Th · Élément 90 · Actinide
Trois fois plus abondant que l’uranium et un combustible potentiel pour réacteur qui ne peut pas facilement être transformé en arme.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe thorium parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 180 pm — soit 0,18 nm ; il en faudrait donc environ 2,78 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Thorium est liquide dans une plage de 3038 K, de 2023 K à 5061 K.
L’histoire
Trois fois plus abondant que l’uranium et un combustible potentiel pour réacteur qui ne peut pas facilement être transformé en arme.
Le thorium a été découvert en 1828 par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius, l’un des pères fondateurs de la chimie moderne. Berzelius a identifié le nouvel élément en analysant un échantillon de minéral noir que lui avait envoyé le minéralogiste norvégien Morten Thrane Esmark, qui l’avait découvert près de l’île de Løvøya, en Norvège.
L’échantillon initial a été découvert par Morten Thrane Esmark en 1828 sur l’île de Løvøya, dans la région du Langesundsfjord, en Norvège. Esmark, incapable d’identifier cet inhabituel minéral noir, l’a envoyé à Berzelius à Stockholm pour analyse. Cette collaboration entre le travail de terrain norvégien et la chimie analytique suédoise a conduit à la découverte de l’élément.
La découverte a eu lieu pendant l’âge d’or de la découverte des éléments, lorsque les chimistes analysaient systématiquement de nouveaux minéraux à l’aide de méthodes analytiques améliorées. Les travaux de Berzelius sur le thorium ont contribué au développement de la détermination de la masse atomique et ont aidé à établir des principes d’analyse chimique qui restent importants aujourd’hui.
Les propriétés radioactives du thorium n’ont été découvertes qu’en 1898 par Gerhard Carl Schmidt et Marie Curie, indépendamment l’un de l’autre. Cette découverte est survenue peu après celle de la radioactivité par Becquerel et a établi le thorium comme seulement le deuxième élément radioactif connu après l’uranium, lançant le domaine de la chimie nucléaire.
La découverte du thorium a illustré la chimie collaborative du XIXe siècle et posé les bases de la compréhension des éléments actinides. L’approche méthodique de Berzelius pour isoler et caractériser le thorium est devenue un modèle pour la découverte et l’étude d’autres éléments lourds.
Applications
Le thorium est de plus en plus reconnu comme un combustible nucléaire de nouvelle génération présentant des avantages importants par rapport aux combustibles à base d’uranium. Le thorium-232, lorsqu’il est bombardé par des neutrons, se transforme en uranium-233, qui est une excellente matière fissile pour les réacteurs nucléaires. Ce cycle du combustible au thorium produit moins de déchets radioactifs à vie longue et ne peut pas être facilement détourné à des fins militaires, ce qui en fait une option intéressante pour l’énergie nucléaire pacifique.
Le thorium est le combustible privilégié pour la technologie des réacteurs à sels fondus (MSR), dans lesquels le fluorure de thorium est dissous dans un sel fondu servant à la fois de combustible et de caloporteur. Ces réacteurs peuvent fonctionner à la pression atmosphérique, possèdent des dispositifs de sécurité intrinsèques et peuvent consommer des déchets nucléaires existants. Des pays comme la Chine et l’Inde investissent massivement dans le développement des MSR au thorium.
Historiquement, l’utilisation la plus courante du thorium était dans les manchons de lanternes à gaz, où le dioxyde de thorium produisait une lumière intense et brillante lorsqu’il était chauffé. Bien que largement abandonnés en raison des préoccupations liées à la radioactivité, les composés du thorium sont encore utilisés dans des applications spécialisées à haute température, notamment pour les matériaux réfractaires des creusets et des revêtements de fours qui doivent résister à une chaleur extrême.
Le thorium est utilisé pour créer des alliages magnésium-thorium spécialisés destinés à l’aérospatiale, où les rapports résistance/poids élevés sont essentiels. Ces alliages conservent leurs propriétés à des températures élevées, ce qui les rend précieux pour les composants de moteurs à réaction et les applications liées aux missiles. L’ajout de petites quantités de thorium améliore considérablement la résistance au fluage des alliages de magnésium.
Les instituts de recherche utilisent le thorium dans diverses applications, notamment comme source de neutrons, pour l’étalonnage des équipements de détection des rayonnements et dans la recherche fondamentale en physique nucléaire. Les composés du thorium servent d’étalons de référence pour les mesures de rayonnement et sont utilisés pour étudier la chimie des éléments lourds et les processus de désintégration nucléaire.
Les technologies nucléaires avancées étudient le potentiel du thorium dans les systèmes pilotés par accélérateur (ADS) et les petits réacteurs modulaires (SMR). Ces systèmes pourraient fournir une énergie nucléaire propre et sûre, avec une production réduite de déchets et une meilleure résistance à la prolifération, faisant du thorium un élément clé des futures stratégies énergétiques durables.
L’application moderne la plus prometteuse du thorium concerne les conceptions avancées de réacteurs nucléaires. Des programmes de recherche dans le monde entier développent des réacteurs à sels fondus au thorium, qui pourraient fournir une énergie nucléaire plus sûre et plus propre. Le programme nucléaire indien en trois étapes vise spécifiquement l’utilisation du thorium, compte tenu des importantes réserves de thorium du pays.
Le dioxyde de thorium (thorine) est utilisé dans des applications réfractaires spécialisées nécessitant une résistance à des températures extrêmes. Son point de fusion de 3,300°C le rend utile pour les creusets, les revêtements de fours et les équipements de laboratoire à haute température employés dans la recherche sur les matériaux et le traitement des métaux.
De petites quantités de thorium sont ajoutées aux alliages de magnésium afin de créer des matériaux présentant d’excellentes propriétés à haute température pour les applications aérospatiales. Ces alliages conservent leur résistance et leur résistance au fluage à des températures élevées, ce qui les rend adaptés aux moteurs d’avion et aux composants structuraux.
Les composés du thorium servent d’étalons d’étalonnage pour les équipements de détection des rayonnements et de sources pour l’analyse par activation neutronique. Les installations de recherche utilisent les isotopes du thorium pour étudier les processus de désintégration nucléaire et développer de nouvelles techniques radiochimiques.
Le thorium est étudié pour une utilisation dans les petits réacteurs modulaires et d’autres technologies nucléaires avancées qui pourraient fournir une énergie propre et décentralisée. Son abondance et ses propriétés nucléaires favorables en font une alternative intéressante à l’uranium pour les futurs systèmes énergétiques.
D’où il vient
9,6 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 68 % des éléments
Le thorium est relativement abondant dans la croûte terrestre, avec une concentration moyenne de 9.6 parties par million, ce qui le rend environ trois fois plus abondant que l’uranium. Il se trouve principalement dans les roches magmatiques et se concentre dans les sables de minéraux lourds formés par les processus d’altération et d’érosion.
Le minéral contenant du thorium le plus important est la monazite (un phosphate de terres rares contenant 4-12% de dioxyde de thorium), que l’on trouve dans les sables de plage et les dépôts fluviaux. Parmi les autres minéraux importants figurent la thorite (silicate de thorium), la thorianite (dioxyde de thorium) et la bastnäsite, qui contient à la fois du thorium et des éléments de terres rares.
Les principaux gisements de thorium se trouvent en Inde, en Australie, au Brésil et aux États-Unis. L’Inde possède les plus grandes réserves mondiales de thorium, principalement dans les sables de plage riches en monazite le long de ses côtes orientales et sud-ouest. Les réserves australiennes se trouvent surtout dans les sables minéraux, tandis que les gisements brésiliens sont situés dans des sables de plage riches en monazite et des formations rocheuses altérées.
Le thorium est généralement obtenu comme sous-produit de l’extraction des éléments de terres rares, plutôt qu’extrait spécifiquement pour lui-même. Le processus d’extraction comprend la lixiviation acide de concentrés de monazite, suivie de techniques de séparation chimique pour isoler le thorium des éléments de terres rares et des autres constituants.
Le thorium est naturellement présent dans les roches granitiques, le sol et l’eau à de faibles concentrations. Il est présent dans le charbon à des concentrations de 1-20 parties par million, et la combustion du charbon libère du thorium dans l’atmosphère. Le rayonnement naturel de fond comprend une faible contribution du thorium et de ses produits de désintégration.
Manipulation
Thorium est radioactif. Il ne possède aucun isotope stable : chaque noyau se désintègre. Sa manipulation exige un blindage et des autorisations appropriés.
AVERTISSEMENT : Le thorium est naturellement radioactif et possède une demi-vie de 14 milliards d’années. Bien qu’il soit moins intensément radioactif que de nombreux isotopes artificiels, il présente néanmoins des risques pour la santé en raison du rayonnement alpha et de la production de produits de désintégration radioactifs, notamment le gaz radon.
Le principal risque pour la santé est l’inhalation de poussières ou de particules de thorium, qui peuvent se fixer dans les tissus pulmonaires et entraîner une exposition prolongée aux rayonnements. Les travailleurs des installations de traitement du thorium ou des laboratoires de recherche doivent utiliser une protection respiratoire appropriée et travailler dans des zones bien ventilées.
Les composés du thorium doivent être manipulés conformément aux protocoles de sécurité radiologique standard, notamment avec des équipements de protection individuelle, une surveillance des rayonnements et un stockage approprié dans des conteneurs blindés. Les zones où le thorium est utilisé doivent faire l’objet d’une surveillance régulière des niveaux de rayonnement et de la contamination.
L’utilisation passée du thorium dans les manchons à gaz et les produits de consommation a créé des voies d’exposition potentielles. Les anciens manchons à gaz doivent être manipulés avec précaution et éliminés comme des déchets radioactifs. Certaines céramiques anciennes et certaines baguettes de soudage peuvent contenir du thorium et nécessitent une manipulation appropriée.
Réponses rapides
Thorium (symbole Th) est l’élément 90 du tableau périodique, un actinide de la période 7. Trois fois plus abondant que l’uranium et un combustible potentiel pour réacteur qui ne peut pas facilement être transformé en arme. À température ambiante, c’est un solide et il est radioactif.
[Rn] 6d² 7s² ; elle comporte 7 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2.Thorium fond à 2023 K (1749.9 °C) et bout à 5061 K (4787.9 °C). Cela le classe parmi les éléments les plus réfractaires — il reste solide à des températures qui vaporisent la plupart des métaux.
La masse atomique standard de Thorium est de 232.038 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
Thorium a une masse volumique de 11.72 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1.0 g/cm³ ; un bloc de Thorium est donc environ 11.7× plus lourd.
Thorium a une électronégativité de Pauling de 1.3. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Les valeurs de cette plage intermédiaire tendent à former des liaisons covalentes plutôt que des liaisons fortement ioniques.
Thorium a été découvert en 1828 par Jons Jacob Berzelius. Il porte le nom de thor, dieu nordique du tonnerre.
Thorium constitue environ 9.6 mg/kg de la croûte terrestre — peu courant, mais pas rare.
Oui. Thorium ne possède aucun isotope stable — chacun de ses noyaux se désintègre. De faibles quantités sont présentes naturellement comme produits de désintégration d’éléments plus lourds.