11,7 gram per kubieke centimeter.
chemische eigenschappen
Thorium is oplosbaar in zuren en reageert langzaam met zuurstof bij kamertemperatuur. Bij hogere temperaturen reageert het sneller met zuurstof en vormt het thoriumdioxide (ThO2).,
voorkomen in de natuur
Thorium is een relatief overvloedig element in de aardkorst. Wetenschappers schatten dat de korst ongeveer 15 delen per miljoen van het element bevat. Dat is vanuit commercieel oogpunt belangrijk. Het betekent dat thorium veel overvloediger is dan een ander belangrijk radioactief element, uranium . Uranium wordt gebruikt in kernreactoren om elektriciteit op te wekken en bij het maken van kernwapens (atoombommen). Wetenschappers geloven dat thorium uranium kan vervangen voor deze doeleinden., Met meer thorium dan uranium beschikbaar, zou het goedkoper zijn om elektriciteit te maken met thorium dan uranium.
de meest voorkomende ertsen van thorium zijn thoriet en Monazit. Monazite is een relatief veel voorkomende vorm van strandzand. Het kan worden gevonden, onder andere plaatsen, op de stranden van Florida. Dit zand kan tot 10 procent thorium bevatten.
Thorium in plaats van uranium?
u ranium is een van de belangrijkste elementen in de wereld van vandaag. Waarom? Een van zijn isotopen ondergaat kernsplijting. Kernsplijting vindt plaats wanneer neutronen botsen met de kern van een uraniumatoom., Als dat gebeurt, splitst de uraniumkern zich. Er komen enorme hoeveelheden energie vrij. Die energie kan worden gebruikt voor massavernietiging in de vorm van atoombommen, of voor vreedzame energieproductie in kerncentrales.
Er zijn echter twee problemen met het gebruik van uranium voor kernsplijting. Ten eerste, van de drie isotopen van uranium (uranium-234, uranium-235 en uranium-238), ondergaat slechts één—uranium-235—splijting. Het tweede probleem is dat deze isotoop van uranium vrij zeldzaam is. Van elke 1000 uraniumatomen zijn er maar zeven uranium-235., Tonnen uraniumerts moeten worden verwerkt en verrijkt om kleine hoeveelheden van deze kritische isotoop te maken. Het is moeilijk en extreem duur.de wetenschappers weten dat een andere isotoop van uranium, uranium-233, ook splijting zal ondergaan. Het probleem is dat uranium-233 niet in de natuur voorkomt. Dus hoe kan het worden gebruikt om atoomwapens of kernenergie te maken?
De truc is om te beginnen met een isotoop van thorium, thorium-232. Thorium-232 heeft een zeer lange halfwaardetijd van 14 miljard jaar., Als thorium-232 wordt gebombardeerd met neutronen, ondergaat het een reeks nucleaire veranderingen, eerst thorium-233, dan protactinium-233 en tenslotte uranium-233. Het hele proces duurt slechts ongeveer een maand. Aan het einde van de maand is een levering van uranium-233 geproduceerd. Deze isotoop van uranium heeft een vrij lange halfwaardetijd, ongeveer 163.000 jaar. Dus als het eenmaal gemaakt is, blijft het nog lang hangen. Het kan dan worden gebruikt voor kernsplijting.de wetenschappers zouden graag een manier vinden om dit proces te gebruiken om uranium-233 economisch te maken. Thorium is veel overvloediger dan uranium., Het zou veel goedkoper zijn om kernbommen en kerncentrales te maken met thorium dan met uranium.
helaas heeft niemand bedacht hoe het proces op grote schaal kan werken. Een kernreactor met thorium werd gebouwd in de buurt van Platteville, Colorado, in 1979. Er ontstonden echter een aantal economische en technische problemen. Na slechts tien jaar bedrijf werd de fabriek stilgelegd. De belofte van thoriumsplijtingsinstallaties moet nog werkelijkheid worden.,
Er is enige hoop dat thorium ooit kan worden gebruikt in kerncentrales, waar kernreacties worden gebruikt om elektriciteit op te wekken.
isotopen
Er zijn meer dan twee dozijn thoriumisotopen bekend. Ze zijn allemaal radioactief. De isotoop met de langste halfwaardetijd is thorium-232. De halfwaardetijd is ongeveer 14 miljard jaar. Isotopen zijn twee of meer vormen van een element. Isotopen verschillen van elkaar afhankelijk van hun massa. Het getal dat aan het recht van de naam van het element is geschreven, is het massagetal., Het massagetal is het aantal protonen plus neutronen in de kern van een atoom van het element. Het aantal protonen bepaalt het element, maar het aantal neutronen in het atoom van een element kan variëren. Elke variatie is een isotoop.
De halfwaardetijd van een radioactief element is de tijd die nodig is om de helft van een monster van het element af te breken. Na een halfwaardetijd (14 miljard jaar), zou slechts 5 gram van een tien-gram monster van thorium-232 overblijven. De resterende 5 gram zou zijn afgebroken om een nieuwe isotoop te vormen.,
extractie
het thorium in Monaziet, thoriet of andere mineralen wordt eerst omgezet in thoriumdioxide (ThO2). Dit thoriumdioxide wordt vervolgens verhit met calcium om het vrije element te verkrijgen:
toepassingen en verbindingen
Thorium en verbindingen daarvan hebben relatief weinig toepassingen. De belangrijkste thoriumverbinding in de handel is thoriumdioxide. Deze verbinding heeft het hoogste smeltpunt van om het even welk oxide, ongeveer 3.300°C (6.000°F). Het wordt gebruikt in keramiek op hoge temperatuur. Een keramiek is een materiaal gemaakt van aardse materialen, zoals zand of klei., Stenen, tegels, cement en porselein zijn voorbeelden van keramiek. Thoriumdioxide wordt ook gebruikt bij de vervaardiging van speciaal glas en als katalysator. Een katalysator is een stof die wordt gebruikt om een chemische reactie te versnellen of te vertragen zonder zelf enige verandering te ondergaan.
het enige apparaat waarin de meeste mensen waarschijnlijk thoriumdioxide hebben gezien, bevindt zich in draagbare gaslantaarns. Deze lantaarns bevatten een gaasachtig materiaal dat een mantel wordt genoemd. Gas dat door de mantel gaat wordt ontstoken om een zeer hete, heldere witte vlam te produceren. Die vlam zorgt voor het licht in de lantaarn., De mantel in de meeste lantaarns was ooit gemaakt van thoriumdioxide omdat het erg heet kan worden zonder te smelten.
het thoriumdioxide in een gasmantel is radioactief. Maar het is geen gevaar voor mensen, omdat de gebruikte hoeveelheid zo klein is. Toch worden gasmantels in de Verenigde Staten niet langer gemaakt met thorium. Er zijn veiliger substituten gevonden.
een andere thoriumverbinding, thoriumfluoride (ThF4), wordt gebruikt in koolstofbooglampen voor filmprojectoren en zoeklichten. Een carbon booglamp bevat een stuk koolstof (houtskool) waaraan andere stoffen (zoals ThF4) zijn toegevoegd., Wanneer een elektrische stroom door de koolstof wordt geleid, geeft het een helder wit licht af. De aanwezigheid van thoriumfluoride maakt dit licht nog helderder.
gezondheidseffecten
zoals bij alle radioactieve stoffen is thorium gevaarlijk voor de gezondheid van mensen en andere dieren. Het moet met grote voorzichtigheid worden behandeld. Levende cellen die straling absorberen worden beschadigd of gedood. Het inademen van een radioactief element is vooral gevaarlijk omdat het kwetsbare interne weefsels blootlegt.