Th · Elemento 90 · Attinoide
Tre volte più abbondante dell'uranio e un potenziale combustibile per reattori che non può essere facilmente trasformato in arma.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca torio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 180 pm — cioè 0,18 nm, quindi ne servirebbero circa 2,78 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Torio è liquido in un intervallo di 3038 K, da 2023 K a 5061 K.
La storia
Tre volte più abbondante dell'uranio e un potenziale combustibile per reattori che non può essere facilmente trasformato in arma.
Il torio fu scoperto nel 1828 dal chimico svedese Jöns Jacob Berzelius, uno dei padri fondatori della chimica moderna. Berzelius identificò il nuovo elemento analizzando un campione di minerale nero inviatogli dal mineralogista norvegese Morten Thrane Esmark, che lo aveva trovato nei pressi dell'isola di Løvøya, in Norvegia.
Il campione originale fu scoperto da Morten Thrane Esmark nel 1828 sull'isola di Løvøya, nella regione del Langesundsfjord, in Norvegia. Esmark, non riuscendo a identificare l'insolito minerale nero, lo inviò a Berzelius a Stoccolma per l'analisi. Questa collaborazione tra il lavoro sul campo norvegese e la chimica analitica svedese portò alla scoperta dell'elemento.
Berzelius utilizzò le sue avanzate tecniche analitiche per isolare e caratterizzare il nuovo elemento. Inizialmente pensò di aver scoperto due nuovi elementi, che chiamò "torio" e "torina". Analisi successive rivelarono che si trattava dello stesso elemento in diversi stati di ossidazione. Il nome "torio" fu scelto in riferimento a Thor, il dio norreno del tuono.
La scoperta avvenne durante l'età d'oro della scoperta degli elementi, quando i chimici analizzavano sistematicamente nuovi minerali utilizzando metodi analitici migliorati. Il lavoro di Berzelius sul torio contribuì allo sviluppo della determinazione della massa atomica e aiutò a stabilire principi di analisi chimica ancora importanti oggi.
Le proprietà radioattive del torio furono scoperte solo nel 1898 da Gerhard Carl Schmidt e Marie Curie, indipendentemente l'uno dall'altra. Questa scoperta avvenne poco dopo la scoperta della radioattività da parte di Becquerel e stabilì il torio come il secondo elemento radioattivo conosciuto dopo l'uranio, dando avvio al campo della chimica nucleare.
La scoperta del torio fu un esempio della chimica collaborativa del XIX secolo e pose le basi per la comprensione degli elementi attinoidi. L'approccio metodico di Berzelius all'isolamento e alla caratterizzazione del torio divenne un modello per la scoperta e lo studio di altri elementi pesanti.
Applicazioni
Il torio è sempre più riconosciuto come combustibile nucleare di nuova generazione, con vantaggi significativi rispetto ai combustibili a base di uranio. Il torio-232, quando viene bombardato con neutroni, si converte in uranio-233, un eccellente materiale fissile per i reattori nucleari. Questo ciclo del combustibile al torio produce meno rifiuti radioattivi a lunga vita e non può essere facilmente trasformato in arma, rendendolo un'opzione interessante per l'energia nucleare a scopi pacifici.
Il torio è il combustibile preferito per la tecnologia dei reattori a sali fusi (MSR), nei quali il fluoruro di torio viene disciolto in sale fuso, che funge sia da combustibile sia da refrigerante. Questi reattori possono funzionare a pressione atmosferica, presentano caratteristiche di sicurezza intrinseche e possono consumare rifiuti nucleari esistenti. Paesi come la Cina e l'India stanno investendo molto nello sviluppo dei reattori MSR al torio.
Storicamente, l'uso più comune del torio era nelle reticelle per lampade a gas, dove il diossido di torio produceva una luce intensa e brillante quando veniva riscaldato. Sebbene il suo impiego sia stato in gran parte abbandonato a causa delle preoccupazioni legate alla radioattività, i composti del torio sono ancora utilizzati in applicazioni specializzate ad alta temperatura, tra cui materiali refrattari per crogioli e rivestimenti di fornaci che devono resistere a calore estremo.
Il torio viene utilizzato per creare leghe speciali di magnesio e torio per applicazioni aerospaziali, nelle quali è fondamentale un elevato rapporto resistenza/peso. Queste leghe mantengono le loro proprietà a temperature elevate, rendendole preziose per componenti di motori a reazione e applicazioni missilistiche. L'aggiunta di piccole quantità di torio migliora significativamente la resistenza allo scorrimento viscoso delle leghe di magnesio.
Gli istituti di ricerca utilizzano il torio in diverse applicazioni, tra cui sorgenti di neutroni, calibrazione di apparecchiature per il rilevamento delle radiazioni e ricerca nel campo della fisica nucleare fondamentale. I composti del torio fungono da standard di riferimento per le misurazioni delle radiazioni e vengono utilizzati nello studio della chimica degli elementi pesanti e dei processi di decadimento nucleare.
Le tecnologie nucleari avanzate stanno studiando il potenziale del torio nei sistemi azionati da acceleratore (ADS) e nei reattori modulari di piccole dimensioni (SMR). Questi sistemi potrebbero fornire energia nucleare pulita e sicura, con una produzione ridotta di rifiuti e una maggiore resistenza alla proliferazione, rendendo il torio un elemento chiave nelle future strategie energetiche sostenibili.
L'applicazione moderna più promettente del torio riguarda i progetti avanzati di reattori nucleari. In tutto il mondo, i programmi di ricerca stanno sviluppando reattori a sali fusi al torio, che potrebbero fornire energia nucleare più sicura e pulita. Il programma nucleare indiano in tre fasi è specificamente orientato all'utilizzo del torio, date le grandi riserve presenti nel Paese.
Il diossido di torio (toria) viene utilizzato in applicazioni refrattarie specializzate che richiedono un'estrema resistenza alla temperatura. Il suo punto di fusione di 3.300°C lo rende prezioso per crogioli, rivestimenti di fornaci e apparecchiature di laboratorio ad alta temperatura utilizzate nella ricerca sui materiali e nella lavorazione dei metalli.
Piccole quantità di torio vengono aggiunte alle leghe di magnesio per creare materiali con eccellenti proprietà alle alte temperature per applicazioni aerospaziali. Queste leghe mantengono la resistenza e la capacità di contrastare lo scorrimento viscoso a temperature elevate, rendendole adatte ai motori degli aeromobili e ai componenti strutturali.
I composti del torio fungono da standard di calibrazione per le apparecchiature di rilevamento delle radiazioni e da sorgenti per l'analisi mediante attivazione neutronica. Le strutture di ricerca utilizzano gli isotopi del torio per studiare i processi di decadimento nucleare e sviluppare nuove tecniche radiochimiche.
Il torio viene studiato per l'impiego nei reattori modulari di piccole dimensioni e in altre tecnologie nucleari avanzate, che potrebbero fornire energia decentralizzata e pulita. La sua abbondanza e le sue favorevoli proprietà nucleari lo rendono un'alternativa interessante all'uranio per i futuri sistemi energetici.
Da dove proviene
9,6 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 68% degli elementi
Il torio è relativamente abbondante nella crosta terrestre, con una concentrazione media di 9,6 parti per milione, risultando circa tre volte più abbondante dell'uranio. Si trova principalmente nelle rocce ignee ed è concentrato nelle sabbie di minerali pesanti formate dai processi di alterazione e di erosione.
Il minerale contenente torio più importante è la monazite (un fosfato delle terre rare contenente il 4-12% di diossido di torio), presente nelle sabbie delle spiagge e nei depositi fluviali. Altri minerali significativi includono la torite (silicato di torio), la torianite (diossido di torio) e la bastnäsite, che contiene sia torio sia elementi delle terre rare.
I principali giacimenti di torio si trovano in India, Australia, Brasile e Stati Uniti. L'India possiede le maggiori riserve di torio del mondo, principalmente nelle sabbie di monazite lungo le coste orientali e sud-occidentali. Le riserve australiane si trovano soprattutto nelle sabbie minerali, mentre i giacimenti brasiliani sono costituiti da sabbie di spiaggia ricche di monazite e formazioni rocciose alterate.
Il torio viene generalmente ottenuto come sottoprodotto dell'estrazione di elementi delle terre rare, anziché essere estratto specificamente per il torio. Il processo di estrazione prevede la lisciviazione acida dei concentrati di monazite, seguita da tecniche di separazione chimica per isolare il torio dagli elementi delle terre rare e dagli altri componenti.
Il torio è presente naturalmente in rocce granitiche, suolo e acqua a basse concentrazioni. È presente nel carbone a livelli di 1-20 parti per milione e la combustione del carbone rilascia torio nell'atmosfera. La radiazione naturale di fondo include un piccolo contributo del torio e dei suoi prodotti di decadimento.
Manipolazione
Torio è radioattivo. Non ha isotopi stabili: ogni nucleo decade. La gestione richiede schermatura e autorizzazioni adeguate.
AVVERTENZA: Il torio è naturalmente radioattivo, con un tempo di dimezzamento di 14 miliardi di anni. Sebbene sia meno intensamente radioattivo di molti isotopi artificiali, presenta comunque rischi per la salute attraverso la radiazione alfa e la produzione di prodotti di decadimento radioattivi, tra cui il gas radon.
Il principale rischio per la salute è l'inalazione di polvere o particelle di torio, che possono depositarsi nel tessuto polmonare e causare un'esposizione prolungata alle radiazioni. I lavoratori degli impianti di trattamento del torio o dei laboratori di ricerca devono utilizzare un'adeguata protezione delle vie respiratorie e lavorare in ambienti ben ventilati.
I composti del torio devono essere manipolati utilizzando protocolli standard di sicurezza radiologica, compresi dispositivi di protezione individuale, monitoraggio delle radiazioni e conservazione corretta in contenitori schermati. Le aree in cui viene utilizzato il torio devono essere sottoposte regolarmente a controlli dei livelli di radiazione e della contaminazione.
L'uso passato del torio nelle reticelle per lampade a gas e nei prodotti di consumo ha creato potenziali vie di esposizione. Le vecchie reticelle per lampade a gas devono essere manipolate con cautela e smaltite come rifiuti radioattivi. Alcune ceramiche d'epoca e bacchette per saldatura possono contenere torio e richiedono una manipolazione adeguata.
Risposte rapide
Torio (simbolo Th) è l'elemento 90 nella tavola periodica, appartenente a Attinoide nel periodo 7. Tre volte più abbondante dell'uranio e un potenziale combustibile per reattori che non può essere facilmente trasformato in arma. A temperatura ambiente è un solido ed è radioattivo.
[Rn] 6d² 7s², con 7 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2.Torio fonde a 2023 K (1749.9 °C) ed entra in ebollizione a 5061 K (4787.9 °C). Questo lo annovera tra gli elementi più refrattari: rimane solido a temperature che vaporizzano la maggior parte dei metalli.
La massa atomica standard di Torio è 232.038 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
Torio ha una densità di 11.72 g/cm³. L'acqua ha una densità di 1.0 g/cm³, quindi un blocco di Torio è circa 11.7× più pesante.
Torio ha un'elettronegatività di Pauling pari a 1.3. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). I valori in questa fascia intermedia tendono a formare legami covalenti anziché legami fortemente ionici.
Torio è stato scoperto nel 1828 da Jons Jacob Berzelius. Prende il nome da thor, dio norreno del tuono.
Torio costituisce informazioni 9.6 mg/kg della crosta terrestre: è poco comune, ma non raro.
Sì. Torio non ha isotopi stabili — ogni suo nucleo decade. Quantità in tracce si trovano naturalmente come prodotti del decadimento di elementi più pesanti.