Készítette: Tóth Krisztián. Web: http://krissz.hu

Tórium

90
232.038
4
Th
6d2
5f0
Tórium
Alapadatok
Név, vegyjel, rendszám tórium, Th, 90
Elemi sorozat átmenetifémek
Csoport, periódus, mező ?, 7, f
Megjelenés ezüstfehér
Atomtömeg 232,0381(1) g/mol
Elektronszerkezet [Rn] 6d2 7s2
Elektronok héjanként 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 11,7 g/cm³
Olvadáspont 2115 K
(1842 °C, 3348 °F)
Forráspont 5061 K
(4788 °C, 8650 °F)
Olvadáshő 13,81 kJ/mol
Párolgáshő 514 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 26,230 J/(mol·K)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös lapközéppontos
Oxidációs állapotok 4, 3, 2
(gyengén bázikus oxid)
Elektronegativitás 1,3 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 587 kJ/mol
Atomsugár 180 pm
Egyéb jellemzők
Mágnesség paramágneses
Elektromos ellenállás (0 °C) 147 nΩ·m
Hővezetési tényező (300 K) 54,0 W/(m·K)
Hőtágulási tényező (25 °C) 11,0 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (20 °C) 2490 m/s
Young-modulus 79 GPa
Nyírási modulus 31 GPa
Bulk modulusz 54 GPa
Poisson-arányszám 0,27
Mohs-keménység 3,0
Vickers-keménység 350 MPa
Brinell-keménység 400 HB
CAS-szám 7440-29-1

A Tórium bővebb leírása

A tórium a periódusos rendszer egyik kémiai eleme. Vegyjele Th, rendszáma 90. Nyelvújításkori neve tereny[1]. Az f mezőbe, az aktinoidák közé tartozik, épp ezért eléggé ritka. Egy természetes (232Th), és további 24 mesterséges izotópja ismert. Csaknem mindegyik alfa-bomló.

Felfedezése

A tóriumot Jöns Jakob Berzelius svéd kémikus fedezte fel a XIX. sz. elején. Az oxidját találta meg egy sziklában, amelyből később a fémet is előállította. Az új fém nevét a viking viharistenről, Thorról kapta.

Fizikai tulajdonságai

Elemi állapotban platinafényű, puha fém. Az elektromosságot jól vezeti. Olvadáspontja és sűrűsége viszonylag nagy (1842oC, ill. 11,75 g/cm3). Érdekessége, hogy a 232Th felezési (14 milliárd év) ideje megközelíti a világegyetem életkorát, és jóval nagyobb, mint a Föld életkora.

Kémiai tulajdonságai

Szobahőmérsékleten igen ellenálló, itt csak a füstölgő sósav (HCl) és a királyvíz hatnak rá. 500oC körül már megtámadják a halogének. Magasabb hőmérsékleten csak a savakban oldódik, alkálilúgokban nem. Oxigénnel tórium-oxiddá (ThO2), nitrogénnel tórium-nitriddé (Th3N4) alakul. az előbbi vegyületei jól mutatják, hogy vegyületeiben az oxidációs száma +4. Finom por alakjában pirofóros.

Előfordulás és előállítás

A cériumot kíséri a monacit (CePO4) nevű ásványban. Saját ásványai még a torit (ThSiO4) és a keralit. Ezekből előbb kinyerik az oxidját (ThO2), majd ezt különböző eljárásokkal fémmé redukálják. A Föld tóriumtartalékait különböző kutatások 1,5 és 2 millió tonna közé teszik, a legjelentősebb lelőhelyek Ausztráliában, Indiában, Brazíliában és Törökországban találhatók.

Felhasználás

Magnéziumötvözeteket állítanak elő belőle, valamint a gázizzók "harisnyáját" is tórium-oxidból készítik (világítási hatásfok emelése végett). Az atomreaktorokban alkalmazzák az urán helyett. Egy tonna tórium ilyen szempontból 200 tonna uránnak, vagy 3,5 millió tonna szénnek felel meg, ráadásul nem marad utána veszélyes hulladék, és a tóriumalapú reaktorokat nem kell nagy nyomású vízzel hűteni, kisebbek és olcsóbbak lehetnek. Az első, tóriummal működő kísérleti reaktorok már működnek Indiában és az USA-ban, de a teljes átállás nagyon drága lenne. Egyes számítások szerint egy tóriumos erőmű felépítése nagyjából hárommilliárd dollárba kerül, viszont ha egyszer elindult, környezetbarát módon és olcsón üzemeltethető nagyon sokáig.

Atomerőművi hasznosítása

Sóolvadékos reaktor vázlata

A tórium izotópjainak bomlása nem termel neutronokat, ezért láncreakció létrehozására nem alkalmas. Mégis, vannak kísérleti erőművek tórium üzemanyaggal. A láncreakció megindításához olyan anyagot használnak, amely primer neutronforrás. A jelenlegi kísérleteknél ez uránium 233, amely maga is mesterségesen előállított izotóp, és UF4, vagy UF6 formájában elegyítik a rendszerrel.[2] A 232Th egy neutron befogásával 233U-má alakul át. A rendszer maga az LFTR (liquid fluoride thorium reactor) sóolvadékos üzemű reaktor.[3] A sóolvadék általában erősen korrozív hatású LiF, vagy BeF2, ebben oldódik fel a tórium fém. A reaktor primer körében tehát LiF-ban oldott Th cirkulál, és hőcserélőn adja át a hőt a reaktor szekunder körében áramló folyadéknak. A hatvanas években néhány évig már működött egy kísérleti sóolvadékos (MSRE) erőmű az Egyesült Államokban (Oak Ridge), kb. 7,4 MW teljesítménnyel. A hőmérséklet a LiF és az UF6 eutektikus pontja közelében (tehát folyékony állapotú üzemanyaggal), 700 fok felett működött. A sóoldat jól bírta a nagy neutronfluxust, ám a reaktor szerkezeti anyagaiban károsodást észleltek. A fémes szerkezeti anyagok (nikkel–molibdén ötvözet) korróziója olyan mértékű volt, hogy ezt a kísérlet be kellett fejezniük.

A reakció lefolyása a következő:

\mathrm{n}+{}_{\ 90}^{232}\mathrm{Th}\rightarrow {}_{\ 90}^{233} \mathrm{Th} \xrightarrow{\beta^-} {}_{\ 91}^{233}\mathrm{Pa} \xrightarrow{\beta^-} {}_{\ 92}^{233}\mathrm{U}

A tórium egy neutron befogása után 233-as tömegszámú tóriummá alakul, amely β bomlással 233-as protaktíniummá változik. Ez egy másodlagos β bomlással, elektron és antineutrínó kibocsátása árán 233 tömegszámú urániummá alakul.[4]