Thorium

Thorium
Atomové číslo	90
Relativní atomová hmotnost	232,03806(2) amu
Elektronová konfigurace	[Rn] 6d2 7s2
Skupenství	Pevné
Teplota tání	1842 °C, (2115 K)
Teplota varu	4788 °C, (5061 K)
Elektronegativita (Pauling)	1,3
Hustota	11,7 g/cm3
Registrační číslo CAS	7440-29-1
Atomový poloměr	1,80 Å (180 pm)
Výparné teplo	514 kJ/mol
Skupenské teplo tání	13,81 kJ/mol
Tepelná kapacita	26,230 J.mol-1.K-1
Ionizační potenciál Th→Th+	587 kJ/mol
Ionizační potenciál Th+→Th2+	1110 kJ/mol
Ionizační potenciál Th2+→Th3+	1930 kJ/mol

Thorium, chemická značka Th, (lat. Thorium) je druhým členem z řady aktinoidů, radioaktivní kovový prvek. Díky velmi dlouhému poločasu rozpadu jader thoria nacházíme tento prvek v horninách zemské kůry a je potenciálním palivem v jaderné energetice.

[editovat] Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Thorium je velmi slabě radioaktivní kovový prvek (zářič α), který však nemá žádný stabilní izotop.

Je to stříbřitě bílý kov, který se na vzduchu pomalu pokrývá vrstvou našedlého oxidu. Zahřátím na vzduchu se kovové thorium může i vznítit. V běžných minerálních kyselinách se rozpouští jen zvolna, koncentrovaná kyselina dusičná jej pasivuje vytvořením inertní vrstvičky oxidu thoričitého ThO₂ na povrchu kovu. Ve sloučeninách se vyskytuje pouze v mocenství Th⁺⁴.

Objevil jej již roku 1828 švédský chemik Jöns Jakob Berzelius a pojmenoval jej po Thórovi, bohu blesku ve skandinávské mytologii.

[editovat] Výskyt

Monazitový písek

Thorium je v zemské kůře poměrně silně zastoupeno, vyskytuje v koncentraci 8–12 mg/kg. Jeho obsah v mořské vodě je udáván okolo 7 μg/l. Ve vesmíru připadá jeden atom thoria na 500 miliard atomů vodíku.

V přírodě se thorium vyskytuje pouze ve formě sloučenin a nejsou známy ani žádné minerály, obsahující jako kov pouze thorium. Obvykle doprovází prvky skupiny lanthanoidů a nejčastěji průmyslově zpracovávanou surovinou jsou monazitové písky, směsné fosforečnany typu (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄ a dále například minerál euxenit (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆.

Velká ložiska thoriem bohatých rud se nalézají v Austrálii, Indii, Skandinávii, USA, Číně, Brazílii, Indonésii a Kanadě.

[editovat] Výroba

Při průmyslové výrobě thoria se rudy nejprve digerují roztokem louhu a vysrážené nerozpustné hydroxidy lanthanoidů a thoria se oddělí filtrací. Po jejich rozpuštění v kyselině chlorovodíkové se postupným snižováním pH z roztoku nejprve oddělí hydroxidy thoria a uranu. Soli čistého thoria se z tohoto materiálu získávají po rozpuštění v HCl kapalinovou extrakcí tributylfosfátem nebo methylisobutylketonem.

Příprava čistého kovu se obvykle provádí elektrochemicky z taveniny směsi fluoridu thoričitého ThF₄, kyanidu draselného KCN a chloridu sodného NaCl. Chemicky je možno získat elementární thorium redukcí roztaveného fluoridu thoričitého elementárním vápníkem, hořčíkem nebo sodíkem.

[editovat] Izotopy

Přestože je známa řada izotopů thoria, v zemské kůře se můžeme prakticky setkat pouze s izotopem ²³²Th, který se vyznačuje mimořádně velkým poločasem rozpadu 1,39×10¹⁰ roku. Je to, stejně jako velká většina dalších izotopů thoria, α-zářič.

Z dalších izotopů stojí za zmínku např. ²³⁰Th s poločasem rozpadu asi 75 000 let, ²²⁹Th s poločasem asi 7 340 let nebo ²²⁸Th s poločasem přibližně 1,91 roku. Ostatní izotopy od atomové hmotnosti 212 po 236 amu se rozpadají mnohem rychleji.

[editovat] Využití

[editovat] Jaderná energetika

V současné době nachází thorium hlavní využití v jaderné energetice jako potenciální zdroj štěpného materiálu. Samotná atomová jádra ²³²Th jsou pouze α-zářiči a nemohou se proto zapojit do spontánní štěpné reakce. Záchytem neutronu se však mohou měnit na uran ²³³U, který je vynikajícím jaderným palivem a silným zdrojem neutronů.

Vzhledem k tomu, že thorium se v přírodě vyskytuje přibližně třikrát častěji než uran, je pochopitelné, že myšlenka na jeho energetické využití je značně lákavá. V současné době se výzkum v tomto oboru ubírá dvěma směry:

1. Thorium je v jaderném reaktoru přeměňováno na ²³³U, který se dále přímo účastní další štěpné reakce a postupně se v tomto prostředí jaderně přeměňuje za vzniku energetického výtěžku. V tomto případě je do jaderného reaktoru vsazován poměrně nízký obsah thoria.
2. Cílem jaderné přeměny v reaktoru je příprava maximálního množství jader ²³³U, která jsou následně oddělena a slouží jako jaderné palivo v jiném atomovém reaktoru. Zde je naopak do jaderné reakce nasazeno maximální množství ²³²Th a přeměna na ²³³U je důležitější než energetický výtěžek procesu. Zdrojem energie je v tomto případě až následné jaderné štěpení ²³³U v dalším reaktoru. Nevýhodou tohoto procesu je nutnost přepracování paliva z prvního reaktoru na čistý ²³³U, protože produkty vzniklé ozařováním thoria jsou značně silnými radioaktivními zářiči a separaci je třeba provádět za zvýšených bezpečnostních podmínek. Naopak výhoda spočívá v relativně jednoduché a nenáročné kontrole štěpení vzniklého izotopu uranu ²³³U.

Výzkum v oblasti využití thoria je v současné době prováděn především v Indii, jejíž potenciální zásoby thoria patří k jedněm z největších na světě.

[editovat] Další využití

1. Ve slitinách hořčíku zlepšují malé přídavky thoria mechanickou odolnost materiálu.
2. Thorium lze použít jako materiál elektrod pro obloukové svařování.
3. Ve sklářském průmyslu se přídavkem thoria do skloviny dociluje zvýšení indexu lomu a snížení rozptylu světla vyrobeného skla. Takové sklo slouží především jako materiál v optických aplikacích, např. čočky pro filmové kamery nebo vědecké přístroje.
4. Oxid thoričitý ThO₂ je značně odolný vůči vysokým teplotám a vyrábějí se z něj tavicí kelímky a chemické nádobí určené pro práci s agresivními materiály za vysokých teplot. Oxid thoričitý je také využíván pro výrobu punčošek v plynových lampách.
5. Oxid thoričitý ThO₂ slouží jako průmyslový katalyzátor v chemickém průmyslu při výrobě kyseliny dusičné z amoniaku, při výrobě kyseliny sírové nebo při krakování ropy.
6. Jemně rozptýlené kovové thorium je po zahřátí na vysokou teplotu pyroforické, shoří jasně svítivým plamenem.

[editovat] Literatura

Wikimedia Commons nabízí obrázky, zvuky či videa k tématu

Thorium

Wikislovník obsahuje slovníkovou definici slova thorium.

• Greenwood N.N., Earnshaw A.: Chemie prvků II. 1. vyd. 1993. ISBN 80-85427-38-9

[editovat] Související články

• Thoriová rozpadová řada
• Plutonium
• Uran (prvek)

[editovat] Externí odkazy

• Thorium na jaderne.info
• Thorium jako nadějné palivo na globalaffairs.cz
• Sloučeniny thoria a jeho výroba na jergym.hiedu.cz
• Thorium na geologie.vsb.cz
• Poloreakce thoria na jergym.hiedu.cz
• Thoriová rozpadová řada na psaci.misto.cz