Thorium ist eines der wenigen radioaktiven Elemente, die entdeckt wurden, lange bevor der eigentliche Begriff „Radioaktivität“ auftauchte.

Es ist merkwürdig, dass der Name dieses Elements dreizehn Jahre früher auftauchte, als es tatsächlich entdeckt wurde. Das kommt nicht oft vor.
Der herausragende schwedische Wissenschaftler Jens Jakob Berzelius wurde in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts zu Recht als ungekrönter König der Chemiker bezeichnet. Als Mann mit enzyklopädischem Wissen und exzellentem Analytiker arbeitete Berzelius sehr fruchtbar und machte fast nie Fehler. Seine Autorität war so hoch, dass die meisten Chemiker seiner Zeit, bevor sie das Ergebnis einer wichtigen Arbeit veröffentlichten, eine Nachricht nach Stockholm, an Berzelius, schickten. In seinem Labor wurden die Atomgewichte der meisten damals bekannten Elemente (ca. 50) bestimmt, Cer und Calcium, Strontium und Barium, Silizium und Zirkonium in freiem Zustand isoliert, Selen und Thorium entdeckt. Aber gerade bei der Entdeckung des Thoriums machte der unfehlbare Berzelius zwei Fehler.

1815 entdeckte Berzelius bei der Analyse eines seltenen Minerals, das in der Region Falun (Schweden) gefunden wurde, das Oxid eines neuen Elements darin. Dieses Element wurde Thorium zu Ehren der allmächtigen altnordischen Gottheit Thor genannt. (Der Legende nach war Thor gleichzeitig ein Kollege von Mars und Jupiter - dem Gott des Krieges, des Donners und des Blitzes.)

Zehn Jahre vergingen, bis Berzelius seinen Fehler entdeckte: Die Substanz, die er für Thoriumoxid hielt, entpuppte sich tatsächlich als Phosphat des bereits bekannten Yttriums.

Nachdem Berzelius Thorium "begraben" hatte, "wiederbelebte" es es. Drei Jahre später wurde ihm aus Norwegen ein weiteres seltenes Mineral zugesandt, das heute Thorit (ThSiO 4) heißt. Thorit enthält bis zu 77 % Thoriumoxid ThO 2 . Es war für Berzelius nicht schwierig, eine so klare Komponente zu erkennen. Nachdem Berzelius die ausgewählte Erde untersucht hatte, war er überzeugt, dass dies das Oxid eines neuen Elements war, auf das der Name "Thorium" überging.

Berzelius gelang es nicht, reines metallisches Thorium zu erhalten. Zwar reduzierte er die Fluoridverbindungen des neuen Elements mit Kalium und erhielt ein stark mit Verunreinigungen belastetes graues Metallpulver. Aufgrund dieser Verunreinigungen ist bei der Beschreibung der Eigenschaften des elementaren Thoriums ein zweiter Fehler, oder vielmehr eine Reihe von Fehlern, unterlaufen.

Ein reines Thoriumpräparat wurde erst 1882 von einem anderen berühmten schwedischen Chemiker, dem Entdecker von Scandium, Lars Frederik Nilson, erhalten.

Das nächste wichtige Ereignis in der Geschichte des Elements Nr. 90 ereignete sich 1898, als Maria Sklodowska-Curie und der deutsche Wissenschaftler Herbert Schmidt unabhängig voneinander und fast gleichzeitig entdeckten, dass Thorium radioaktiv ist. Sklodowska-Curie stellte gleichzeitig fest, dass die Aktivität von reinem Thorium noch höher ist als die von Uran.

Radioaktivität ist der Hauptgrund für das derzeit erhöhte Interesse an Element Nr. 90. Thorium wird zunehmend als Rohstoff in der Kernenergieindustrie verwendet. Primärkernbrennstoff zu erhalten; aber lass uns nicht vorgreifen.

Es ist ganz offensichtlich, dass die erste Bekanntschaft mit Thorium der Menschheit nichts Besonderes versprach. Ein gewöhnliches grauweißes Metall, ziemlich feuerfest (Schmelzpunkt 1750 ° C), aber von geringer Festigkeit und sehr instabil gegen Korrosion. Beispielsweise ist die Korrosionsrate von Thorium und darauf basierenden Legierungen in heißem Wasser hundertmal höher als die von Aluminium. Folglich war Thorium als Strukturmaterial oder Basis für Strukturmaterialien nicht von Interesse.

Schnell wurde klar, dass Thorium-Zusätze Legierungen auf Basis von Eisen und Kupfer festigen, Thorium jedoch keine besonderen Vorteile gegenüber anderen Legierungselementen hatte. Bis das Legieren mit Thorium praktische Bedeutung erlangte, vergingen viele Jahre. Mehrkomponentenlegierungen auf Magnesiumbasis sind heute in der Luftfahrt- und Wehrtechnik weit verbreitet. Neben Zink, Mangan, Zirkonium gehören Thorium und Seltenerdelemente dazu. Thorium erhöht die Festigkeit und Hitzebeständigkeit dieser leichten Legierungen, die zur Herstellung kritischer Teile von Düsenflugzeugen, Raketen, elektronischen Geräten usw. verwendet werden, erheblich.

Jetzt Thorium Es wird auch als Katalysator verwendet - in Prozessen der organischen Synthese und des Crackens von Öl sowie bei der Herstellung von flüssigem Brennstoff aus Kohle. Aber das alles ist sozusagen die Aneignung des 20. Jahrhunderts. Im 19. Jahrhundert fand nur eine Verbindung des Elements Nr. 90 Eingang in die Praxis - sein Dioxid ThO 2. Es wurde bei der Herstellung von gasbefeuerten Gittern verwendet.

Ende des 19. Jahrhunderts. Gasbeleuchtung war häufiger als elektrische. Die vom prominenten österreichischen Chemiker Karl Auer von Welsbach erfundenen Kappen aus Cer- und Thoriumoxid erhöhten die Helligkeit und veränderten das Spektrum der Flamme von Gashörnern - ihr Licht wurde heller und glatter.

Aus Thoriumdioxid – einer sehr feuerfesten Verbindung – versuchten sie auch, Tiegel zum Schmelzen seltener Metalle herzustellen. Dieser Stoff löste sich jedoch trotz höchster Temperaturen teilweise in vielen flüssigen Metallen und verunreinigte diese. Daher wurden ThO 2 -Tiegel nicht weit verbreitet verwendet.

Wahrscheinlich wäre ein Gespräch über die praktische Anwendung von Thorium im Allgemeinen sinnlos, wenn die Menschheit nur Thorium in Thorit eingeschlossen hätte. Dieses Mineral ist sehr reich, aber selten, genau wie ein anderes reiches Thoriummineral - Thorianit (Th, U) O 2,

Ende des letzten Jahrhunderts wurde jedoch unter Beteiligung von Auer von Welsbach mit der Erschließung von Monazitsanden an der Atlantikküste Brasiliens begonnen. Das Mineral Monazit ist die wichtigste Quelle sowohl für Seltenerdelemente als auch für Thorium. Im Allgemeinen wird die Formel dieses Minerals normalerweise so geschrieben: (Ce, Th) RO 4, aber es enthält neben Cer auch Lanthan und Praseodym sowie Neodym und andere seltene Erden. Und außerdem Thorium - Uran.

Thorium in Monazit enthält in der Regel 2,5 bis 12%. Reiche Monazitseifen finden sich neben Brasilien auch in Indien, den USA, Australien und Malaysia. Es sind auch geäderte Lagerstätten dieses Minerals bekannt - im südlichen Afrika.

Der oben erwähnte Thorit und Thorianit (und eine Variante des letzteren - Uranothorianit) gelten ebenfalls als Industriemineralien von Thorium, aber ihr Anteil an der Weltproduktion dieses Elements ist völlig unbedeutend. Die berühmteste Uranothorianit-Lagerstätte befindet sich auf der Insel Madagaskar.

Es wäre falsch, Thorium als ein sehr seltenes Metall zu betrachten. In der Erdkruste sind es 8-10 "4 %, etwa so viel wie Blei. Aber Thorium-Rohstoffe sind immer komplexe Rohstoffe.

Extraktion von Thorium aus Monazit

Monazit ist ein langlebiges Mineral, witterungsbeständig. Bei der in tropischen und subtropischen Zonen besonders intensiven Gesteinsverwitterung, bei der fast alle Mineralien zerstört und aufgelöst werden, verändert sich Monazit nicht. Bäche und Flüsse tragen es zusammen mit anderen stabilen Mineralien - Zirkon, Quarz, Titanmineralien - ins Meer. Die Wellen der Meere und Ozeane vervollständigen die Arbeit der Zerstörung und Sortierung der in der Küstenzone angesammelten Mineralien. Unter ihrem Einfluss kommt es zu einer Konzentration schwerer Mineralien, weshalb der Sand der Strände eine dunkle Farbe annimmt. So bilden sich an den Stränden Monazit-Seifen. Aber natürlich wird Monazitsand auch mit Quarz, Zirkon, Rutilsand ... gemischt. Daher ist die erste Stufe der Thoriumproduktion die Gewinnung von reinem Monazitkonzentrat.

Zur Abtrennung von Monazit werden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen eingesetzt. Anhand von Dichteunterschieden der Minerale und ihrer Benetzbarkeit mit verschiedenen Flüssigkeiten erfolgt zunächst eine grobe Trennung auf Desintegratoren und Konzentrationstabellen. Die Feinabscheidung erfolgt durch elektromagnetische und elektrostatische Abscheidung. Das so erhaltene Konzentrat enthält 95-98 % Monazit. Danach beginnt der schwierigste Teil. Die Trennung von Thorium ist äußerst schwierig, da Monazit Elemente enthält, die ähnliche Eigenschaften wie Thorium haben - Seltenerdmetalle, Uran ... Lassen Sie uns ganz allgemein über die Isolierung von Thorium sprechen.

Zunächst wird das Mineral „geöffnet“. Dazu wird Monazit unter industriellen Bedingungen mit heißen konzentrierten Lösungen von Schwefelsäure oder Natronlauge behandelt. Die im ersten Fall gebildeten Sulfate von Thorium, Uran und Seltenen Erden sind wasserlöslich. Bei einer alkalischen Öffnung verbleiben die wertvollsten Bestandteile des Monazit in Form fester Hydroxide im Sediment, die dann in lösliche Verbindungen umgewandelt werden. Im nächsten Schritt erfolgt die „Entwöhnung“ von Uran und Thorium aus Seltenen Erden. Heute werden dafür hauptsächlich Extraktionsverfahren eingesetzt. Am häufigsten werden Thorium und Uran aus wässrigen Lösungen mit nicht mit Wasser mischbarem Tributylphosphat extrahiert. Die Trennung von Uran und Thorium erfolgt im Stadium der selektiven Reextraktion. Unter bestimmten Bedingungen wird Thorium aus einem organischen Lösungsmittel in eine wässrige Lösung von Salpetersäure gezogen, während Uran in der organischen Phase verbleibt. Wir möchten noch einmal betonen, dass hier nur eine schematische Darstellung beschrieben wird – in der Praxis ist alles viel komplizierter.

Nachdem das Thorium abgetrennt wurde, ist es notwendig, seine Verbindungen in ein Metall umzuwandeln. Zwei Verfahren sind üblich: die Reduktion von ThO 2 -Dioxid oder ThF 4 -Tetrafluorid mit Calciummetall und die Elektrolyse von geschmolzenen Thoriumhalogeniden. Üblicherweise ist das Produkt dieser Umwandlungen Thoriumpulver, das dann im Vakuum bei 1100–1350°C gesintert wird.

Die zahlreichen Schwierigkeiten bei der Thoriumproduktion werden durch die Notwendigkeit eines zuverlässigen Strahlenschutzes verschärft.

Radioaktivität ist die wichtigste Eigenschaft von Thorium. Aber die allerersten eingehenden Untersuchungen dieses Phänomens in der neuen Einrichtung brachten unerwartete Ergebnisse. Die Radioaktivität von Thorium zeichnete sich durch eine seltsame Ungereimtheit aus: Ob der Experimentator die Tür zuschlägt, niest oder anzündet, die Intensität der Strahlung ändert sich. Die ersten, die auf diese Kuriosität stießen und mit Thorium zu arbeiten begannen, waren zwei junge Professoren an der McGill University in Montreal - E. Rutherford und R.B. Owens. Sie waren sehr überrascht, als nach sorgfältiger Belüftung des Labors die Radioaktivität des Thoriums vollständig unsichtbar wurde! Radioaktivität hängt von der Luftbewegung ab?!

Es lag nahe anzunehmen, dass die Aktivität vom Thorium „weggeblasen“ wird, weil beim Zerfallsprozess ein radioaktives gasförmiges Produkt entsteht. Es wurde entdeckt, untersucht und eine Emanation von Thorium oder Thoron genannt. Nun wird dieser Name relativ selten verwendet: Tori ist besser bekannt als das Isotop Radon-220.

Bald darauf, im Jahr 1902, isolierte F. Soddy im gleichen Montrealer McGill-Labor ein weiteres neues radioaktives Produkt, Thorium-X, aus einer Endsalzlösung. Thorium-X wurde überall dort gefunden, wo Thorium vorhanden war, aber nach der Trennung von Thorium nahm die Intensität seiner Strahlung schnell ab. In weniger als vier Tagen halbierte sie sich und fiel weiter exponentiell! So kam das Konzept der Halbwertszeit in die Physik. Später stellte sich heraus, dass Thorium-X ein vergleichsweise kurzlebiges Isotop von Radium-224 ist.

Im Laufe der Zeit wurden zahlreiche Produkte alchemistischer Umwandlungen von Thorium entdeckt. Rutherford studierte sie, stellte genetische Verbindungen her. Basierend auf diesen Studien formulierte er das Gesetz der radioaktiven Umwandlungen, und im Mai 1903 schlug der Wissenschaftler ein Schema für sukzessive Zerfälle der natürlichen radioaktiven Reihe von Thorium vor.

Es stellte sich heraus, dass Thorium der Vorfahre einer ziemlich großen Familie war. „Vorfahre“, „Familie“ – diese Wörter werden hier nicht der Darstellung wegen, sondern als allgemein akzeptierte wissenschaftliche Begriffe verwendet. In seiner Familie könnte Thorium auch als Patriarch bezeichnet werden: Er zeichnet sich durch die größte Langlebigkeit in dieser Serie aus. Die Halbwertszeit von Thorium-232 (und fast das gesamte natürliche Thorium ist das 232-Th-Isotop) beträgt 13,9 Milliarden Jahre. Das Alter aller "Sprossen einer Adelsfamilie" ist unvergleichlich kürzer: Das langlebigste unter ihnen - Mesothorium-I (Radium-228) - hat eine Halbwertszeit von 6,7 Jahren. Die meisten Isotope der Endserie "leben" nur Tage, Stunden, Minuten, Sekunden und manchmal sogar Millisekunden. Das letzte Zerfallsprodukt von Thorium-232 ist Blei, genau wie Uran. Aber "Uran"-Blei und "Thorium"-Blei sind nicht genau dasselbe. Thorium wird schließlich zu Blei-208 und Uran-238 zu Blei-206.

Die Konstanz der Zerfallsrate und das gemeinsame Vorhandensein von Mutter- und Tochterisotopen in Mineralien (in einem bestimmten radioaktiven Gleichgewicht) ließ bereits 1904 nachweisen, dass sie zur Messung des geologischen Alters verwendet werden können. Diese Idee wurde zuerst von einem der klügsten Köpfe seiner Zeit zum Ausdruck gebracht – Pierre Curie.

Geschichte

In der Natur sein

Thorium kommt fast immer in Mineralien der Seltenen Erden vor, die als eine der Quellen seiner Produktion dienen. Der Thoriumgehalt in der Erdkruste beträgt 8-13 g/t, im Meerwasser - 0,05 µg/l. In magmatischen Gesteinen nimmt der Thoriumgehalt von sauer (18 g/t) zu basisch (3 g/t) ab. Im Zusammenhang mit Pegmatit- und postmagmatischen Prozessen sammelt sich eine erhebliche Menge Thorium an, während sein Gehalt mit zunehmender Kaliummenge in den Gesteinen zunimmt. Die Hauptvorkommensform von Thorium in Gesteinen ist der Hauptbestandteil von Uran-Thorium oder eine isomorphe Verunreinigung in Begleitmineralien. In postmagmatischen Prozessen unter bestimmten günstigen Bedingungen (Anreicherung von Lösungen in Halogenen, Alkalien und Kohlendioxid) kann Thorium in hydrothermale Lösungen migrieren und in Skarn-Uran-Thorium- und Granat-Diopsid-Orthit-Lagerstätten fixiert werden. Hier sind die wichtigsten Thoriumminerale Monazitsand und Ferritorite. Thorium sammelt sich auch in einigen Greisenvorkommen an, wo es in Ferritorit konzentriert wird oder Mineralien bildet, die Titan, Uran usw. enthalten. Es ist in Form von Verunreinigungen zusammen mit Uran in fast jedem Glimmer (Phlogopit, Muskovit) in der Zusammensetzung enthalten , etc.) - gesteinsbildende Mineralien Granit. Daher dürfen die Granite einiger Lagerstätten (aufgrund schwacher, aber längerer Exposition gegenüber gefährlicher Strahlung für Menschen) während des Baus nicht als Füllstoff für Beton verwendet werden.

Geburtsort

Thorium kommt hauptsächlich in 12 Mineralien vor.

Vorkommen dieser Mineralien sind in Australien, Indien, Norwegen, den USA, Kanada, Südafrika, Brasilien, Pakistan, Malaysia, Sri Lanka, Kirgisistan und anderen Ländern bekannt.

Bergbau

Nach Eingang von Thorium werden thoriumhaltige Monazitkonzentrate einer Öffnung mit Säuren oder Laugen unterzogen. Seltenerdelemente werden durch Extraktion mit Tributylphosphat und Sorption extrahiert. Weiterhin wird Thorium aus einem Gemisch von Metallverbindungen in Form von Dioxid, Tetrachlorid oder Tetrafluorid isoliert.

Metallisches Thorium wird dann durch Metallothermie (Kalzium, Magnesium oder Natrium) bei 900-1000 ° C aus Halogeniden oder Oxiden isoliert:

T h F 4 + 2 C ein ⟶ T h + 2 C ein F 2 (\displaystyle (\mathsf (ThF_(4)+2Ca\longrightarrow Th+2CaF_(2))))

Chemische Eigenschaften

Thorium gehört zur Familie der Aktiniden. Dennoch macht die spezifische Konfiguration der Elektronenhüllen es in einigen Eigenschaften Ti, Zr, Hf nahe.

Thorium kann die Oxidationsstufen +4, +3 und +2 aufweisen. Die stabilsten +4. Thorium zeigt Oxidationsstufen +3 und +2 in Halogeniden mit Br und I, die durch Einwirkung starker Reduktionsmittel in der festen Phase erhalten werden. Das Th 4+ -Ion ist durch eine starke Neigung zur Hydrolyse und zur Bildung von Komplexverbindungen gekennzeichnet.

Thorium ist in basischen Säuren schlecht löslich. Es ist in Gegenwart von Fluorionen in konzentrierten Lösungen von HCl (6–12 mol/l) und HNO 3 (8–16 mol/l) löslich. Leicht löslich in Königswasser. Reagiert nicht mit Ätzalkalien.

Beim Erhitzen interagiert es mit Wasserstoff, Halogenen, Schwefel, Stickstoff, Silizium, Aluminium und einer Reihe anderer Elemente. Beispielsweise bildet es in einer Wasserstoffatmosphäre bei 400–600°C ThH 2 -Hydrid.

Physikalische Eigenschaften

Thorium ist ein silbrig-weißes, glänzendes, weiches, formbares Metall. Das Metall ist pyrophor, daher wird empfohlen, Thoriumpulver in Kerosin zu lagern. An der Luft läuft ein reines Metall langsam an und verdunkelt sich, wenn es erhitzt wird, entzündet es sich und brennt mit einer hellweißen Flamme unter Bildung von Dioxid. In kaltem Wasser korrodiert es relativ langsam, in heißem Wasser ist die Korrosionsrate von Thorium und darauf basierenden Legierungen sehr hoch.

Thorium hat bis 1400°C ein kubisch flächenzentriertes Gitter, oberhalb dieser Temperatur ist ein kubisch raumzentriertes Gitter stabil. Bei einer Temperatur von 1,4 K weist Thorium supraleitende Eigenschaften auf.

Schmelzpunkt 1750°C; Siedepunkt 4788°C. Schmelzenthalpie 19,2, Verdampfung 513,7 kJ/mol. Die Austrittsarbeit von Elektronen beträgt 3,51 eV. Die Ionisationsenergien M → M+ , M+ → M2+, M2+ → M3+, M3+ → M4+ sind 587, 1110, 1978 bzw. 2780 kJ/mol.

Isotope

Ab 2012 sind 30 Isotope von Thorium und 3 weitere angeregte metastabile Zustände einiger seiner Nuklide bekannt.

Nur eines der Thoriumnuklide (Thorium-232) hat eine ausreichend lange Halbwertszeit im Verhältnis zum Alter der Erde, daher besteht fast alles natürliche Thorium nur aus diesem Nuklid. Einige seiner Isotope lassen sich in Spuren in natürlichen Proben bestimmen, da sie in der radioaktiven Reihe von Radium, Actinium und Thorium enthalten sind und historische, heute veraltete Namen haben:

• Radioaktinium 227 Th
• Radiothorium 228 Th
• Ionium 230 Th
• Uran Y 231 Th
• Uran X1 234 Th

Die stabilsten Isotope sind 232 Th (Halbwertszeit 14,05 Milliarden Jahre), 230 Th (75380 Jahre), 229 Th (7340 Jahre), 228 Th (1,9116 Jahre). Die restlichen Isotope haben Halbwertszeiten von weniger als 30 Tagen (die meisten von ihnen haben Halbwertszeiten von weniger als 10 Minuten).

Anwendung

Thorium hat eine Reihe von Anwendungen, bei denen es manchmal eine unverzichtbare Rolle spielt. Die Position dieses Metalls im Periodensystem der Elemente und die Struktur des Kerns bestimmten seine Verwendung im Bereich der friedlichen Nutzung der Atomenergie.

Thorium-232 ist ein Even-Even-Isotop (eine gerade Anzahl von Protonen und Neutronen), daher ist es nicht in der Lage, thermische Neutronen zu spalten und ein Kernbrennstoff zu sein. Aber wenn ein thermisches Neutron eingefangen wird, verwandelt sich 232 Th nach folgendem Schema in 233 U:

232 T h → 1 n 233 T h → β − 233 P a → β − 233 U (\displaystyle (\mathsf (^(232)Th(\xrightarrow[()](^(1)n))\ ^( 233)Th(\xrightarrow[()](\beta ^(-)))\ ^(233)Pa(\xrightarrow[()](\beta ^(-)))\ ^(233)U)))

Uran-233 ist wie Uran-235 und Plutonium-239 spaltbar, was mehr als ernsthafte Perspektiven für die Entwicklung der Kernenergie eröffnet (

Energie ist in der heutigen Zeit aus unserem Alltag kaum mehr wegzudenken. Ohne seine Verwendung und die Verwendung seiner Derivate. Energetik zieht sich wie ein roter Faden durch die gesamte Existenz der Menschheit. Zu allen Zeiten versuchten "Experten", das gewonnene Wissen und die natürlichen Quellen um uns herum zu nutzen, Elemente, um Energie zu gewinnen und umzuwandeln und sie für ihre Bedürfnisse zu verwenden.

Dabei wurden verschiedene wissenschaftliche Richtungen betrachtet und untersucht. Es wurden direkt umfangreiche Forschungen durchgeführt, um verschiedene chemische Elemente ihrer Reaktion während der Wechselwirkung und unter bestimmten Bedingungen zu untersuchen. Stoppen wir unsere Wahl bei einem so scheinbar "unauffälligen" radioaktiven chemischen Element wie Thorium.

Vorteile der Thoriumenergie

Thorium

Bescheidenes Thorium enthüllt bei näherer Betrachtung ziemlich interessante Fakten über die Geschichte seines Auftretens in der wissenschaftlichen Welt der Chemie.

1. Die erste Tatsache, wir nehmen an, dass das Element Thorium entdeckt wurde, lange bevor der eigentliche Begriff „Radioaktivität“ auftauchte;
2. Das zweite ist, dass der Name des Elements „Thorium“ 13 Jahre vor der Entdeckung des chemischen Elements selbst auftauchte;
3. Die dritte interessante Tatsache ist, dass das Element Thorium seinen Namen zu Ehren der alten skandinavischen allmächtigen Gottheit Thor erhielt. Die Skandinavier betrachteten Thor als den Gott des Krieges, des Donners und des Blitzes;
4. Die nächste historische Tatsache ist die Herstellung von reinem Thorium, nämlich dass Thorium zunächst nicht in seiner reinen Form, sondern in einer Legierung entdeckt wurde, die später 1828 den Namen Thorit erhielt – durch den ungekrönten König der Chemiker Berzelius. Das Element Thorium in seiner reinen Form wurde erstmals 1882 von dem berühmten schwedischen Chemiker Nilsson erhalten;
5. Ein weiteres wichtiges Ereignis in der Entstehungsgeschichte von Thorium ereignet sich 1898 zur Zeit der Bestimmung der Radioaktivität von reinem Thorium, die nach Maria Sklodowska-Curie sogar die Radioaktivität von Uran übersteigt.

Und doch - Thorium, was ist das für ein Element: ein radioaktives chemisches Element, das im Periodensystem unter der Nummer 90 steht und zur Gruppe III des Periodensystems gehört. Seine äußeren Merkmale sind ein silberweißes Weichmetall, das bei Wechselwirkung mit Luft bei Raumtemperatur leicht oxidiert und mit einem schwarzen Schutzfilm bedeckt wird.

Thoriumkraftwerke - die Energie der Zukunft

Die Verwendung von Thorium im Alltag

Wie bereits erwähnt, werden alle Forschungen und wissenschaftlichen Entdeckungen zum Wohle der Menschheit gemacht. Für den Einsatz im privaten und sozialen Bereich. Ursprünglich wurde Thorium im 19. Jahrhundert zur Beleuchtung verwendet.

Damit die Beleuchtung gleichmäßiger und heller wird, wurden Kappen auf die Gashörner aufgesetzt, die Thorium- und Ceroxid enthalten.

Später, mit der Entwicklung der Elektronik, wurde Thorium in Vakuumröhren und verwendet. Außerdem trägt der Thoriumzusatz zu Wolfram dazu bei, die Struktur des Glühfadens einer Glühlampe zu stabilisieren.

Thorium-Energie

In der modernen wissenschaftlichen und technischen Welt wird Thorium in verschiedenen Bereichen verwendet, wo es oft eine unersetzliche Rolle spielt. In der Metallurgie wird Thorium erfolgreich als Metall zur Erhöhung der Hitzebeständigkeit und Reißfestigkeit eingesetzt, außerdem wird es in der Luftfahrtindustrie als Härter verwendet, in der optischen Industrie wird Thorium als Zusatz zu Glas verwendet, was eine Erhöhung ermöglicht der Brechungsindex.

Aber der vielversprechendste Zweig der Entwicklung der Verwendung von Thorium ist die gesamte Kernkraft. Obwohl jetzt. Nach Tschernobyl und Fukushima hat der Atomwettlauf an Relevanz verloren, dennoch macht es Sinn, Thorium-Atomkraftwerke zu entwickeln und zu erforschen.

Denn beim Vergleich von aktuellen Kernkraftwerken und Kernkraftwerken, die mit Thorium-Generatoren betrieben werden, fallen Thorium-Kernkraftwerke gleich in mehrfacher Hinsicht positiv auf.

• Die Vorräte an Thorium in der Erdkruste sind um ein Vielfaches größer als die an Uran und kommen in den meisten Gesteinen vor, und das Vorkommen von Thorium findet sich auch im Meerwasser.
• Der nächste Vorteil ist, dass Thorium sofort nach seiner Extraktion ohne Anreicherung in den Reaktor geladen werden kann, was den Materialaustritt verringert und das Sicherheitsniveau erheblich erhöht;
• Auch der Vergleich der empfangenen Energiemenge fällt nicht zugunsten von Uran aus. Beim Durchlaufen des Zyklus wird aus einer Tonne Thorium zweihundertmal mehr Energie gewonnen als aus der gleichen Menge Uran;
• Der unbestreitbare Vorteil des Thoriumreaktors besteht auch darin, dass seine Erstellung in einem anderen Maßstab möglich ist, dh die Möglichkeit und dementsprechend der Vorteil, kleine zu erstellen;
• Nun, der Hauptvorteil des Thoriumreaktors ist seine Sicherheit. Es kann sowohl bei normalem als auch bei reduziertem Druck betrieben werden. Wenn plötzlich eine Situation auftritt, die zu einem Druckanstieg führt, kommt es zu einer Volumenzunahme des Thoriumgemischs, was zu einer Abnahme der Dichte und einer Verlangsamung der Kernreaktion und dementsprechend zu einem Stopp des Druckanstiegs führt. Daraus ist ersichtlich, dass die Explosion eines solchen Reaktors nach allen physikalischen Gesetzen ausgeschlossen ist.

Thorium oder Uran

Und abgesehen von allem anderen, wenn wir über den Übergang zur Thoriumenergie sprechen, ist dies kein so fantastisches und kostspieliges Unterfangen. Schließlich müssen selbst bei der Modernisierung der Reaktoren der derzeit bestehenden Kernkraftwerke und ihrer Umstellung auf Thoriumbrennstoff 100 Millionen Dollar ausgegeben werden, während sich die Kapazität eines solchen modernisierten Kern-Thoriumwerks mindestens verdoppelt. Wenn wir ein Kernkraftwerk auf einem Thoriumreaktor von Grund auf neu bauen - ein neues, müssen für den Bau etwa 2 bis 3 Milliarden Dollar bereitgestellt werden.

Bei einer genaueren Betrachtung erscheinen diese Beträge aber gar nicht so exorbitant, denn erstens amortisieren sich diese Kosten durch die um mehrere Größenordnungen gesteigerte Energieausbeute sehr schnell. Zweitens beträgt die Lebensdauer eines Thorium-Reaktors mindestens 100 Jahre, ohne Nachtanken bis zu fünfzig Jahre (zum Vergleich: Uran-Reaktoren werden alle anderthalb bis zwei Jahre nachgetankt). Und drittens, wenn sich die gesamte Weltgemeinschaft auf die Umstellung der Kernenergie auf den Brennstoff Thorium ausrichtet, werden die Stromkosten erheblich sinken und es auch ermöglichen, die unvermeidlich nahende Energiekrise zu vermeiden.

Thorium (chemisches Element) Thorium(lat. Thorium), Th, radioaktives chemisches Element, das erste Familienmitglied Aktiniden, in der III. Gruppe des Periodensystems von Mendeleev enthalten; Ordnungszahl 90, Atommasse 232.038; silbrig weißes duktiles Metall. Natürliches T. besteht praktisch aus einem langlebigen Isotop 232 Th - dem Vorfahren von einem von radioaktive Reihe- mit einer Halbwertszeit T 1/2 = 1,39 × 1010 Jahre (der Inhalt des 228-Th-Isotops im Gleichgewicht damit ist vernachlässigbar - 1,37 × 10 - 8%) und vier kurzlebigen Isotopen, von denen zwei zu den gehören radioaktive Serie Uran - Radium: 234 Th (T 1/2 \u003d 24,1 Tage) und 230 Th (T 1/2 \u003d 8,0 × 104 Jahre), der Rest - zur Actinium-Serie: 231 Th (T 1/2 \ u003d 25, 6 h) und 227 Do (T 1/2 = 18,17 Tage). Von den künstlich gewonnenen Isotopen ist 229 Th das stabilste (T 1/2 = 7340 Jahre).

T. wurde 1828 von I. Ya eröffnet. Berzelius in einem von Syeniten In Norwegen. Das Element ist nach dem Donnergott der skandinavischen Mythologie benannt – Thor, und das Mineral – Thoriumsilikat – Thorit.

Verbreitung in der Natur. T. ist ein charakteristisches Element des oberen Teils der Erdkruste – der Granitschicht und der Sedimentschale, wo es durchschnittlich 1,8 · 10 – 3 % bzw. 1,3 · 10 – 3 % nach Gewicht enthält. T. ist ein relativ schwach wanderndes Element; Es ist hauptsächlich an magmatischen Prozessen beteiligt und reichert sich in Graniten, alkalischen Gesteinen und Pegmatiten an. Die Konzentrationsfähigkeit ist schwach. Es gibt 12 bekannte Mineralien von T. (vgl. Thoriumerze). T. enthalten ist Monazit, Uraninit, Zirkon, Apatit, Ortit usw. (vgl radioaktive Mineralien). Die wichtigste industrielle Quelle von T. sind Monazit-Seifen (marin und kontinental). Natürliche Wässer enthalten besonders wenig T.: im Süßwasser 2 × 10–9 %, im Meerwasser 1 × 10–9 %. Es wandert sehr schwach in die Biosphäre und in hydrothermale Lösungen.

Physikalische und chemische Eigenschaften. T. existiert in zwei Modifikationen: der a-Form mit kubisch-flächenzentriertem Gitter bei Temperaturen bis 1400 °C (a = 5,086 Å) und der b-Form mit kubisch-raumzentriertem Gitter bei Temperaturen über 1400 °C °C (a = 4,11 Å). Dichte T. (Röntgenbild) 11,72 g/cm 3 (25 °С); Atomdurchmesser in a-Form 3,59 Å, in b-Form 3,56 Å; Ionenradien Th3+ 1,08 Å, Th4+ 0,99 Å; t pl 1750 °C; t kippen 3500 – 4200°C.

Molare Wärmekapazität T. 27,32 kJ / (kmol × K) bei 25 ° C; Wärmeleitfähigkeit bei 20 °C 40,19 W/m × K); Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung 12,5× 10 – 6 (25 – 100°C); spezifischer elektrischer Widerstand 13×10–6–18×10–6 Ohm×cm (25°С); Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands 3,6×10–3–4×10–3. T. ist paramagnetisch; spezifische magnetische Suszeptibilität 0,54× 10–6 (20°C). Bei 1,4 K geht es in den Zustand der Supraleitung über.

T. verformt sich leicht in der Kälte; Die mechanischen Eigenschaften von T. hängen stark von seiner Reinheit ab, daher variiert die Zugfestigkeit von T. von 150 bis 290 MN / m 2 (15 – 29 kgf / mm 2), Brinellhärte von 450 bis 700 MN / m 2 ( 45 – 70 kgf / mm 2). Die Konfiguration der äußeren Elektronen des Atoms Th 6d 2 7s 2 .

T. gehört zwar zur Familie der Aktiniden, ist aber in einigen Eigenschaften auch den Elementen der zweiten Untergruppe der Gruppe IV des Periodensystems von Mendelejew - Ti, Zr, Hf - nahe. In den meisten Verbindungen hat T. eine Oxidationsstufe von +4.

T. oxidiert bei Raumtemperatur leicht an der Luft und überzieht sich mit einem schwarzen Schutzfilm; über 400 °C oxidiert es schnell unter Bildung von ThO2, dem einzigen Oxid, das bei 3200 °C schmilzt und eine hohe chemische Stabilität aufweist. ThO2 wird durch thermische Zersetzung von Nitrat, Oxalat oder Hydroxid T erhalten. Mit Wasserstoff bei Temperaturen über 200 ° C reagiert T. unter Bildung von pulverförmigen Hydriden ThH2, ThH3 und anderen Zusammensetzungen. Im Vakuum bei einer Temperatur von 700 – 800°C kann der gesamte Wasserstoff aus einem Thermometer entfernt werden. Beim Erhitzen in Stickstoff über 800 °C entstehen die Nitride ThN und Th2 N3, die durch Wasser unter Freisetzung von Ammoniak zersetzt werden. Es bildet mit Kohlenstoff zwei Karbide, ThC und ThC2; sie werden durch Wasser unter Freisetzung von Methan und Acetylen zersetzt. Die Sulfide ThS, Th2 S3, Th7 S12, ThS2 können durch Erhitzen von Metall mit Schwefeldampf (600 – 800 °C) gewonnen werden. T. reagiert mit Fluor bei Raumtemperatur mit anderen Halogenen - beim Erhitzen unter Bildung von Halogeniden vom Typ ThX4 (wobei X ein Halogen ist). Von den Halogeniden sind ThF4-Fluorid und ThCl4-Chlorid von größter technischer Bedeutung. Fluorid entsteht durch die Einwirkung von HF auf ThO2 bei erhöhten Temperaturen; Chlorid - durch Chlorierung einer Mischung aus ThO2 mit Kohle bei erhöhten Temperaturen. Fluorid ist in Wasser und Mineralsäuren leicht löslich; Chlorid, Bromid und Jodid sind hygroskopisch und gut wasserlöslich. Von allen Halogeniden sind kristalline Hydrate bekannt, die durch Kristallisation aus wässrigen Lösungen isoliert werden.

Compact T. korrodiert bei Temperaturen bis 100 °C in Wasser langsam und überzieht sich mit einem schützenden Oxidfilm. Oberhalb von 200 °C reagiert es aktiv mit Wasser, bildet ThO2 und setzt Wasserstoff frei. In der Kälte reagiert das Metall langsam mit Salpeter-, Schwefel- und Flusssäure und löst sich leicht in Salzsäure und Königswasser. T.-Salze werden in Form von kristallinen Hydraten gebildet. Die Löslichkeit von Salzen in Wasser ist unterschiedlich: Nitrate Th (NO3 )4 × n H2 O sind gut löslich; schwerlösliche Sulfate Th (SO4 )2 × n H2 O, basisches Carbonat ThOCO3 × 8H2 O, Phosphate Th3 (PO4 )4 × 4H2 O und ThP2 O7 × 2H2 O; Th(C2O4)2 x 6H2O-Oxalat ist praktisch unlöslich in Wasser Alkalische Lösungen haben wenig Einfluss auf T. Th(OH)4-Hydroxid fällt aus T.-Salzen im pH-Bereich 3,5–3,6 in Form eines amorphen Niederschlags aus. Th4+-Ionen in wässrigen Lösungen zeichnen sich durch eine ausgeprägte Fähigkeit zur Bildung von Komplexverbindungen und Doppelsalzen aus.

Erhalt. T. wird hauptsächlich aus Monazitkonzentraten gewonnen, in denen es in Form von Phosphat enthalten ist. Zwei Methoden zum Öffnen (Zersetzen) solcher Konzentrate sind von industrieller Bedeutung:

1) Behandlung mit konzentrierter Schwefelsäure bei 200 °C (Sulfatierung);

2) Behandlung mit Alkalilösungen bei 140 °C. Alle Seltenerdelemente, Stickstoff und Phosphorsäure gehen in Schwefelsäurelösungen von Sulfatisierungsprodukten über. Wenn der pH einer solchen Lösung auf 1 eingestellt wird, fällt T-Phosphat aus; der Niederschlag wird abgetrennt und in Salpetersäure gelöst, und dann wird T.-Nitrat mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert, aus dem T. in Form komplexer Verbindungen leicht ausgewaschen wird. Beim alkalischen Öffnen von Konzentraten verbleiben Hydroxide aller Metalle im Niederschlag und Trinatriumphosphat geht in Lösung. Der Niederschlag wird abgetrennt und in Salzsäure gelöst; Durch Absenken des pH-Werts dieser Lösung auf 3,6–5 wird T in Form von Hydroxid ausgefällt. ThO2, ThCl4 und ThF4 werden aus isolierten und gereinigten Verbindungen von Th. gewonnen, den Hauptausgangsstoffen für die Herstellung von metallischem Th. durch metallothermische Verfahren oder durch Elektrolyse von Salzschmelzen. Die metallothermischen Verfahren umfassen die Reduktion von ThO2 mit Calcium in Gegenwart von CaCl2 in einer Argonatmosphäre bei 1100 – 1200 °C, die Reduktion von ThCl4 mit Magnesium bei 825 – 925 °C und die Reduktion von ThF4 mit Calcium in Gegenwart von ZnCl2 zur Gewinnung von Legierung T. und anschließende Abtrennung des Zinks durch Erhitzen der Legierung in einem Vakuumofen bei 1100 °C. In allen Fällen wird T. in Form eines Pulvers oder Schwamms erhalten. Die Elektrolyse von geschmolzenen Salzen wird aus Elektrolyten durchgeführt, die ThCl4 und NaCl enthalten, oder aus Bädern, die aus einer Mischung von ThF4, NaCl, KCl bestehen. T. an der Kathode in Form eines Pulvers freigesetzt, das dann durch Behandlung mit Wasser oder verdünnten Laugen vom Elektrolyten getrennt wird. Um einen kompakten T. zu erhalten, wird das Verfahren der Pulvermetallurgie (Rohlinge werden im Vakuum bei 1100 – 1350 °C gesintert) oder das Schmelzen in Vakuuminduktionsöfen in ZrO2- oder BeO-Tiegeln verwendet. Um T. von besonders hoher Reinheit zu erhalten, wird die Methode der thermischen Spaltung von Lodid-T verwendet.

Anwendung. Thorierte Kathoden werden in Elektronenröhren verwendet, und Oxid-Thorium-Kathoden werden in Magnetrons und Hochleistungsgeneratorlampen verwendet. Die Zugabe von 0,8 – 1 % ThO2 zu Wolfram stabilisiert die Struktur von Glühlampenwendeln. ThO2 wird als feuerfestes Material und auch als Widerstandselement in Hochtemperaturöfen verwendet. T. und seine Verbindungen finden breite Verwendung in der Zusammensetzung von Katalysatoren in der organischen Synthese, zum Legieren von Magnesium und anderen Legierungen, die in der Düsenflugzeug- und Raketentechnik große Bedeutung erlangt haben. Metall T. wird in verwendet Thorium-Reaktoren.

Bei der Arbeit mit T. müssen Sie sich an die Regeln halten Strahlungssicherheit.

A. N. Zelikman.

T. im Körper. T. ist ständig im Gewebe von Pflanzen und Tieren vorhanden. Der Anreicherungskoeffizient von T. (dh das Verhältnis seiner Konzentration im Körper zur Konzentration in der Umwelt) im Meeresplankton beträgt 1250, in Bodenalgen 10, in den Weichteilen von Wirbellosen 50-300 und in Fisch ist 100. seine Konzentration variiert von 3 × 10–7 bis 1 × 10–5 %, in Meerestieren von 3 × 10–7 bis 3 × 10–6 %. T. wird hauptsächlich von Leber und Milz sowie von Knochenmark, Lymphdrüsen und Nebennieren resorbiert; schlecht aus dem Magen-Darm-Trakt resorbiert. Beim Menschen beträgt die tägliche Aufnahme von T. mit Nahrung und Wasser 3 Mikrogramm; mit Urin und Kot aus dem Körper ausgeschieden (0,1 bzw. 2,9 mcg). T. ist von geringer Toxizität, trägt aber als natürliches radioaktives Element zum natürlichen Hintergrund der Bestrahlung von Organismen bei (vgl. Hintergrund radioaktiv).

G. G. Polikarpov.

Lit.: Thorium, seine Rohstoffe, Chemie und Technik, M., 1960; Zelikman A. N., Metallurgie der Seltenerdmetalle, Thorium und Uran, M., 1961; Emelyanov V. S., Evstyukh und N A. I., Metallurgy of Nuclear Fuel, 2. Aufl., M., 1968; Seaborg G. T., Katz J., Chemistry of actinide elements, trans. aus dem Englischen, M., 1960; Bowen, H. J. M., Spurenelemente in der Biochemie, L.‒N. J., 1966.

Große sowjetische Enzyklopädie. - M.: Sowjetische Enzyklopädie. 1969-1978 .

In der III. Gruppe des Periodensystems von Mendeleev enthalten; Ordnungszahl 90, Atommasse 232.038; silbrig weißes duktiles Metall. Natürliches Thorium besteht praktisch aus einem langlebigen 232-Th-Isotop - dem Vorfahren einer der radioaktiven Reihen - mit einer Halbwertszeit von T ½ = 1,39 10 10 Jahren (dem Gehalt des 228-Th-Isotops, das damit im Gleichgewicht steht , ist vernachlässigbar - 1,37 10 - 8%) und vier kurzlebige Isotope, von denen zwei zur radioaktiven Reihe von Uran - Radium gehören: 234 Th (T ½ \u003d 24,1 Tage) und 230 Th (T ½ \u003d 8,0 10 4 Jahre), der Rest - zur Reihe Actinium: 23l Th (T ½ = 25,6 h) und 227 Th (T ½ = 18,17 Tage). Von den künstlich gewonnenen Isotopen ist 229 Th das stabilste (T ½ = 7340 Jahre).

Thorium wurde 1828 von J. J. Berzelius in einem der Syenite in Norwegen entdeckt. Das Element ist nach dem Gott des Donners in der skandinavischen Mythologie - Thor und dem Mineral - Thoriumsilikat - Thorit benannt.

Verbreitung von Thorium in der Natur. Thorium ist ein charakteristisches Element des oberen Teils der Erdkruste – der Granitschicht und der Sedimentschale, wo es durchschnittlich 1,8·10 –3 % bzw. 1,3·10 –3 % nach Gewicht enthält. Thorium ist ein relativ schwach wanderndes Element; Es ist hauptsächlich an magmatischen Prozessen beteiligt und reichert sich in Graniten, alkalischen Gesteinen und Pegmatiten an. Die Konzentrationsfähigkeit ist schwach. Es gibt 12 bekannte Mineralien Thorium. Thorium kommt in Monazit, Uraninit, Zirkon, Apatit, Orthit und anderen vor. Die wichtigste industrielle Quelle von Thorium sind Monazit-Seifen (Meer und Kontinental). Natürliche Wässer enthalten besonders wenig Thorium: im Süßwasser 2·10 -9 %, im Meerwasser 1·10 -9 %. Es wandert sehr schwach in die Biosphäre und in hydrothermale Lösungen.

Physikalische Eigenschaften von Thorium. Thorium existiert in zwei Modifikationen: der α-Form mit kubisch-flächenzentriertem Gitter bei Temperaturen bis 1400 °C (a = 5,086 Å) und der β-Form mit kubisch-raumzentriertem Gitter bei Temperaturen über 1400 °C C (a = 4,11 Å). Thoriumdichte (Röntgenstrahlung) 11,72 g/cm 3 (25 °C); Atomdurchmesser in α-Form 3,59 Å, in β-Form 3,56 Å; Ionenradien Th 3+ 1,08 Å, Th 4+ 0,99 Å; t pl 1750 °C; t kippen 3500-4200 °C.

Die molare Wärmekapazität von Thorium beträgt 27,32 kJ/(kmol K) bei 25°C; Wärmeleitfähigkeit bei 20 °C 40,19 W/(m·K); Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung 12,5 · 10 -6 (25-100 °C); spezifischer elektrischer Widerstand 13 10 -6 - 18 10 -6 Ohm cm (25 °C); Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands 3,6·10 -3 -4·10 -3 . Thorium ist paramagnetisch; spezifische magnetische Suszeptibilität 0,54 · 10 -6 (20 °C). Bei 1,4 K geht es in den Zustand der Supraleitung über.

Thorium verformt sich leicht in der Kälte; Die mechanischen Eigenschaften von Thorium hängen stark von seiner Reinheit ab, daher variiert die Zugfestigkeit von Thorium von 150 bis 290 MN / m 2 (15-29 kgf / mm 2), Brinell-Härte von 450 bis 700 MN / m 2 (45- 70 kgf/mm 2). Die Konfiguration der äußeren Elektronen des Atoms Th 6d 2 7s 2 .

Chemische Eigenschaften von Thorium. Obwohl Thorium zur Familie der Aktiniden gehört, ist es in einigen Eigenschaften auch den Elementen der zweiten Untergruppe der Gruppe IV des Periodensystems von Mendelejew - Ti, Zr, Hf - nahe. Thorium hat in den meisten Verbindungen eine Oxidationsstufe von +4.

Thorium oxidiert leicht an der Luft bei Raumtemperatur und wird mit einem schwarzen Schutzfilm bedeckt; über 400 °C oxidiert es schnell unter Bildung von ThO 2 - dem einzigen Oxid, das bei 3200 °C schmilzt und eine hohe chemische Beständigkeit aufweist. ThO 2 wird durch thermische Zersetzung von Thoriumnitrat, -oxalat oder -hydroxid gewonnen. Thorium reagiert mit Wasserstoff bei Temperaturen über 200 °C, um pulverförmige Hydride ThH 2 , ThH 3 und andere Zusammensetzungen zu bilden. Im Vakuum bei einer Temperatur von 700-800 °C kann der gesamte Wasserstoff aus Thorium entfernt werden. Beim Erhitzen in Stickstoff über 800 °C entstehen ThN- und Th 2 N 3 -Nitride, die durch Wasser unter Freisetzung von Ammoniak zersetzt werden. Mit Kohlenstoff bildet es zwei Carbide – ThC und ThC 2 ; sie werden durch Wasser unter Freisetzung von Methan und Acetylen zersetzt. Die Sulfide ThS, Th 2 S 3, Th 7 S 12, ThS 2 können durch Erhitzen des Metalls mit Schwefeldampf (600–800 °C) erhalten werden. Thorium reagiert mit Fluor bei Raumtemperatur mit anderen Halogenen - beim Erhitzen unter Bildung von Halogeniden vom Typ ThX 4 (wobei X ein Halogen ist). Von den Halogeniden sind ThF 4 -Fluorid und ThCl 4 -Chlorid von größter technischer Bedeutung. Fluorid entsteht durch Einwirkung von HF auf ThO 2 bei erhöhten Temperaturen; Chlorid - durch Chlorierung einer Mischung von ThO 2 mit Kohle bei erhöhten Temperaturen. Fluorid ist in Wasser und Mineralsäuren schwer löslich; Chlorid, Bromid und Jodid sind hygroskopisch und gut wasserlöslich. Von allen Halogeniden sind kristalline Hydrate bekannt, die durch Kristallisation aus wässrigen Lösungen isoliert werden.

Kompaktes Thorium korrodiert bei Temperaturen bis zu 100 °C langsam in Wasser und überzieht sich mit einem schützenden Oxidfilm. Oberhalb von 200 °C reagiert es aktiv mit Wasser zu ThO 2 und setzt Wasserstoff frei. In der Kälte reagiert das Metall langsam mit Salpeter-, Schwefel- und Flusssäure und löst sich leicht in Salzsäure und Königswasser. Thoriumsalze werden in Form von kristallinen Hydraten gebildet. Die Löslichkeit von Salzen in Wasser ist unterschiedlich: Nitrate Th(NO 3) 4 nH 2 O sind gut löslich; schwerlösliche Sulfate Th(SO 4) 2 nH 2 O, basisches Carbonat ThOCO 3 8H 2 O, Phosphate Th 3 (PO 4) 4 4H 2 O und ThP 2 O 7 2H 2 O; Th(C 2 O 4) 2 6H 2 O-Oxalat ist praktisch unlöslich in Wasser Alkalische Lösungen haben wenig Einfluss auf Thorium. Hydroxid Th(OH) 4 wird aus Thoriumsalzen im Bereich von pH = 3,5–3,6 in Form eines amorphen Niederschlags ausgefällt. Th 4+ -Ionen in wässrigen Lösungen zeichnen sich durch eine ausgeprägte Fähigkeit zur Bildung von Komplexverbindungen und Doppelsalzen aus.

Thorium bekommen. Thorium wird hauptsächlich aus Monazitkonzentraten gewonnen, die es in Form von Phosphat enthalten. Zwei Methoden zum Öffnen (Zersetzen) solcher Konzentrate sind von industrieller Bedeutung:

1) Behandlung mit konzentrierter Schwefelsäure bei 200 °C (Sulfatierung);

2) Behandlung mit Alkalilösungen bei 140 °C. Alle Seltenerdelemente, Thorium und Phosphorsäure gehen in schwefelsaure Lösungen von Sulfatierungsprodukten über. Wenn der pH-Wert einer solchen Lösung auf 1 eingestellt wird, fällt Thoriumphosphat aus; der Niederschlag wird abgetrennt und in Salpetersäure gelöst, und dann wird Thoriumnitrat mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert, aus dem Thorium in Form von Komplexverbindungen leicht ausgewaschen wird. Beim alkalischen Öffnen von Konzentraten verbleiben die Hydroxide aller Metalle im Niederschlag, und Trinatriumphosphat geht in die Lösung über. Der Niederschlag wird abgetrennt und in Salzsäure gelöst; durch Absenken des pH-Werts dieser Lösung auf 3,6–5 wird Thorium in Form von Hydroxid ausgefällt. Aus isolierten und gereinigten Thoriumverbindungen werden ThO 2 , ThCl 4 und ThF 4 gewonnen – die Hauptausgangsstoffe für die Herstellung von metallischem Thorium durch metallothermische Verfahren oder durch Elektrolyse von Salzschmelzen. Metallthermische Verfahren umfassen: die Reduktion von ThO 2 mit Calcium in Gegenwart von CaCl 2 in einer Argonatmosphäre bei 1100–1200°C, die Reduktion von ThCl 4 mit Magnesium bei 825–925°C und die Reduktion von ThF 4 mit Calcium in Anwesenheit von ZnCl 2 , um eine Thoriumlegierung zu erhalten, und anschließende Abtrennung von Zink durch Erhitzen der Legierung in einem Vakuumofen bei 1100 °C. In allen Fällen fällt Thorium in Form von Pulver oder Schwamm an. Die Elektrolyse von Salzschmelzen wird aus Elektrolyten durchgeführt, die ThCl 4 und NaCl enthalten, oder aus Bädern, die aus einer Mischung von ThF 4 , NaCl, KCl bestehen. An der Kathode wird Thorium in Form eines Pulvers freigesetzt, das dann durch Behandlung mit Wasser oder verdünnten Laugen vom Elektrolyten getrennt wird. Um kompaktes Thorium zu erhalten, wird das Verfahren der Pulvermetallurgie verwendet (das Sintern von Rohlingen erfolgt im Vakuum bei 1100-1350 ° C) oder das Schmelzen in Induktionsvakuumöfen in Tiegeln aus ZrO 2 oder BeO. Um Thorium von besonders hoher Reinheit zu erhalten, wird das Verfahren der thermischen Spaltung von Thoriumiodid verwendet.

Anwendung von Thorium. Thorierte Kathoden werden in Elektronenröhren verwendet, und Oxid-Thorium-Kathoden werden in Magnetrons und Hochleistungsgeneratorlampen verwendet. Der Zusatz von 0,8–1 % ThO 2 zu Wolfram stabilisiert die Struktur der Wendel von Glühlampen. ThO 2 wird als feuerfestes Material und auch als Widerstandselement in Hochtemperaturöfen verwendet. Thorium und seine Verbindungen werden häufig in der Zusammensetzung von Katalysatoren in der organischen Synthese, zum Legieren von Magnesium und anderen Legierungen verwendet, die in der Düsenflugzeug- und Raketentechnologie von großer Bedeutung geworden sind. Metallisches Thorium wird in Thoriumreaktoren verwendet.

Bei der Arbeit mit Thorium sind die Strahlenschutzregeln zu beachten.

Thorium im Körper. Thorium ist ständig im Gewebe von Pflanzen und Tieren vorhanden. Anreicherungskoeffizient von Thorium (d. h. das Verhältnis seiner Konzentration im Körper zur Konzentration in der Umwelt) in Meeresplankton - 1250, in Bodenalgen - 10, in Weichteilen von Wirbellosen - 50-300, Fisch - 100. In Süßwassermollusken (Unio mancus) liegt seine Konzentration zwischen 3 10 -7 und 1 10 -5 %, bei Meerestieren zwischen 3 10 -7 und 3 10 -6 %. Thorium wird hauptsächlich von Leber und Milz sowie von Knochenmark, Lymphdrüsen und Nebennieren resorbiert; schlecht aus dem Magen-Darm-Trakt resorbiert. Beim Menschen beträgt die tägliche Aufnahme von Thorium mit Nahrung und Wasser 3 μg; mit Urin und Kot aus dem Körper ausgeschieden (0,1 bzw. 2,9 mcg). Thorium ist von geringer Toxizität, trägt jedoch als natürliches radioaktives Element zum natürlichen Hintergrund der Bestrahlung von Organismen bei.