البنية
ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع ثوريوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 180 pm — that is 0.18 nm, so about 2778 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
ثوريوم is liquid over a 3038 K window, from 2023 K to 5061 K.
القصة
Three times more abundant than uranium and a potential reactor fuel that cannot easily be weaponised.
اكتشف الثوريوم عام 1828 الكيميائي السويدي Jöns Jacob Berzelius، أحد الآباء المؤسسين للكيمياء الحديثة. وحدد Berzelius العنصر الجديد أثناء تحليل عينة من معدن أسود أرسلها إليه عالم المعادن النرويجي Morten Thrane Esmark، الذي عثر عليه بالقرب من جزيرة Løvøya في النرويج.
اكتشف Morten Thrane Esmark العينة الأصلية عام 1828 في جزيرة Løvøya بمنطقة Langesundsfjord في النرويج. ولعدم تمكنه من تحديد هوية المعدن الأسود غير المألوف، أرسله إلى Berzelius في ستوكهولم لتحليله. وأدى هذا التعاون بين العمل الميداني النرويجي والكيمياء التحليلية السويدية إلى اكتشاف العنصر.
استخدم Berzelius تقنياته التحليلية المتقدمة لعزل العنصر الجديد وتوصيفه. واعتقد في البداية أنه اكتشف عنصرين جديدين، أطلق عليهما اسمي "thorium" و"thorina". وكشف التحليل اللاحق أنهما العنصر نفسه في حالتي أكسدة مختلفتين. واختير اسم "thorium" نسبةً إلى Thor، إله الرعد في الأساطير الإسكندنافية.
حدث الاكتشاف خلال العصر الذهبي لاكتشاف العناصر، حين كان الكيميائيون يحللون معادن جديدة منهجياً باستخدام أساليب تحليل محسنة. وأسهم عمل Berzelius على الثوريوم في تطوير تحديد الأوزان الذرية، وساعد على إرساء مبادئ التحليل الكيميائي التي لا تزال مهمة حتى اليوم.
لم تُكتشف خصائص الثوريوم المشعة حتى عام 1898 على يد Gerhard Carl Schmidt وMarie Curie كلٌّ على حدة. وجاء هذا الاكتشاف بعد وقت قصير من اكتشاف Becquerel للنشاط الإشعاعي، وأثبت أن الثوريوم ثاني عنصر مشع معروف بعد اليورانيوم، مما أطلق مجال الكيمياء النووية.
جسّد اكتشاف الثوريوم الكيمياء التعاونية في القرن 19، وأرسى الأساس لفهم عناصر الأكتينيد. وأصبح نهج Berzelius المنهجي في عزل الثوريوم وتوصيفه نموذجاً لاكتشاف العناصر الثقيلة الأخرى ودراستها.
الاستخدامات
يُعترف بالثوريوم على نحو متزايد بوصفه وقوداً نووياً من الجيل التالي يتمتع بمزايا كبيرة مقارنةً بالوقود القائم على اليورانيوم. فعندما يُقصف الثوريوم-232 بالنيوترونات، يتحول إلى اليورانيوم-233، وهو مادة انشطارية ممتازة للمفاعلات النووية. وتنتج دورة وقود الثوريوم هذه نفايات مشعة أقل عمراً، ولا يمكن تحويلها بسهولة إلى أسلحة، مما يجعلها خياراً جذاباً للطاقة النووية السلمية.
يُعد الثوريوم الوقود المفضل لتقنية مفاعل الملح المنصهر (MSR)، حيث يُذاب فلوريد الثوريوم في ملح منصهر يعمل بوصفه وقوداً ومبرداً في الوقت نفسه. ويمكن لهذه المفاعلات أن تعمل عند الضغط الجوي، وتتمتع بخصائص سلامة جوهرية، كما يمكنها استهلاك النفايات النووية الموجودة. وتستثمر دول مثل الصين والهند بكثافة في تطوير مفاعلات الملح المنصهر العاملة بالثوريوم.
كان الاستخدام الأكثر شيوعاً للثوريوم تاريخياً في أغطية المصابيح الغازية، حيث كان ثاني أكسيد الثوريوم يوفر ضوءاً شديداً ومشرقاً عند تسخينه. وعلى الرغم من التخلص من استخدامه إلى حد كبير بسبب المخاوف المتعلقة بالنشاط الإشعاعي، لا تزال مركبات الثوريوم تُستخدم في تطبيقات متخصصة لدرجات الحرارة العالية، بما في ذلك المواد الحرارية للبوصلات وبطانات الأفران التي يجب أن تتحمل حرارة شديدة للغاية.
يُستخدم الثوريوم لإنشاء سبائك المغنيسيوم-الثوريوم المتخصصة في تطبيقات الفضاء والطيران، حيث تُعد نسب القوة إلى الوزن العالية أمراً بالغ الأهمية. وتحافظ هذه السبائك على خصائصها عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها قيّمة لمكونات المحركات النفاثة وتطبيقات الصواريخ. وتؤدي إضافة كميات صغيرة من الثوريوم إلى تحسين مقاومة سبائك المغنيسيوم للزحف بدرجة كبيرة.
تستخدم المؤسسات البحثية الثوريوم في تطبيقات متنوعة، تشمل مصادر النيوترونات، ومعايرة معدات كشف الإشعاع، والبحوث الأساسية في الفيزياء النووية. وتُستخدم مركبات الثوريوم معاييرَ مرجعيةً لقياسات الإشعاع، كما تُستخدم في دراسة كيمياء العناصر الثقيلة وعمليات التحلل النووي.
تستكشف التقنيات النووية المتقدمة إمكانات الثوريوم في الأنظمة التي تعمل بدفع المسرّعات (ADS) والمفاعلات المعيارية الصغيرة (SMRs). ويمكن لهذه الأنظمة توفير طاقة نووية نظيفة وآمنة مع تقليل إنتاج النفايات وتعزيز مقاومة الانتشار النووي، مما يجعل الثوريوم عنصراً أساسياً في استراتيجيات الطاقة المستدامة المستقبلية.
يتمثل التطبيق الحديث الواعد للثوريوم في تصاميم المفاعلات النووية المتقدمة. وتعمل برامج بحثية حول العالم على تطوير مفاعلات الملح المنصهر بالثوريوم، التي يمكن أن توفر طاقة نووية أكثر أماناً ونظافة. ويستهدف البرنامج النووي الهندي المؤلف من ثلاث مراحل استخدام الثوريوم تحديداً، نظراً إلى امتلاك البلاد احتياطيات كبيرة منه.
يُستخدم ثاني أكسيد الثوريوم (الثوريا) في تطبيقات حرارية متخصصة تتطلب مقاومة شديدة لدرجات الحرارة. وتبلغ نقطة انصهاره 3,300°C، مما يجعله قيّماً للبوصلات وبطانات الأفران ومعدات المختبرات ذات درجات الحرارة العالية المستخدمة في أبحاث المواد ومعالجة المعادن.
تُضاف كميات صغيرة من الثوريوم إلى سبائك المغنيسيوم لإنشاء مواد ذات خصائص ممتازة عند درجات الحرارة العالية لتطبيقات الفضاء والطيران. وتحافظ هذه السبائك على قوتها ومقاومتها للزحف عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها مناسبة لمحركات الطائرات والمكونات الهيكلية.
تعمل مركبات الثوريوم بوصفها معايير معايرة لمعدات كشف الإشعاع، ومصادر لتحليل التنشيط النيوتروني. وتستخدم مرافق البحث نظائر الثوريوم لدراسة عمليات التحلل النووي وتطوير تقنيات إشعاعية كيميائية جديدة.
تجري دراسة استخدام الثوريوم في المفاعلات المعيارية الصغيرة وغيرها من التقنيات النووية المتقدمة التي يمكن أن توفر طاقة نظيفة ولا مركزية. وتجعل وفرته وخصائصه النووية الملائمة منه بديلاً جذاباً لليورانيوم في أنظمة الطاقة المستقبلية.
مصدره
9.6 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 68% of elements
يوجد الثوريوم بوفرة نسبية في القشرة الأرضية، بتركيز متوسط يبلغ 9.6 جزءاً في المليون، مما يجعله أوفر بنحو ثلاث مرات من اليورانيوم. ويوجد أساساً في الصخور النارية، ويتركز في الرمال المعدنية الثقيلة التي تتشكل بفعل عمليات التجوية والتعرية.
أهم معدن حامل للثوريوم هو المونازيت (فوسفات للعناصر الأرضية النادرة يحتوي على 4-12% من ثاني أكسيد الثوريوم)، ويوجد في رمال الشواطئ ورواسب الأنهار. وتشمل المعادن المهمة الأخرى الثوريت (سيليكات الثوريوم)، والثوريانيت (ثاني أكسيد الثوريوم)، والباستناسايت، الذي يحتوي على الثوريوم والعناصر الأرضية النادرة معاً.
توجد رواسب الثوريوم الرئيسية في الهند وأستراليا والبرازيل والولايات المتحدة. وتمتلك الهند أكبر احتياطيات الثوريوم في العالم، ولا سيما في رمال المونازيت الشاطئية على سواحلها الشرقية والجنوبية الغربية. وتوجد احتياطيات أستراليا أساساً في الرمال المعدنية، بينما توجد رواسب البرازيل في الرمال الشاطئية الغنية بالمونازيت والتكوينات الصخرية المتجوية.
يُحصل على الثوريوم عادةً بوصفه منتجاً ثانوياً لتعدين العناصر الأرضية النادرة، بدلاً من تعدينه خصيصاً. وتتضمن عملية الاستخراج ترشيح مركزات المونازيت بالأحماض، ثم استخدام تقنيات الفصل الكيميائي لعزل الثوريوم عن العناصر الأرضية النادرة والمكونات الأخرى.
يوجد الثوريوم طبيعياً في صخور الغرانيت والتربة والماء بتركيزات منخفضة. ويوجد في الفحم بمستويات تتراوح بين 1-20 جزءاً في المليون، ويؤدي حرق الفحم إلى إطلاق الثوريوم في الغلاف الجوي. ويتضمن الإشعاع الطبيعي في الخلفية مساهمة صغيرة من الثوريوم ونواتج تحلله.
التعامل
ثوريوم مشع. It has no stable isotope — every nucleus decays. يتطلب التعامل معه تدريعًا وترخيصًا مناسبين.
تحذير: الثوريوم مشع طبيعياً وله عمر نصف يبلغ 14 مليار سنة. وعلى الرغم من أنه أقل نشاطاً إشعاعياً بكثير من العديد من النظائر الاصطناعية، فإنه لا يزال يشكل مخاطر صحية من خلال إشعاع ألفا وإنتاج نواتج التحلل المشعة، بما في ذلك غاز الرادون.
يتمثل الخطر الصحي الأساسي في استنشاق غبار الثوريوم أو جسيماته، التي قد تستقر في أنسجة الرئة وتسبب تعرضاً إشعاعياً طويل الأمد. ويجب على العاملين في مرافق معالجة الثوريوم أو المختبرات البحثية استخدام وسائل حماية تنفسية مناسبة والعمل في مناطق جيدة التهوية.
ينبغي التعامل مع مركبات الثوريوم باستخدام بروتوكولات السلامة الإشعاعية القياسية، بما في ذلك معدات الوقاية الشخصية، ومراقبة الإشعاع، والتخزين السليم في حاويات محمية. ويجب رصد مستويات الإشعاع والتلوث بانتظام في المناطق التي يُستخدم فيها الثوريوم.
أدى الاستخدام السابق للثوريوم في أغطية المصابيح الغازية والمنتجات الاستهلاكية إلى نشوء مسارات محتملة للتعرض. وينبغي التعامل مع أغطية المصابيح الغازية القديمة بحذر والتخلص منها بوصفها نفايات مشعة. وقد تحتوي بعض الخزفيات القديمة وقضبان اللحام على الثوريوم، ولذلك تتطلب مناولة مناسبة.
إجابات سريعة
ثوريوم (symbol Th) is element 90 on the periodic table, a أكتينيد in period 7. Three times more abundant than uranium and a potential reactor fuel that cannot easily be weaponised. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
[Rn] 6d² 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2 electrons respectively.ثوريوم melts at 2023 K (1749.9 °C) and boils at 5061 K (4787.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
The standard atomic weight of ثوريوم is 232.038 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
ثوريوم has a density of 11.72 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of ثوريوم is about 11.7× heavier.
ثوريوم has a Pauling electronegativity of 1.3. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
ثوريوم was discovered in 1828 by Jons Jacob Berzelius. It is named after thor, Norse god of thunder.
ثوريوم makes up about 9.6 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.
Yes. ثوريوم has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.