90 Th トリウム 232.038
アクチノイド fブロック 7周期 放射性

トリウム

Th · 元素 90 · アクチノイド

ウランの3倍も豊富に存在し、兵器化が容易ではない、潜在的な原子炉燃料です。

20°Cでの状態 固体
原子量 232.038 u
電子配置[Rn] 6d² 7s²

構造

トリウムの原子

リング上の点の図ではありません — 占有されている各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

物性表

各バーは、その性質についてトリウムが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。

物理的性質

密度 11.72 g/cm³ 70%
融点 2023 K 84%
沸点 5061 K 95%
比熱 0.113 J/g·K
熱伝導率 54 W/m·K 68%

原子

原子半径 180 pm 66%
共有結合半径 206 pm
ファンデルワールス半径 245 pm

電子

電気陰性度 1.3 30%
イオン化エネルギー 608.8 kJ/mol 37%
電子親和力 58.6 kJ/mol 51%

存在

地殻中の存在度 9.6 mg/kg 68%

同一性

元素記号Th
原子番号90
原子量232.0377 u
分類アクチノイド
ブロックf
結晶構造面心立方格子
酸化数+3, +4
発見年1828
発見者Jons Jacob Berzelius

出典:IUPAC 2021標準原子量・CRC化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。

大きさ、実寸比

トリウムの原子はどのくらいの大きさですか?

半径180 pmです。これは0.18 nmなので、約2.78百万個を横に並べると1ミリメートルになります。

熱範囲

固体、液体、気体—そしてそのとき

トリウムは、2023 Kから5061 Kまでの3038 Kの範囲で液体です。

位置

表での位置

トリウムはアクチノイド系列に位置し、メインのグリッドの下に表示されます。

その他のアクチノイド

アクチノイドのすべて

物語

トリウムとは何か、そしてどのように発見されたか

ウランの3倍も豊富に存在し、兵器化が容易ではない、潜在的な原子炉燃料です。

トリウムの発見

Jöns Jacob Berzeliusによる発見

トリウムは、現代化学の創始者の一人であるスウェーデンの化学者Jöns Jacob Berzeliusが1828年に発見しました。Berzeliusは、ノルウェーの鉱物学者Morten Thrane Esmarkから送られた黒色鉱物の試料を分析中に、この新しい元素を同定しました。EsmarkはノルウェーのLøvøya島付近でその鉱物を発見していました。

ノルウェーとのつながり

元の試料は、Morten Thrane Esmarkが1828年にノルウェーのLangesundsfjord地域にあるLøvøya島で発見しました。珍しい黒色鉱物を同定できなかったEsmarkは、分析のためストックホルムのBerzeliusに送りました。ノルウェーでの野外調査とスウェーデンの分析化学との協力が、この元素の発見につながりました。

19世紀の化学

この発見は、化学者たちが改良された分析法を用いて新しい鉱物を体系的に分析していた、元素発見の黄金時代に起こりました。Berzeliusによるトリウムの研究は、原子量の決定の発展に貢献し、現在も重要な化学分析の原理の確立に役立ちました。

放射性の発見

トリウムの放射性は、Gerhard Carl SchmidtとMarie Curieが1898年にそれぞれ独立に発見しました。この発見はBecquerelによる放射能の発見から間もなく行われ、トリウムがウランに次いで知られる2番目の放射性元素であることを示し、核化学の分野を切り開きました。

科学的遺産

トリウムの発見は、19世紀の協力的な化学研究を象徴するものであり、アクチノイド元素を理解する基礎を築きました。Berzeliusのトリウムの単離と性質解明における体系的な手法は、他の重元素の発見と研究の手本となりました。

用途

トリウムの用途

原子力燃料への用途

トリウムは、ウランを基盤とする燃料に比べて大きな利点を持つ次世代原子力燃料として、ますます注目されています。トリウム232は中性子を照射するとウラン233に変換され、原子炉用の優れた核分裂性物質になります。このトリウム燃料サイクルでは、長寿命の放射性廃棄物の発生量が少なく、兵器化も容易ではないため、平和利用の原子力エネルギーにとって魅力的な選択肢です。

溶融塩炉

トリウムは溶融塩炉(MSR)技術で優先的に用いられる燃料です。この炉では、トリウムフッ化物を、燃料と冷却材の両方の役割を果たす溶融塩に溶かします。これらの原子炉は大気圧で運転でき、本質的な安全機能を備え、既存の核廃棄物を消費できます。中国やインドなどの国々は、トリウムMSRの開発に多額の投資を行っています。

ガスマントルと高温用途

歴史的に、トリウムの最も一般的な用途はガスランタンのマントルで、二酸化トリウムが加熱時に強く明るい光を発しました。放射性に関する懸念から大部分は廃止されましたが、トリウム化合物は現在も、極端な高温に耐える必要があるるつぼや炉の内張り用の耐火材料など、特殊な高温用途で使われています。

特殊合金と材料

トリウムは、重量に対する強度の比が重要な航空宇宙用途向けに、特殊なマグネシウム・トリウム合金を作るために使われます。これらの合金は高温でも性質を維持するため、ジェットエンジン部品やミサイル用途に有用です。少量のトリウムを加えることで、マグネシウム合金のクリープ耐性が大幅に向上します。

科学・研究用途

研究機関では、中性子源、放射線検出装置の校正、基礎核物理学の研究など、さまざまな用途でトリウムを使用しています。トリウム化合物は放射線測定の基準物質として機能し、重元素の化学や核崩壊過程の研究にも使われています。

将来のエネルギー用途

先進的な原子力技術では、加速器駆動システム(ADS)や小型モジュール炉(SMR)におけるトリウムの可能性が研究されています。これらのシステムは、廃棄物の発生量を減らし、核拡散抵抗性を高めた、クリーンで安全な原子力を供給できる可能性があり、トリウムは将来の持続可能なエネルギー戦略における重要な元素となっています。

原子力エネルギー研究

トリウムの現代における最も有望な用途は、先進的な原子炉設計です。世界各地の研究計画でトリウム溶融塩炉が開発されており、より安全でクリーンな原子力エネルギーを供給できる可能性があります。インドの三段階原子力計画は、同国が大量のトリウム埋蔵量を有することから、特にトリウムの利用を対象としています。

高温材料

二酸化トリウム(トリア)は、極端な温度への耐性が必要な特殊な耐火用途で使われています。融点が3,300°Cであるため、材料研究や金属加工で使用されるるつぼ、炉の内張り、高温実験装置に有用です。

航空宇宙用合金

少量のトリウムをマグネシウム合金に加えることで、航空宇宙用途に適した優れた高温特性を持つ材料が作られます。これらの合金は高温でも強度とクリープ耐性を維持するため、航空機エンジンや構造部品に適しています。

科学計測機器

トリウム化合物は、放射線検出装置の校正標準や中性子放射化分析の線源として使われています。研究施設では、トリウム同位体を核崩壊過程の研究や新しい放射化学的手法の開発に利用しています。

新興技術

トリウムは、小型モジュール炉や、分散型のクリーンエネルギーを供給できる可能性があるその他の先進的な原子力技術への利用が研究されています。その存在度と有利な核特性により、将来のエネルギーシステムにおけるウランの魅力的な代替物となっています。

起源

自然界での存在

地殻に9.6 mg/kg存在し、68%の元素より存在度が高い

豊富な天然鉱床

トリウムは地殻中に比較的豊富に存在し、平均濃度は9.6 ppmで、ウランの約3倍の存在度です。主に火成岩中に存在し、風化や侵食の過程で形成された重鉱物砂に濃集しています。

主なトリウム鉱物

最も重要なトリウム含有鉱物はモナズ石(二酸化トリウムを4~12%含む希土類リン酸塩)で、海浜砂や河川堆積物に見られます。その他の重要な鉱物には、トライト(ケイ酸トリウム)、トリアナイト(二酸化トリウム)、トリウムと希土類元素の両方を含むバストネサイトがあります。

世界的な分布

主要なトリウム鉱床はインド、オーストラリア、ブラジル、アメリカ合衆国にあります。インドは世界最大のトリウム埋蔵量を有し、主に東岸と南西岸に沿ったモナズ石海浜砂に含まれています。オーストラリアの埋蔵量は主に鉱物砂中にあり、ブラジルの鉱床はモナズ石に富む海浜砂と風化した岩石層にあります。

採掘と抽出

トリウムは通常、トリウム自体を目的に採掘されるのではなく、希土類元素の採掘の副産物として得られます。抽出過程では、モナズ石精鉱を酸浸出した後、化学分離技術によって希土類元素やその他の成分からトリウムを分離します。

環境中での存在

トリウムは花こう岩、土壌、水中に低濃度で天然に存在します。石炭には1~20 ppmの濃度で含まれ、石炭を燃焼するとトリウムが大気中に放出されます。自然放射線には、トリウムとその崩壊生成物による少量の寄与が含まれます。

取り扱い

安全性

トリウムは放射性です。 安定同位体はなく、すべての原子核が崩壊します。 取り扱いには適切な遮蔽と許可が必要です。

放射性物質

警告:トリウムは天然に放射性で、半減期は140億年です。多くの人工同位体ほど強い放射性はありませんが、アルファ放射線や、ラドンの気体を含む放射性崩壊生成物の発生によって、なお健康上のリスクがあります。

吸入によるリスク

主な健康上の懸念はトリウムの粉じんや粒子の吸入です。これらは肺組織に留まり、長期的な放射線被ばくを引き起こす可能性があります。トリウム処理施設や研究ラボの作業員は、適切な呼吸用保護具を使用し、十分に換気された場所で作業しなければなりません。

取扱手順

トリウム化合物は、個人用保護具、放射線モニタリング、遮蔽容器での適切な保管など、標準的な放射線安全手順に従って取り扱う必要があります。トリウムを使用する区域では、放射線量と汚染の有無を定期的に監視しなければなりません。

過去のばく露に関する懸念

過去にトリウムをガスマントルや消費者向け製品に使用したことで、ばく露経路が生じました。古いガスマントルは注意して取り扱い、放射性廃棄物として処分してください。一部の古い陶磁器や溶接棒にはトリウムが含まれている可能性があり、適切な取扱いが必要です。

簡単な回答

トリウム:よくある質問

トリウムとは何ですか?

トリウム(記号Th)は周期表の元素90で、7周期のアクチノイドです。 ウランの3倍も豊富に存在し、兵器化が容易ではない、潜在的な原子炉燃料です。 室温では固体で、放射性です。

トリウムの電子配置はどのようなものですか?

トリウムの基底状態の電子配置は[Rn] 6d² 7s²で、2, 8, 18, 32, 18, 10, 2という分布の電子殻が7個あります。

トリウムの融点と沸点は何ですか?

トリウムの融点は2023 K(1749.9 °C)、沸点は5061 K(4787.9 °C)です。 そのため、最も融点の高い元素の一つに分類されます。ほとんどの金属が気化する温度でも固体のままです。

トリウムの原子量は何ですか?

トリウムの標準原子量は232.038 uです。これは天然に存在する同位体の加重平均であるため、整数になることはほとんどありません。

トリウムの密度はどのくらいですか?

トリウムの密度は11.72 g/cm³です。水は1.0 g/cm³なので、トリウムの塊は約11.7倍重いです。

トリウムの電気陰性度はどのくらいですか?

トリウムのポーリング電気陰性度は1.3です。この尺度は、電子を最も引きつけにくいフランシウムの0.70から、最も引きつけやすいフッ素の3.98までです。 この中間の範囲の値では、強いイオン結合よりも共有結合を形成する傾向があります。

トリウムを発見したのは誰で、いつですか?

トリウムは1828年にJons Jacob Berzeliusによって発見されました。 北欧神話の雷神Thorにちなんで名付けられました。

地球上でトリウムはどのくらい一般的ですか?

地球の地殻におけるトリウムの割合は約9.6 mg/kgで、珍しいものの希少ではありません。

トリウムは放射性ですか?

はい。トリウムには安定同位体がなく、その原子核はすべて崩壊します。 重い元素の崩壊生成物として、微量が自然に存在します。