Toriul este unul dintre puținele elemente radioactive descoperite cu mult înainte de apariția însuși conceptul de „radioactivitate”.

Este curios că numele acestui element a apărut cu treisprezece ani mai devreme decât a fost de fapt descoperit. Acest lucru nu se întâmplă des.
Remarcabilul om de știință suedez Jens Jakob Berzelius a fost numit pe bună dreptate regele neîncoronat al chimiștilor în prima jumătate a secolului al XIX-lea. Om cu cunoștințe enciclopedice și un analist excelent, Berzelius a lucrat foarte fructuos și aproape niciodată nu a făcut greșeli. Autoritatea lui era atât de mare încât majoritatea chimiștilor din vremea lui, înainte de a publica rezultatul oricărei lucrări importante, au trimis un mesaj despre aceasta către Stockholm, către Berzelius. În laboratorul său, au fost determinate greutățile atomice ale majorității elementelor cunoscute atunci (aproximativ 50), au fost izolate ceriu și calciu, stronțiu și bariu, siliciu și zirconiu în stare liberă, s-au descoperit seleniu și toriu. Dar tocmai la descoperirea toriului infailibilul Berzelius a făcut două greșeli.

În 1815, în timp ce analiza un mineral rar găsit în regiunea Falun (Suedia), Berzelius a descoperit oxidul unui nou element din acesta. Acest element a fost numit toriu în onoarea zeității atotputernice veche nordice Thor. (Conform legendei, Thor a fost un coleg cu Marte și Jupiter în același timp - zeul războiului, al tunetului și al fulgerului.)

Au trecut zece ani înainte ca Berzelius să-și descopere greșeala: substanța pe care o credea a fi oxid de toriu s-a dovedit a fi de fapt fosfatul deja cunoscutului ytriu.

După ce a „îngropat” toriu, Berzelius l-a „înviat”. Trei ani mai târziu, i-a fost trimis din Norvegia un alt mineral rar, care se numește acum thorite (ThSiO 4). Toritul conține până la 77% oxid de toriu ThO 2 . Lui Berzelius nu i-a fost greu să detecteze o componentă atât de clară. După ce a examinat pământul selectat, Berzelius a fost convins că acesta este oxidul unui nou element, căruia îi trecea numele „toriu”.

Berzelius nu a reușit să obțină toriu metalic pur. Adevărat, a redus compușii de fluor ai noului element cu potasiu și a obținut o pulbere metalică gri puternic contaminată cu impurități. Din cauza acestor impurități, a apărut o a doua eroare, sau mai degrabă o serie de erori, în descrierea proprietăților toriului elementar.

Un preparat pur de toriu a fost obținut abia în 1882 de un alt chimist suedez celebru, descoperitorul scandiului, Lars Frederik Nilson.

Următorul eveniment important din istoria elementului nr. 90 a avut loc în 1898, când, independent unul de celălalt și aproape simultan, Maria Sklodowska-Curie și omul de știință german Herbert Schmidt au descoperit că toriul este radioactiv. Sklodowska-Curie a remarcat în același timp că activitatea toriului pur este chiar mai mare decât cea a uraniului.

Radioactivitatea este motivul principal pentru interesul sporit actual pentru elementul nr. 90. Toriul este din ce în ce mai folosit ca materie primă în industria energiei nucleare. pentru a obține combustibil nuclear primar; dar să nu ne devansăm.

Este destul de evident că prima cunoaștere cu toriu nu a promis nimic special omenirii. Un metal obișnuit gri-alb, destul de refractar (punct de topire 1750 ° C), dar cu rezistență scăzută și foarte instabil la coroziune. De exemplu, în apa fierbinte, viteza de coroziune a toriului și a aliajelor pe baza acestuia este de sute de ori mai mare decât cea a aluminiului. În consecință, toriul nu a fost de interes ca material structural sau ca bază pentru materialele structurale.

Curând a devenit clar că aditivii de toriu întăresc aliajele pe bază de fier și cupru, dar toriul nu a avut avantaje speciale față de alte elemente de aliere. Au trecut mulți ani înainte ca aliajul cu toriu să dobândească semnificație practică. Aliajele multicomponente pe bază de magneziu sunt utilizate pe scară largă în tehnologia aviației și apărării astăzi. Alături de zinc, mangan, zirconiu, acestea includ toriu și elemente de pământuri rare. Toriul crește semnificativ rezistența și rezistența la căldură a acestor aliaje ușoare, care sunt folosite pentru a face piese critice ale avioanelor cu reacție, rachete, dispozitive electronice...

Acum toriu Este, de asemenea, utilizat ca catalizator - în procesele de sinteză organică și de cracare a petrolului, precum și în producția de combustibil lichid din cărbune. Dar toate acestea, ca să spunem așa, reprezintă achiziția secolului al XX-lea. În secolul al XIX-lea, doar un compus al elementului nr. 90 și-a găsit drumul în practică - dioxidul său ThO 2. A fost folosit în producția de rețele pe gaz.

La sfârşitul secolului al XIX-lea. iluminatul pe gaz era mai frecvent decât electric. Capacele din ceriu și oxizi de toriu, inventate de proeminentul chimist austriac Karl Auer von Welsbach, au crescut luminozitatea și au transformat spectrul flăcării cornurilor de gaz - lumina lor a devenit mai strălucitoare și mai lină.

Din dioxid de toriu - un compus foarte refractar - au încercat să facă și creuzete pentru topirea metalelor rare. Dar, rezistând la cele mai ridicate temperaturi, această substanță a fost parțial dizolvată în multe metale lichide și le-a poluat. Prin urmare, creuzetele ThO 2 nu au fost utilizate pe scară largă.

Probabil, o conversație despre aplicarea practică a toriului ar fi în general inutilă dacă omenirea ar fi avut doar toriu închis în thorit. Acest mineral este foarte bogat, dar rar, la fel ca un alt mineral bogat de toriu - thorianit (Th, U) O 2,

Cu toate acestea, la sfârșitul secolului trecut, cu participarea lui Auer von Welsbach, a început dezvoltarea nisipurilor monazite pe coasta atlantică a Braziliei. Mineralul monazit este cea mai importantă sursă atât de elemente de pământuri rare, cât și de toriu. În general, formula acestui mineral se scrie de obicei astfel: (Ce, Th) RO 4, dar conține, pe lângă ceriu, și lantan, praseodim și neodim și alte pământuri rare. Și pe lângă toriu - uraniu.

Toriul din monazit conține, de regulă, de la 2,5 la 12%. Placerii bogați de monazit, pe lângă Brazilia, se găsesc în India, SUA, Australia și Malaezia. De asemenea, sunt cunoscute zăcăminte cu nervuri ale acestui mineral - în sudul Africii.

Toritul și torianitul menționat mai sus (și o varietate a acestuia din urmă - uranothorianit) sunt, de asemenea, considerate minerale industriale de toriu, dar ponderea lor în producția mondială a acestui element este complet nesemnificativă. Cel mai faimos depozit de uranothorianit este situat pe insula Madagascar.

Ar fi greșit să considerăm toriu ca un metal foarte rar. În scoarța terestră este de 8-10 "4%, aproximativ la fel ca plumbul. Dar materiile prime de toriu sunt întotdeauna materii prime complexe.

Extragerea toriului din monazit

Monazite este un mineral durabil, rezistent la intemperii. În timpul intemperiilor rocilor, care este deosebit de intensă în zonele tropicale și subtropicale, când aproape toate mineralele sunt distruse și dizolvate, monazita nu se schimbă. Pârâurile și râurile îl duc la mare împreună cu alte minerale stabile - minerale de zircon, cuarț, titan. Valurile mărilor și oceanelor completează munca de distrugere și sortare a mineralelor acumulate în zona de coastă. Sub influența lor, are loc concentrația de minerale grele, motiv pentru care nisipurile plajelor capătă o culoare închisă. Așa se formează placerii de monazit pe plaje. Dar, desigur, nisipul monazit este amestecat și cu nisip de cuarț, zircon, rutil... Prin urmare, prima etapă a producției de toriu este obținerea concentratului pur de monazit.

Sunt folosite diverse metode și dispozitive pentru a separa monazit. Inițial, este separată aproximativ pe dezintegratoare și tabele de concentrație, folosind diferența de densitate a mineralelor și umectarea acestora cu diferite lichide. Separarea fină se realizează prin separare electromagnetică și electrostatică. Concentratul astfel obtinut contine 95-98% monazit. După aceea, începe partea cea mai grea. Separarea toriului este extrem de dificilă, deoarece monazitul conține elemente care sunt similare ca proprietăți cu toriul - metale din pământuri rare, uraniu... Să vorbim despre izolarea toriului în termeni cei mai generali.

În primul rând, mineralul este „deschis”. Pentru a face acest lucru, în condiții industriale, monazita este tratată cu soluții concentrate fierbinți de acid sulfuric sau sodă caustică. Sulfații de toriu, uraniu și pământuri rare formate în primul caz sunt solubili în apă. În cazul unei deschideri alcaline, cele mai valoroase componente ale monazitei rămân în sediment sub formă de hidroxizi solizi, care sunt apoi transformați în compuși solubili. „Îțărcarea” uraniului și toriului de la pământurile rare are loc în etapa următoare. Acum, procesele de extracție sunt utilizate în principal pentru aceasta. Cel mai adesea, toriul și uraniul sunt extrase din soluții apoase cu tributil fosfat nemiscibil cu apă. Separarea uraniului și a toriului are loc în stadiul de reextracție selectivă. În anumite condiții, toriul este extras dintr-un solvent organic într-o soluție apoasă de acid azotic, în timp ce uraniul rămâne în faza organică. Vrem să subliniem încă o dată că aici este descrisă doar o diagramă schematică - în practică, totul este mult mai complicat.

După ce toriul este separat, este necesar să se transforme compușii săi într-un metal. Două metode sunt comune: reducerea dioxidului de ThO 2 sau a tetrafluorurii de ThF 4 cu calciu metalic și electroliza halogenurilor de toriu topite. De obicei, produsul acestor transformări este pulbere de toriu, care este apoi sinterizată în vid la 1100-1350°C.

Numeroasele dificultăți ale producției de toriu sunt agravate de necesitatea unei protecții fiabile împotriva radiațiilor.

Radioactivitatea este cea mai importantă proprietate a toriului. Dar primele studii aprofundate ale acestui fenomen la noua unitate au dat rezultate neașteptate. Radioactivitatea toriului se distingea printr-o inconsecvență ciudată: indiferent dacă experimentatorul trântește ușa, strănută sau se aprinde, intensitatea radiației se modifică. Primii care au dat peste această ciudățenie, începând să lucreze cu toriu, au fost doi tineri profesori de la Universitatea McGill din Montreal - E. Rutherford și R.B. Owens. Au fost foarte surprinși când, după o aerisire atentă a laboratorului, radioactivitatea toriului a devenit complet invizibilă! Radioactivitatea depinde de mișcarea aerului?!

Era firesc să presupunem că activitatea este „expulsată” de toriu, deoarece în procesul de degradare se formează un produs gazos radioactiv. A fost descoperită, studiată și numită o emanație de toriu sau thoron. Acum acest nume este folosit relativ rar: tori este mai bine cunoscut sub numele de izotopul radon-220.

Curând, în 1902, în același laborator McGill din Montreal, F. Soddy a izolat un alt produs radioactiv nou, toriu-X, dintr-o soluție de sare finală. Thorium-X a fost găsit oriunde a fost prezent toriu, dar după separarea de toriu, intensitatea radiației sale a scăzut rapid. În mai puțin de patru zile, s-a înjumătățit și a continuat să scadă exponențial! Deci conceptul de înjumătățire a timpului a intrat în fizică. S-a constatat mai târziu că Thorium-X este un izotop de radiu-224 de durată relativ scurtă.

De-a lungul timpului, s-au descoperit destul de multe produse ale transformărilor alchimice ale toriului. Rutherford le-a studiat, a stabilit conexiuni genetice. Pe baza acestor studii, el a formulat legea transformărilor radioactive, iar în mai 1903 omul de știință a propus o schemă pentru descompunerea succesivă a seriei radioactive naturale de toriu.

Toriul s-a dovedit a fi strămoșul unei familii destul de numeroase. „Strămoș”, „familie” - aceste cuvinte sunt date aici nu de dragul imaginii, ci ca termeni științifici general acceptați. În familia sa, Thorium ar putea fi numit și patriarh: se remarcă prin cea mai mare longevitate din această serie. Timpul de înjumătățire al toriului-232 (și aproape tot toriul natural este izotopul 232-th) este de 13,9 miliarde de ani. Vârsta tuturor „descendenților unei familii nobile” este incomparabil mai scurtă: cel mai longeviv dintre ei - mezothorium-I (radiu-228) are un timp de înjumătățire de 6,7 ani. Majoritatea izotopilor din seria finală „trăiesc” doar zile, ore, minute, secunde și uneori chiar milisecunde. Produsul final de descompunere al toriului-232 este plumb, la fel ca uraniul. Dar plumbul „uraniu” și plumbul „toriu” nu sunt exact același lucru. Toriul se transformă în cele din urmă în plumb-208, iar uraniul-238 în plumb-206.

Constanța ratei de descompunere și prezența în comun a izotopilor părinte și fii în minerale (într-un anumit echilibru radioactiv) au permis încă din 1904 să se stabilească că aceștia pot fi utilizați pentru măsurarea vârstei geologice. Această idee a fost exprimată pentru prima dată de una dintre cele mai strălucite minți ale timpului său - Pierre Curie.

Poveste

Fiind în natură

Toriul se găsește aproape întotdeauna în mineralele elementelor pământurilor rare, care servesc ca una dintre sursele producției sale. Conținutul de toriu din scoarța terestră este de 8-13 g/t, în apa de mare - 0,05 µg/l. În rocile magmatice, conținutul de toriu scade de la acid (18 g/t) la bazic (3 g/t). O cantitate semnificativă de toriu se acumulează în legătură cu pegmatita și procesele postmagmatice, în timp ce conținutul său crește odată cu creșterea cantității de potasiu din roci. Principala formă de apariție a toriului în roci este sub forma componentului principal al uraniului-toriu sau a unei impurități izomorfe în mineralele accesorii. În procesele postmagmatice în anumite condiții favorabile (imbogățirea soluțiilor în halogeni, alcalii și dioxid de carbon), toriul este capabil să migreze în soluții hidrotermale și să se fixeze în depozite purtătoare de ortită skarn uraniu-toriu și granat-diopsidă. Aici, principalele minerale de toriu sunt nisipul monazit și feritoritul. Toriul se acumulează și în unele zăcăminte greisen, unde se concentrează în feritorit sau formează minerale care conțin titan, uraniu etc. Este inclus în compoziție, sub formă de impurități, alături de uraniu, în aproape orice mică, (flogopit, moscovit). , etc.) - minerale formatoare de roci granit. Prin urmare, granitele unor depozite (din cauza slabei, dar cu expunere prelungită la radiații periculoase pentru oameni) sunt interzise să fie folosite ca umplutură pentru beton în timpul construcției.

Locul nașterii

Toriul se găsește în principal în 12 minerale.

Depozitele acestor minerale sunt cunoscute în Australia, India, Norvegia, SUA, Canada, Africa de Sud, Brazilia, Pakistan, Malaezia, Sri Lanka, Kârgâzstan și alte țări.

Minerit

La primirea toriu, concentratele de monazit care conțin toriu sunt supuse unei deschideri folosind acizi sau alcaline. Elementele pământurilor rare sunt extrase prin extracție cu tributil fosfat și sorbție. În plus, toriul este izolat dintr-un amestec de compuși metalici sub formă de dioxid, tetraclorură sau tetrafluorură.

Toriul metalic este apoi izolat din halogenuri sau oxid prin metalotermie (calciu, magneziu sau sodiu) la 900-1000 °C:

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

Proprietăți chimice

Toriul aparține familiei actinidelor. Cu toate acestea, configurația specifică a învelișurilor de electroni îl face aproape de Ti, Zr, Hf în unele proprietăți.

Toriul este capabil să prezinte stări de oxidare +4, +3 și +2. Cel mai stabil +4. Toriul prezintă stări de oxidare +3 și +2 în halogenuri cu Br și I obținute prin acțiunea agenților reducători puternici în faza solidă. Ionul Th 4+ se caracterizează printr-o tendință puternică la hidroliză și formarea de compuși complecși.

Toriul este slab solubil în acizi bazici. Este solubil în soluții concentrate de HCl (6-12 mol/l) și HNO3 (8-16 mol/l) în prezența ionului de fluor. Usor solubil in acva regia. Nu reacționează cu alcalii caustici.

Când este încălzit, interacționează cu hidrogen, halogeni, sulf, azot, siliciu, aluminiu și o serie de alte elemente. De exemplu, într-o atmosferă de hidrogen la 400-600°C formează hidrură de ThH2.

Proprietăți fizice

Toriul este un metal alb argintiu, lucios, moale, maleabil. Metalul este piroforic, prin urmare pulberea de toriu este recomandată a fi depozitată în kerosen. În aer, un metal pur se întunecă și se întunecă încet, când este încălzit, se aprinde și arde cu o flacără albă strălucitoare cu formarea de dioxid. Se corodează relativ lent în apă rece; în apa fierbinte, rata de coroziune a toriului și aliajelor pe baza acestuia este foarte mare.

Până la 1400°C, toriul are o rețea cubică centrată pe față; peste această temperatură, o rețea cubică centrată pe corp este stabilă. La o temperatură de 1,4 °K, toriul prezintă proprietăți supraconductoare.

Punct de topire 1750°C; punct de fierbere 4788°C. Entalpia de topire 19,2, evaporare 513,7 kJ/mol. Funcția de lucru a electronilor este de 3,51 eV. Energiile de ionizare M → M+ , M+ → M2+, M2+ → M3+, M3+ → M4+ sunt 587, 1110, 1978 și, respectiv, 2780 kJ/mol.

izotopi

Din 2012, sunt cunoscuți 30 de izotopi de toriu și încă 3 stări metastabile excitate ale unora dintre nuclizii săi.

Doar unul dintre nuclizii de toriu (toriul-232) are un timp de înjumătățire suficient de lung în raport cu vârsta Pământului, prin urmare, aproape tot toriul natural este format numai din acest nuclid. Unii dintre izotopii săi pot fi determinați în probe naturale în urme, deoarece sunt incluși în seria radioactivă de radiu, actiniu și toriu și au denumiri istorice, acum învechite:

• radioactiniu 227 mi
• radiotoriu 228 mi
• ioniu 230 mii
• uraniu Y 231 mi
• uraniu X1 234 mii

Cei mai stabili izotopi sunt 232 Th (timp de înjumătățire este de 14,05 miliarde de ani), 230 Th (75380 ani), 229 Th (7340 ani), 228 Th (1,9116 ani). Izotopii rămași au timpi de înjumătățire mai mic de 30 de zile (majoritatea dintre ei au timpi de înjumătățire mai mic de 10 minute).

Aplicație

Toriul are o serie de aplicații în care joacă uneori un rol indispensabil. Poziția acestui metal în Tabelul Periodic al Elementelor și structura nucleului au predeterminat utilizarea lui în domeniul utilizării pașnice a energiei atomice.

Toriul-232 este un izotop par (un număr par de protoni și neutroni), prin urmare nu este capabil să fisiune neutroni termici și să fie un combustibil nuclear. Dar când un neutron termic este capturat, 232 Th se transformă în 233 U conform schemei:

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)))

Uraniul-233 este capabil de fisiune precum uraniul-235 și plutoniul-239, ceea ce deschide perspective mai mult decât serioase pentru dezvoltarea energiei nucleare (

În prezent este greu să ne imaginăm viața de zi cu zi fără energie. Fără utilizarea sa și utilizarea derivaților săi. Energetica străbate ca un fir roșu întreaga existență a omenirii. În orice moment, „expertii” au căutat să folosească cunoștințele dobândite și sursele naturale din jurul nostru, elemente pentru a obține și transforma energie și a o folosi pentru a-și satisface nevoile.

În acest sens, au fost luate în considerare și studiate diverse direcții științifice. Au fost efectuate cercetări directe ample, în studiul diferitelor elemente chimice ale reacției lor în timpul interacțiunii și în anumite condiții. Să oprim alegerea noastră asupra unui astfel de element chimic radioactiv aparent „nevăzut” precum toriul.

Beneficiile energiei toriului

toriu

Toriu modest, la o examinare mai atentă, dezvăluie fapte destul de interesante despre istoria apariției sale în lumea chimică științifică.

1. Primul fapt, vom presupune că elementul toriu, a fost descoperit cu mult înainte ca însuși conceptul de „radioactivitate” să apară;
2. Al doilea este că numele elementului „Torium” a apărut cu 13 ani înainte de descoperirea elementului chimic în sine;
3. Al treilea fapt interesant este că elementul thorium și-a primit numele în onoarea vechei zeități atotputernice scandinave Thor. Scandinavii îl considerau pe Thor zeul războiului, al tunetului și al fulgerului;
4. Următorul fapt istoric este producția de toriu pur, și anume că inițial toriu a fost descoperit nu în forma sa pură, ci într-un aliaj, care mai târziu a primit numele de thorite în 1828 - de către regele neîncoronat al chimiștilor Berzelius. Elementul toriu în forma sa pură a fost obținut pentru prima dată în 1882 de celebrul chimist suedez Nilsson;
5. Un alt eveniment important din istoria apariției toriului are loc în 1898, la momentul determinării radioactivității toriului pur, care, potrivit Mariei Sklodowska-Curie, depășește chiar radioactivitatea uraniului.

Și totuși - toriu, ce fel de element este: un element chimic radioactiv situat în tabelul periodic la numărul 90 și inclus în grupa III a sistemului periodic. Caracteristicile sale externe sunt un metal moale alb-argintiu, care, atunci când interacționează cu aerul la temperatura camerei, se oxidează ușor și devine acoperit cu o peliculă protectoare neagră.

Centrale electrice cu toriu - energia viitorului

Utilizarea toriului în viața de zi cu zi

După cum sa menționat deja, orice cercetare și descoperire științifică sunt făcute în beneficiul omenirii. Pentru utilizare în zonele casnice și sociale. Inițial, toriul a început să fie folosit în secolul al XIX-lea pentru iluminat.

Pentru ca iluminarea să fie mai lină și mai strălucitoare, s-au pus capace pe coarnele de gaz, care includeau oxizi de toriu și ceriu.

Mai târziu, odată cu dezvoltarea electronicii, toriul a început să fie folosit în tuburile vidate și. De asemenea, aditivul de toriu din wolfram ajută la stabilizarea structurii filamentului unei lămpi cu incandescență.

Energie Toriu

În lumea științifică și tehnică modernă, toriul este folosit în diverse domenii, unde joacă adesea un rol de neînlocuit. În metalurgie, toriul este folosit cu succes ca metal pentru creșterea rezistenței la căldură și a rezistenței la rupere, este folosit și în industria aviației ca întăritor, în industria optică toriul este folosit ca aditiv la sticlă, ceea ce permite creșterea indicelui de refracție.

Dar cea mai promițătoare ramură a dezvoltării utilizării toriului este toată energia nucleară. Deși acum. După Cernobîl și Fukushima, cursa nucleară și-a pierdut relevanța, dar are sens să se dezvolte și să cerceteze centrale nucleare cu toriu.

Deoarece când se compară centralele nucleare actuale și centralele nucleare care funcționează pe generatoare de toriu, centralele nucleare cu toriu se evidențiază imediat favorabil în mai multe privințe.

• Rezervele de toriu din scoarța terestră sunt de câteva ori mai mari decât cele de uraniu și se găsesc în majoritatea rocilor, iar prezența toriului se găsește și în apa mării.
• Următorul avantaj este că toriul poate fi încărcat imediat în reactor imediat după extracția acestuia fără îmbogățire, ceea ce reduce scurgerea materialului și crește semnificativ nivelul de siguranță;
• Comparația cantității de energie primită nu este, de asemenea, în favoarea uraniului. La trecerea prin ciclu, dintr-un ton de toriu se obține de două sute de ori mai multă energie decât din aceeași cantitate de uraniu;
• De asemenea, avantajul incontestabil al reactorului cu toriu este că crearea lui este posibilă la o scară diferită, adică posibilitatea și, în consecință, beneficiul creării celor mici;
• Ei bine, principalul avantaj al reactorului cu toriu este siguranța acestuia. Poate funcționa atât la presiune normală, cât și la presiune redusă. Dacă brusc apare o situație care duce la creșterea presiunii, apare o creștere a volumului amestecului de toriu, ceea ce provoacă o scădere a densității și o încetinire a reacției nucleare și, în consecință, o oprire a creșterii presiunii. Din care se poate observa că explozia unui astfel de reactor este exclusă conform tuturor legilor fizice.

Toriu sau uraniu

Și pe lângă orice altceva, dacă vorbim despre tranziția la energia toriu, aceasta nu este o întreprindere atât de fantastică și costisitoare. La urma urmei, chiar și cu modernizarea reactoarelor centralelor nucleare existente actuale și transferul acestora la combustibil toriu, va fi necesar să se cheltuiască 100 de milioane de dolari, în timp ce capacitatea unei astfel de centrale nucleare modernizate de toriu va crește de cel puțin două ori. Dacă construim de la zero o centrală nucleară pe un reactor cu toriu - unul nou, atunci vor fi alocați aproximativ 2-3 miliarde de dolari pentru construcția sa.

Dar cu o analiză mai detaliată, aceste sume nu par atât de exorbitante, pentru că, în primul rând, aceste costuri se vor amortiza foarte repede datorită producției de energie crescută cu câteva ordine de mărime. În al doilea rând, durata de viață a unui reactor cu toriu este de cel puțin 100 de ani, în timp ce funcționează fără realimentare până la cincizeci de ani (pentru comparație, reactoarele cu uraniu sunt alimentate la fiecare un an și jumătate până la doi ani). Și, în al treilea rând, dacă întreaga comunitate mondială se orientează către tranziția energiei nucleare la combustibilul de toriu, atunci costul energiei electrice va scădea semnificativ și, de asemenea, va face posibilă evitarea inevitabila apropiere a crizei energetice.

toriu (element chimic) toriu(lat. Toriu), Th, un element chimic radioactiv, primul membru al familiei actinide, inclus în grupa III a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 90, masa atomică 232,038; metal ductil alb argintiu. T. natural constă practic dintr-un izotop cu viață lungă 232 Th - strămoșul unuia dintre serie radioactive- cu un timp de înjumătățire T 1/2 = 1,39 × 1010 ani (conținutul izotopului 228 Th în echilibru cu acesta este neglijabil - 1,37 × 10 - 8%) și patru izotopi de scurtă durată, dintre care doi aparțin seria radioactivă uraniu - radiu: 234 Th (T 1/2 \u003d 24,1 zile) și 230 Th (T 1/2 \u003d 8,0 × 104 ani), restul - la seria actiniului: 231 Th (T 1/2 \ u003d 25, 6 h) și 227 Th (T 1/2 = 18,17 zile). Dintre izotopii obținuți artificial, 229 Th este cel mai stabil (T 1/2 = 7340 ani).

T. a fost deschis in 1828 de I. Ya. Berzeliusîntr-una dintre sienite in Norvegia. Elementul este numit după zeul tunetului în mitologia scandinavă - Thor, iar mineralul - silicat de toriu - torita.

distribuţie în natură. T. este un element caracteristic al părții superioare a scoarței terestre - stratul de granit și învelișul sedimentar, unde conține, în medie, 1,8 · 10 – 3% și, respectiv, 1,3 · 10 – 3% din greutate. T. este un element relativ slab migrator; este implicat în principal în procesele magmatice, acumulându-se în granite, roci alcaline și pegmatite. Capacitatea de concentrare este slabă. Există 12 minerale cunoscute de T. (vezi. Minereuri de toriu). T. este cuprins în monazit, uraninit, zircon, apatit, ortita etc. (vezi minerale radioactive). Principala sursă industrială de t. o constituie placerii monazite (marini și continentali). Apele naturale conțin mai ales puțin T.: în apă dulce 2 × 10–9%, în apa de mare 1 × 10–9%. Migrează foarte slab în biosferă și soluții hidrotermale.

Proprietati fizice si chimice. T. există sub forma a două modificări: forma a cu o rețea cubică centrată pe fețe la temperaturi de până la 1400 °C (a = 5,086 Å) și forma b cu o rețea cubică centrată pe corp la temperaturi peste 1400 °C (a = 4,11 Å). Densitatea T. (grafic cu raze X) 11,72 g/cm 3 (25 °С); diametrul atomic în forma a 3,59 Å, în forma b 3,56 Å; raze ionice Th3+ 1,08 Å, Th4+ 0,99 Å; t pl 1750 °C; t kip 3500 – 4200°C.

Capacitate termică molară T. 27,32 kJ / (kmol × K) la 25 ° C; conductivitate termică la 20 ° C 40,19 W / m × K); coeficient de temperatură de dilatare liniară 12,5× 10 – 6 (25 – 100°C); rezistivitate electrică 13×10–6–18×10–6 ohm×cm (25°C); coeficientul de temperatură al rezistenței electrice 3,6×10–3–4×10–3. T. este paramagnetic; susceptibilitate magnetică specifică 0,54× 10–6 (20°C). La 1,4K intră în starea de supraconductivitate.

T. se deformeaza usor la frig; Proprietățile mecanice ale T. depind puternic de puritatea sa, prin urmare, rezistența la tracțiune a T. variază de la 150 la 290 MN / m 2 (15 – 29 kgf / mm 2), duritatea Brinell de la 450 la 700 MN / m 2 ( 45 – 70 kgf / mm 2). Configuraţia electronilor exteriori ai atomului Th 6d 2 7s 2 .

Deși T. aparține familiei de actinide, totuși, în unele proprietăți este, de asemenea, apropiat de elementele celui de-al doilea subgrup al grupului IV al sistemului periodic al lui Mendeleev - Ti, Zr, Hf. În majoritatea compușilor, T. are o stare de oxidare de +4.

T. se oxidează ușor în aer la temperatura camerei, devenind acoperit cu o peliculă protectoare neagră; peste 400°C se oxidează rapid cu formarea ThO2, singurul oxid care se topește la 3200°C și are o stabilitate chimică ridicată. ThO2 se obține prin descompunerea termică a nitratului, oxalatului sau hidroxidului T. Cu hidrogenul la temperaturi de peste 200 ° C, T. reacționează cu formarea de hidruri sub formă de pulbere ThH2, ThH3 și alte compoziții. În vid, la o temperatură de 700 – 800°C, tot hidrogenul poate fi îndepărtat dintr-un termometru. Când sunt încălzite în azot peste 800 °C, se formează nitruri ThN și Th2 N3, care sunt descompuse de apă cu eliberarea de amoniac. Formează două carburi cu carbon, ThC și ThC2; sunt descompuse de apă cu eliberare de metan şi acetilenă. Sulfurile ThS, Th2 S3, Th7 S12, ThS2 pot fi obținute prin încălzirea metalului cu vapori de sulf (600 – 800°C). T. reactioneaza cu fluorul la temperatura camerei, cu alti halogeni - la incalzire, cu formarea de halogenuri de tip ThX4 (unde X este un halogen). Dintre halogenuri, fluorura ThF4 și clorura ThCl4 sunt de cea mai importantă importanță industrială. Fluorul este produs prin acțiunea HF asupra ThO2 la temperaturi ridicate; clorură - prin clorurarea unui amestec de ThO2 cu cărbune la temperaturi ridicate. Fluorul este ușor solubil în apă și acizi minerali; clorura, bromura și iodura sunt higroscopice și foarte solubile în apă. Pentru toate halogenurile se cunosc hidrații cristalini, care sunt izolați prin cristalizare din soluții apoase.

Compact T. la temperaturi de până la 100 °C se corodează lent în apă, devenind acoperit cu o peliculă protectoare de oxid. Peste 200 °C, reacţionează activ cu apa pentru a forma ThO2 şi eliberează hidrogen. La rece, metalul reacționează lent cu acizii azotic, sulfuric și fluorhidric și se dizolvă ușor în acid clorhidric și acva regia. T. sărurile se formează sub formă de hidrați cristalini. Solubilitatea sărurilor în apă este diferită: nitrații Th (NO3 )4 × n H2 O sunt foarte solubili; sulfați puțin solubili Th (SO4 )2 × n H2 O, carbonat bazic ThOCO3 × 8H2 O, fosfați Th3 (PO4 )4 × 4H2 O și ThP2 O7 × 2H2 O; Oxalatul de Th(C2O4)2 ×6H2O este practic insolubil în apă Soluțiile alcaline au un efect redus asupra T. Hidroxidul de Th(OH)4 precipită din sărurile T. în intervalul de pH 3,5–3,6 sub formă de precipitat amorf. Ionii Th4+ în soluții apoase se caracterizează printr-o capacitate pronunțată de a forma compuși complecși și săruri duble.

chitanta. T. se extrage în principal din concentrate de monazit, în care este conținut sub formă de fosfat. Două metode de deschidere (descompunere) a unor astfel de concentrate sunt de importanță industrială:

1) tratare cu acid sulfuric concentrat la 200 °C (sulfatare);

2) tratarea cu soluții alcaline la 140 °C. Toate elementele din pământuri rare, azotul și acidul fosforic trec în soluții de acid sulfuric ale produselor de sulfatare. Când pH-ul unei astfel de soluții este ajustat la 1, fosfatul T precipită; precipitatul se separă și se dizolvă în acid azotic, apoi se extrage azotatul de T. cu un solvent organic, din care T. se spală ușor sub formă de compuși complecși. În timpul deschiderii alcaline a concentratelor, hidroxizii tuturor metalelor rămân în precipitat, iar fosfatul trisodic trece în soluție. Precipitatul se separă și se dizolvă în acid clorhidric; Prin scăderea pH-ului acestei soluții la 3,6–5, T este precipitat sub formă de hidroxid. ThO2, ThCl4 și ThF4 se obțin din compuși izolați și purificați ai Th., principalele materii prime pentru producerea Th. metalic prin metode metaloterme sau prin electroliza sărurilor topite. Metodele metaloterme includ reducerea ThO2 cu calciu în prezența CaCl2 într-o atmosferă de argon la 1100 – 1200°C, reducerea ThCl4 cu magneziu la 825 – 925°C și reducerea ThF4 cu calciu în prezența ZnCl2 pentru a obține aliajul T. și separarea ulterioară a zincului prin încălzirea aliajului în cuptoare cu vid la 1100 °C. În toate cazurile, T. se obține sub formă de pulbere sau burete. Electroliza sărurilor topite se realizează din electroliți care conțin ThCl4 și NaCl, sau din băi formate dintr-un amestec de ThF4, NaCl, KCl. T. se eliberează pe catod sub formă de pulbere, care este apoi separată de electrolit prin tratare cu apă sau alcaline diluate. Pentru obţinerea unui T. compact se foloseşte metoda metalurgiei pulberilor (se sinterizează semifabricatele în vid la 1100 – 1350°C) sau topirea în cuptoare cu inducţie în vid în creuzete de ZrO2 sau BeO. Pentru obţinerea T. de puritate deosebit de ridicată se foloseşte metoda disocierii termice a lodurii T.

Aplicație. Catozii toriați sunt folosiți în tuburile de electroni, iar cei oxid-toriu sunt folosiți în magnetroni și lămpi generatoare de mare putere. Adăugarea a 0,8 – 1% ThO2 la wolfram stabilizează structura filamentelor lămpii incandescente. ThO2 este folosit ca material refractar și, de asemenea, ca element de rezistență în cuptoarele de temperatură înaltă. T. și compușii săi sunt folosiți pe scară largă în compoziția catalizatorilor în sinteza organică, pentru alierea magneziului și a altor aliaje, care au devenit de mare importanță în aviația cu reacție și în tehnologia rachetelor. Metal T. este folosit în reactoare cu toriu.

Când lucrați cu T., trebuie să respectați regulile siguranța la radiații.

A. N. Zelikman.

T. în corp. T. este prezent în mod constant în țesuturile plantelor și animalelor. Coeficientul de acumulare a T. (adică raportul dintre concentrația sa în organism și concentrația în mediu) în planctonul marin este 1250, în algele de fund este 10, în țesuturile moi ale nevertebratelor este de 50-300 și la pești este de 100. concentrația sa variază de la 3×10–7 la 1×10–5%, la animalele marine de la 3×10–7 la 3×10–6%. T. este absorbit în principal de ficat și splină, precum și de măduva osoasă, glandele limfatice și glandele suprarenale; slab absorbit din tractul gastrointestinal. La om, aportul zilnic de T. cu alimente și apă este de 3 micrograme; excretat din organism cu urină și fecale (0,1 și, respectiv, 2,9 mcg). T. are o toxicitate scăzută, totuși, ca element radioactiv natural, contribuie la fondul natural de iradiere a organismelor (vezi. Fond radioactiv).

G. G. Polikarpov.

Lit.: Toriul, materii prime ale sale, chimie și tehnologie, M., 1960; Zelikman A. N., Metalurgia metalelor pământurilor rare, toriu și uraniu, M., 1961; Emelyanov V. S., Evstyukh și N A. I., Metalurgia combustibilului nuclear, ed. a 2-a, M., 1968; Seaborg G. T., Katz J., Chimia elementelor actinide, trad. din engleză, M., 1960; Bowen, H. J. M., Oligoelemente în biochimie, L.‒N. Y., 1966.

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .

Inclus în grupa III a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 90, masa atomică 232,038; metal ductil alb argintiu. Toriul natural constă practic dintr-un izotop de 232 Th cu viață lungă - strămoșul uneia dintre seriile radioactive - cu un timp de înjumătățire de T ½ = 1,39 10 10 ani (conținutul izotopului 228 Th, care este în echilibru cu acesta , este neglijabil - 1,37 10 - 8%) și patru izotopi de scurtă durată, dintre care doi aparțin seriei radioactive de uraniu - radiu: 234 Th (T ½ \u003d 24,1 zile) și 230 Th (T ½ \u003d 8,0 10) 4 ani), restul - la seria actiniu: 23l Th (T ½ = 25,6 h) și 227 Th (T ½ = 18,17 zile). Dintre izotopii obținuți artificial, 229 Th este cel mai stabil (T ½ = 7340 ani).

Toriul a fost descoperit în 1828 de J. J. Berzelius într-una dintre sienitele din Norvegia. Elementul este numit după zeul tunetului în mitologia scandinavă - Thor, iar mineralul - silicat de toriu - thorite.

Distribuția toriului în natură. Toriul este un element caracteristic al părții superioare a scoarței terestre - stratul de granit și învelișul sedimentar, unde conține în medie 1,8·10 -3% și, respectiv, 1,3·10 -3% din greutate. Toriul este un element relativ slab migrator; este implicat în principal în procesele magmatice, acumulându-se în granite, roci alcaline și pegmatite. Capacitatea de concentrare este slabă. Există 12 minerale cunoscute Toriu. Toriul se găsește în monazit, uraninit, zircon, apatit, orthit și altele. Principala sursă industrială de toriu o constituie placerii monazite (marini și continentali). Apele naturale conțin mai ales puțin Toriu: în apa dulce 2·10 -9%, în apa de mare 1·10 -9%. Ea migrează foarte slab în biosferă și soluții hidrotermale.

Proprietățile fizice ale toriului. Toriul există sub forma a două modificări: forma α cu o rețea cubică centrată pe fețe la temperaturi de până la 1400 °C (a = 5,086 Å) și forma β cu o rețea cubică centrată pe corp la temperaturi peste 1400 °C. C (a = 4,11 Å). Densitatea toriu (raze X) 11,72 g/cm3 (25 °C); diametrul atomic în forma α 3,59 Å, în forma β 3,56 Å; raze ionice Th3+ 1,08 Å, Th4+ 0,99 Å; t pl 1750 °C; t kip 3500-4200 °C.

Capacitatea termică molară a Toriului este de 27,32 kJ/(kmol K) la 25°C; conductivitate termică la 20 ° C 40,19 W / (m K); coeficient de temperatură de dilatare liniară 12,5 10 -6 (25-100 °C); rezistivitate electrică 13 10 -6 - 18 10 -6 ohm cm (25 °C); coeficientul de temperatură al rezistenţei electrice 3,6·10 -3 -4·10 -3 . Toriul este paramagnetic; susceptibilitate magnetică specifică 0,54 10 -6 (20 °C). La 1,4K intră în starea de supraconductivitate.

Toriul se deforma usor la frig; Proprietățile mecanice ale toriului depind puternic de puritatea sa, prin urmare, rezistența la tracțiune a toriului variază de la 150 la 290 MN / m 2 (15-29 kgf / mm 2), duritatea Brinell de la 450 la 700 MN / m 2 (45-29 kgf / mm 2). 70 kgf /mm 2). Configuraţia electronilor exteriori ai atomului Th 6d 2 7s 2 .

Proprietățile chimice ale toriului. Deși toriul aparține familiei actinidelor, totuși, în unele proprietăți este, de asemenea, apropiat de elementele celui de-al doilea subgrup al grupului IV al sistemului periodic al lui Mendeleev - Ti, Zr, Hf. Toriul are o stare de oxidare de +4 în majoritatea compușilor.

Toriul se oxidează ușor în aer la temperatura camerei, devenind acoperit cu o peliculă protectoare neagră; peste 400 °C se oxidează rapid cu formarea de ThO 2 - singurul oxid care se topește la 3200 °C și are o rezistență chimică ridicată. ThO 2 se obține prin descompunerea termică a azotatului, oxalatului sau hidroxidului de toriu. Toriul reacționează cu hidrogenul la temperaturi de peste 200 °C pentru a forma hidruri sub formă de pulbere ThH2, ThH3 și alte compoziții. În vid, la o temperatură de 700-800 ° C, tot hidrogenul poate fi îndepărtat din toriu. Când sunt încălzite în azot peste 800 °C, se formează nitruri ThN și Th 2 N 3, care sunt descompuse de apă cu eliberarea de amoniac. Cu carbonul formează două carburi - ThC și ThC 2 ; sunt descompuse de apă cu eliberare de metan şi acetilenă. Sulfurile ThS, Th 2 S 3, Th 7 S 12, ThS 2 pot fi obţinute prin încălzirea metalului cu vapori de sulf (600-800 °C). Toriul reacționează cu fluorul la temperatura camerei, cu alți halogeni atunci când este încălzit, pentru a forma halogenuri de tip ThX 4 (unde X este un halogen). Dintre halogenuri, fluorura de ThF4 și clorura de ThCl4 sunt de cea mai importantă importanță industrială. Fluorul este produs prin acţiunea HF asupra ThO 2 la temperaturi ridicate; clorură - prin clorurarea unui amestec de ThO 2 cu cărbune la temperaturi ridicate. Fluorul este puțin solubil în apă și acizi minerali; clorura, bromura și iodura sunt higroscopice și foarte solubile în apă. Pentru toate halogenurile se cunosc hidrații cristalini, care sunt izolați prin cristalizare din soluții apoase.

Toriul compact la temperaturi de până la 100 °C se corodează lent în apă, devenind acoperit cu o peliculă de oxid protector. Peste 200 °C, reacţionează activ cu apa pentru a forma ThO 2 şi eliberează hidrogen. La rece, metalul reacționează lent cu acizii azotic, sulfuric și fluorhidric și se dizolvă ușor în acid clorhidric și acva regia. Sărurile de toriu se formează sub formă de hidrați cristalini. Solubilitatea sărurilor în apă este diferită: nitrații Th(NO 3) 4 nH 2 O sunt foarte solubili; sulfați puțin solubili Th(SO4)2nH2O, carbonat bazic ThOCO38H2O, fosfați Th3(PO4)44H2O și ThP2O72H2O; Oxalatul de Th(C 2 O 4) 2 6H 2 O este practic insolubil în apă Soluțiile alcaline au un efect redus asupra toriului. Hidroxidul Th(OH)4 este precipitat din sărurile de toriu în intervalul pH = 3,5-3,6 sub formă de precipitat amorf. Ionii Th 4+ în soluții apoase se caracterizează printr-o capacitate pronunțată de a forma compuși complecși și săruri duble.

Obținerea de toriu. Toriul este extras în principal din concentrate de monazit, care îl conțin sub formă de fosfat. Două metode de deschidere (descompunere) a unor astfel de concentrate sunt de importanță industrială:

1) tratare cu acid sulfuric concentrat la 200 °C (sulfatare);

2) tratarea cu soluții alcaline la 140 °C. Toate elementele pământurilor rare, toriu și acidul fosforic trec în soluții de acid sulfuric de produse de sulfatare. Când pH-ul unei astfel de soluții este ajustat la 1, fosfatul de toriu precipită; precipitatul se separă și se dizolvă în acid azotic, apoi se extrage azotatul de toriu cu un solvent organic, din care toriu se spală ușor sub formă de compuși complecși. În timpul deschiderii alcaline a concentratelor, hidroxizii tuturor metalelor rămân în precipitat, iar fosfatul trisodic trece în soluție. Precipitatul se separă și se dizolvă în acid clorhidric; prin scăderea pH-ului acestei soluţii la 3,6-5 se precipită toriu sub formă de hidroxid. Din compuși de toriu izolați și purificați se obțin ThO 2 , ThCl 4 și ThF 4 - principalele materii prime pentru producerea toriului metalic prin metode metaloterme sau prin electroliza sărurilor topite. Metodele metalo-termice includ: reducerea ThO 2 cu calciu în prezența CaCl 2 într-o atmosferă de argon la 1100-1200 ° C, reducerea ThCl 4 cu magneziu la 825-925 ° C și reducerea ThF 4 cu calciu în prezența ZnCl 2 pentru a obține un aliaj de toriu și separarea ulterioară a zincului prin încălzirea aliajului într-un cuptor cu vid la 1100 °C. În toate cazurile, toriu se obține sub formă de pulbere sau burete. Electroliza sărurilor topite se realizează din electroliți care conțin ThCl4 și NaCl, sau băi formate dintr-un amestec de ThF4, NaCl, KCl. Toriul precipită la catod sub formă de pulbere, care este apoi separată de electrolit prin tratare cu apă sau alcaline diluate. Pentru a obține toriu compact se folosește metoda metalurgiei pulberilor (sinterizarea semifabricatelor se realizează în vid la 1100-1350 ° C) sau topirea în cuptoare cu vid cu inducție în creuzete din ZrO 2 sau BeO. Pentru a obține toriu de o puritate deosebit de ridicată, se folosește metoda de disociere termică a iodurii de toriu.

Aplicarea Toriului. Catozii toriați sunt folosiți în tuburile de electroni, iar cei oxid-toriu sunt folosiți în magnetroni și lămpi generatoare de mare putere. Adăugarea de 0,8-1% ThO2 la wolfram stabilizează structura filamentelor lămpilor cu incandescență. ThO 2 este utilizat ca material refractar și, de asemenea, ca element de rezistență în cuptoarele de temperatură înaltă. Toriul și compușii săi sunt folosiți pe scară largă în compoziția catalizatorilor în sinteza organică, pentru alierea magneziului și a altor aliaje, care au devenit de mare importanță în aviația cu reacție și în tehnologia rachetelor. Torul metalic este utilizat în reactoarele cu toriu.

Când lucrați cu toriu, trebuie respectate regulile de siguranță împotriva radiațiilor.

Toriu în corp. Toriul este prezent în mod constant în țesuturile plantelor și animalelor. Coeficientul de acumulare de toriu (adică raportul dintre concentrația sa în organism și concentrația în mediu) în planctonul marin - 1250, în algele de fund - 10, în țesuturile moi ale nevertebratelor - 50-300, peștii - 100. În moluștele de apă dulce (Unio mancus ) concentrația sa variază de la 3 10 -7 la 1 10 -5%, la animalele marine de la 3 10 -7 la 3 10 -6%. Toriul este absorbit în principal de ficat și splină, precum și de măduva osoasă, glandele limfatice și glandele suprarenale; slab absorbit din tractul gastrointestinal. La om, aportul zilnic de toriu cu alimente și apă este de 3 μg; excretat din organism cu urină și fecale (0,1 și, respectiv, 2,9 mcg). Toriul are o toxicitate scăzută, totuși, ca element radioactiv natural, contribuie la fundalul natural al iradierii organismelor.