Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo Thorium bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 180 pm — das entspricht 0,18 nm; etwa 2,78 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Thorium ist über einen Bereich von 3038 K flüssig, von 2023 K bis 5061 K.
Die Geschichte
Dreimal häufiger als Uran und ein potenzieller Reaktorbrennstoff, der sich nicht leicht zu Waffen umfunktionieren lässt.
Thorium wurde 1828 vom schwedischen Chemiker Jöns Jacob Berzelius entdeckt, einem der Begründer der modernen Chemie. Berzelius identifizierte das neue Element bei der Analyse einer schwarzen Mineralprobe, die ihm vom norwegischen Mineralogen Morten Thrane Esmark geschickt worden war, der sie nahe der Insel Løvøya in Norwegen gefunden hatte.
Die ursprüngliche Probe wurde 1828 von Morten Thrane Esmark auf der Insel Løvøya in der Region des Langesundsfjords in Norwegen entdeckt. Da Esmark das ungewöhnliche schwarze Mineral nicht identifizieren konnte, schickte er es zur Analyse an Berzelius nach Stockholm. Diese Zusammenarbeit zwischen norwegischer Feldarbeit und schwedischer analytischer Chemie führte zur Entdeckung des Elements.
Die Entdeckung erfolgte während des goldenen Zeitalters der Elemententdeckungen, als Chemiker neue Minerale systematisch mit verbesserten Analysemethoden untersuchten. Berzelius’ Arbeit mit Thorium trug zur Entwicklung der Bestimmung der Atommasse bei und half, Prinzipien der chemischen Analyse zu etablieren, die bis heute wichtig sind.
Die radioaktiven Eigenschaften von Thorium wurden erst 1898 von Gerhard Carl Schmidt und Marie Curie unabhängig voneinander entdeckt. Diese Entdeckung erfolgte kurz nach Becquerels Entdeckung der Radioaktivität und machte Thorium nach Uran zum erst zweiten bekannten radioaktiven Element, wodurch das Gebiet der Kernchemie begründet wurde.
Die Entdeckung von Thorium war beispielhaft für die gemeinschaftliche Chemie des 19. Jahrhunderts und legte den Grundstein für das Verständnis der Actinoid-Elemente. Berzelius’ methodischer Ansatz zur Isolierung und Charakterisierung von Thorium wurde zum Vorbild für die Entdeckung und Untersuchung anderer schwerer Elemente.
Anwendungen
Thorium wird zunehmend als Kernbrennstoff der nächsten Generation mit erheblichen Vorteilen gegenüber uranbasierten Brennstoffen anerkannt. Thorium-232 wird beim Beschuss mit Neutronen in Uran-233 umgewandelt, das ein ausgezeichnetes spaltbares Material für Kernreaktoren ist. Dieser Thorium-Brennstoffkreislauf erzeugt weniger langlebigen radioaktiven Abfall und kann nicht leicht für Waffen verwendet werden, was ihn zu einer attraktiven Option für die friedliche Nutzung der Kernenergie macht.
Thorium ist der bevorzugte Brennstoff für die Technologie der Flüssigsalzreaktoren (MSR), bei der Thoriumfluorid in geschmolzenem Salz gelöst wird, das sowohl als Brennstoff als auch als Kühlmittel dient. Diese Reaktoren können bei Atmosphärendruck betrieben werden, verfügen über inhärente Sicherheitseigenschaften und können vorhandenen radioaktiven Abfall verbrauchen. Länder wie China und Indien investieren stark in die Entwicklung von Thorium-MSR.
Historisch war die häufigste Verwendung von Thorium in Glühstrümpfen für Gaslaternen, bei denen Thoriumdioxid beim Erhitzen intensives, helles Licht erzeugte. Obwohl diese Verwendung aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Radioaktivität weitgehend eingestellt wurde, werden Thoriumverbindungen weiterhin in speziellen Hochtemperaturanwendungen eingesetzt, darunter feuerfeste Materialien für Tiegel und Ofenauskleidungen, die extremer Hitze standhalten müssen.
Thorium wird zur Herstellung spezieller Magnesium-Thorium-Legierungen für die Luft- und Raumfahrt verwendet, bei denen ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht entscheidend ist. Diese Legierungen behalten ihre Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen bei und sind daher für Komponenten von Düsentriebwerken und Anwendungen in der Raketentechnik wertvoll. Die Zugabe kleiner Mengen Thorium verbessert die Kriechbeständigkeit von Magnesiumlegierungen erheblich.
Forschungseinrichtungen verwenden Thorium in verschiedenen Anwendungen, darunter als Neutronenquellen, zur Kalibrierung von Strahlungsdetektionsgeräten und für die Grundlagenforschung in der Kernphysik. Thoriumverbindungen dienen als Referenzstandards für Strahlungsmessungen und werden zur Untersuchung der Chemie schwerer Elemente und von Kernzerfallsprozessen eingesetzt.
Fortschrittliche Kerntechnologien erforschen das Potenzial von Thorium in beschleunigergetriebenen Systemen (ADS) und kleinen modularen Reaktoren (SMR). Diese Systeme könnten saubere, sichere Kernenergie mit geringerer Abfallproduktion und erhöhter Proliferationsresistenz bereitstellen und Thorium damit zu einem Schlüsselelement künftiger Strategien für nachhaltige Energie machen.
Die vielversprechendste moderne Anwendung von Thorium liegt in fortschrittlichen Kernreaktorkonzepten. Weltweit entwickeln Forschungsprogramme Thorium-Flüssigsalzreaktoren, die eine sicherere und sauberere Kernenergie ermöglichen könnten. Indiens dreistufiges Kernenergieprogramm zielt angesichts der großen Thoriumreserven des Landes ausdrücklich auf die Nutzung von Thorium ab.
Thoriumdioxid (Thoria) wird in speziellen feuerfesten Anwendungen eingesetzt, bei denen eine extreme Temperaturbeständigkeit erforderlich ist. Sein Schmelzpunkt von 3,300°C macht es wertvoll für Tiegel, Ofenauskleidungen und Hochtemperatur-Laborgeräte, die in der Materialforschung und Metallverarbeitung verwendet werden.
Kleine Mengen Thorium werden Magnesiumlegierungen zugesetzt, um Materialien mit ausgezeichneten Hochtemperatureigenschaften für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt herzustellen. Diese Legierungen behalten ihre Festigkeit und Kriechbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen bei und eignen sich daher für Flugzeugtriebwerke und Strukturbauteile.
Thoriumverbindungen dienen als Kalibrierstandards für Strahlungsdetektionsgeräte und als Quellen für die Neutronenaktivierungsanalyse. Forschungseinrichtungen verwenden Thoriumisotope zur Untersuchung von Kernzerfallsprozessen und zur Entwicklung neuer radiochemischer Verfahren.
Thorium wird für den Einsatz in kleinen modularen Reaktoren und anderen fortschrittlichen Kerntechnologien untersucht, die dezentrale, saubere Energie bereitstellen könnten. Seine Häufigkeit und günstigen nuklearen Eigenschaften machen es zu einer attraktiven Alternative zu Uran für künftige Energiesysteme.
Woher es stammt
9,6 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 68 % der Elemente
Thorium ist in der Erdkruste relativ häufig und weist eine durchschnittliche Konzentration von 9.6 Teilen pro Million auf, wodurch es etwa dreimal häufiger vorkommt als Uran. Es kommt hauptsächlich in magmatischen Gesteinen vor und reichert sich in Schwermineralsanden an, die durch Verwitterungs- und Erosionsprozesse entstanden sind.
Das wichtigste thoriumhaltige Mineral ist Monazit (ein Seltenerdphosphat mit 4-12% Thoriumdioxid), das in Strandsanden und Flussablagerungen vorkommt. Weitere bedeutende Minerale sind Thor it (Thoriumsilikat), Thorianit (Thoriumdioxid) und Bastnäsit, das sowohl Thorium als auch Seltenerdelemente enthält.
Bedeutende Thoriumvorkommen befinden sich in Indien, Australien, Brasilien und den Vereinigten Staaten. Indien besitzt die weltweit größten Thoriumreserven, hauptsächlich in Monazit-Strandsanden entlang der östlichen und südwestlichen Küsten. Australiens Reserven liegen vorwiegend in Mineralsanden, während Brasiliens Vorkommen in monzitreichen Strandsanden und verwitterten Gesteinsformationen liegen.
Thorium wird typischerweise als Nebenprodukt des Abbaus von Seltenerdelementen gewonnen, anstatt gezielt nach Thorium abgebaut zu werden. Der Gewinnungsprozess umfasst das Auslaugen von Monazitkonzentraten mit Säure, gefolgt von chemischen Trennverfahren, um Thorium von Seltenerdelementen und anderen Bestandteilen zu isolieren.
Thorium kommt natürlicherweise in Granitgestein, Boden und Wasser in geringen Konzentrationen vor. In Kohle ist es mit Gehalten von 1-20 Teilen pro Million vorhanden, und bei der Verbrennung von Kohle wird Thorium in die Atmosphäre freigesetzt. Die natürliche Hintergrundstrahlung enthält einen kleinen Beitrag von Thorium und seinen Zerfallsprodukten.
Handhabung
Thorium ist radioaktiv. Es besitzt kein stabiles Isotop — jeder Atomkern zerfällt. Die Handhabung erfordert eine geeignete Abschirmung und Genehmigungen.
WARNUNG: Thorium ist natürlich radioaktiv und hat eine Halbwertszeit von 14 Milliarden Jahren. Obwohl es weniger intensiv radioaktiv ist als viele künstliche Isotope, birgt es dennoch Gesundheitsrisiken durch Alphastrahlung und die Entstehung radioaktiver Zerfallsprodukte, darunter Radongas.
Das wichtigste Gesundheitsrisiko ist das Einatmen von Thoriumstaub oder -partikeln, die sich im Lungengewebe festsetzen und langfristige Strahlenexposition verursachen können. Beschäftigte in Thoriumverarbeitungsanlagen oder Forschungslaboren müssen geeigneten Atemschutz verwenden und in gut belüfteten Bereichen arbeiten.
Thoriumverbindungen sollten nach Standardprotokollen für den Strahlenschutz gehandhabt werden, einschließlich persönlicher Schutzausrüstung, Strahlungsüberwachung und ordnungsgemäßer Lagerung in abgeschirmten Behältern. Bereiche, in denen Thorium verwendet wird, müssen regelmäßig auf Strahlungswerte und Kontamination überwacht werden.
Die frühere Verwendung von Thorium in Glühstrümpfen und Verbraucherprodukten schuf mögliche Expositionswege. Alte Glühstrümpfe sollten vorsichtig gehandhabt und als radioaktiver Abfall entsorgt werden. Einige historische Keramiken und Schweißelektroden können Thorium enthalten und erfordern eine sachgerechte Handhabung.
Schnelle Antworten
Thorium (Symbol Th) ist Element 90 im Periodensystem, ein Actinoid in der 7. Dreimal häufiger als Uran und ein potenzieller Reaktorbrennstoff, der sich nicht leicht zu Waffen umfunktionieren lässt. Bei Raumtemperatur ist es fest und radioaktiv.
[Rn] 6d² 7s²; sie ergibt 7 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2.Thorium schmilzt bei 2023 K (1749.9 °C) und siedet bei 5061 K (4787.9 °C). Damit gehört es zu den feuerfestesten Elementen — es bleibt bei Temperaturen fest, bei denen die meisten Metalle verdampfen.
Die Standardatommasse von Thorium beträgt 232.038 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.
Thorium hat eine Dichte von 11.72 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1.0 g/cm³, daher ist ein Block aus Thorium ungefähr 11.7× schwerer.
Thorium hat eine Elektronegativität von 1.3 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Werte in diesem mittleren Bereich führen eher zur Bildung kovalenter als stark ionischer Bindungen.
Thorium wurde 1828 von Jons Jacob Berzelius entdeckt. Es ist nach thor, nordischer Donnergott benannt.
Thorium macht Über 9.6 mg/kg der Erdkruste aus — nicht häufig, aber auch nicht selten.
Ja. Thorium hat kein stabiles Isotop — jeder seiner Atomkerne zerfällt. Spurenmengen kommen natürlich als Zerfallsprodukte schwererer Elemente vor.