Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место торий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 180 pm — that is 0.18 nm, so about 2778 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Торий is liquid over a 3038 K window, from 2023 K to 5061 K.
История
Three times more abundant than uranium and a potential reactor fuel that cannot easily be weaponised.
Торий был открыт в 1828 году шведским химиком Jöns Jacob Berzelius, одним из основоположников современной химии. Berzelius идентифицировал новый элемент при анализе образца чёрного минерала, присланного ему норвежским минералогом Morten Thrane Esmark, обнаружившим его возле острова Løvøya в Норвегии.
Исходный образец был обнаружен Morten Thrane Esmark в 1828 году на острове Løvøya в районе Лангесуннс-фьорда в Норвегии. Esmark, не сумев идентифицировать необычный чёрный минерал, отправил его Berzelius в Стокгольм для анализа. Это сотрудничество между норвежской полевой работой и шведской аналитической химией привело к открытию элемента.
Berzelius использовал передовые аналитические методы, чтобы выделить и охарактеризовать новый элемент. Сначала он считал, что открыл два новых элемента, которые назвал «thorium» и «thorina». Последующий анализ показал, что это один и тот же элемент в разных степенях окисления. Название «thorium» было выбрано в честь Тора, скандинавского бога грома.
Открытие произошло в золотой век открытия элементов, когда химики систематически анализировали новые минералы с помощью усовершенствованных аналитических методов. Работа Berzelius с торием способствовала развитию определения атомной массы и помогла установить принципы химического анализа, которые остаются важными и сегодня.
Радиоактивные свойства тория были открыты лишь в 1898 году Gerhard Carl Schmidt и Marie Curie независимо друг от друга. Это открытие произошло вскоре после открытия радиоактивности Becquerel и показало, что торий является только вторым известным радиоактивным элементом после урана, положив начало ядерной химии.
Открытие тория стало примером коллективной химической работы XIX века и заложило основу для понимания актиноидных элементов. Методичный подход Berzelius к выделению и характеристике тория стал образцом для открытия и изучения других тяжёлых элементов.
Применение
Торий всё чаще рассматривается как ядерное топливо следующего поколения, имеющее значительные преимущества перед топливом на основе урана. Торий-232 при облучении нейтронами превращается в уран-233, который является отличным делящимся материалом для ядерных реакторов. Этот ториевый топливный цикл производит меньше долгоживущих радиоактивных отходов и не может быть легко использован для создания оружия, что делает его привлекательным вариантом для мирной ядерной энергетики.
Торий является предпочтительным топливом для технологии реакторов на расплавах солей (MSR), в которых фторид тория растворён в расплавленной соли, выполняющей роль и топлива, и теплоносителя. Эти реакторы могут работать при атмосферном давлении, обладают встроенными функциями безопасности и способны потреблять существующие ядерные отходы. Такие страны, как Китай и Индия, активно инвестируют в разработку ториевых MSR.
Исторически наиболее распространённым применением тория были сетки газовых фонарей, где диоксид тория при нагревании обеспечивал интенсивный яркий свет. Хотя из-за опасений, связанных с радиоактивностью, это применение в значительной степени прекратилось, соединения тория по-прежнему используются в специализированных высокотемпературных областях, включая огнеупорные материалы для тиглей и футеровки печей, которые должны выдерживать экстремальный нагрев.
Торий используется для создания специальных магниево-ториевых сплавов для аэрокосмической отрасли, где критически важны высокие отношения прочности к массе. Эти сплавы сохраняют свои свойства при повышенных температурах, что делает их ценными для компонентов реактивных двигателей и ракет. Добавление небольших количеств тория значительно повышает сопротивление магниевых сплавов ползучести.
Научно-исследовательские учреждения используют торий в различных областях, включая источники нейтронов, калибровку оборудования для обнаружения излучения и фундаментальные исследования ядерной физики. Соединения тория служат эталонами для измерений радиации и используются при изучении химии тяжёлых элементов и процессов радиоактивного распада.
Передовые ядерные технологии изучают потенциал тория в системах с ускорителем (ADS) и малых модульных реакторах (SMR). Эти системы могут обеспечить чистую и безопасную ядерную энергию с сокращённым образованием отходов и повышенной устойчивостью к распространению ядерного оружия, что делает торий ключевым элементом будущих стратегий устойчивой энергетики.
Наиболее перспективное современное применение тория связано с передовыми конструкциями ядерных реакторов. Исследовательские программы по всему миру разрабатывают ториевые реакторы на расплавах солей, которые могут обеспечить более безопасную и чистую ядерную энергию. Трёхэтапная ядерная программа Индии специально направлена на использование тория, учитывая большие запасы тория в этой стране.
Диоксид тория (торий) используется в специализированных огнеупорных применениях, где требуется чрезвычайная устойчивость к температуре. Его температура плавления составляет 3,300°C, что делает его ценным материалом для тиглей, футеровки печей и высокотемпературного лабораторного оборудования, используемого в исследованиях материалов и обработке металлов.
Небольшие количества тория добавляют в магниевые сплавы, чтобы создавать материалы с превосходными высокотемпературными свойствами для аэрокосмических применений. Эти сплавы сохраняют прочность и сопротивление ползучести при повышенных температурах, что делает их подходящими для авиационных двигателей и конструкционных компонентов.
Соединения тория служат калибровочными эталонами для оборудования обнаружения излучения и источниками для анализа нейтронно-активационным методом. Исследовательские учреждения используют изотопы тория для изучения процессов ядерного распада и разработки новых радиохимических методов.
Торий исследуется для использования в малых модульных реакторах и других передовых ядерных технологиях, которые могут обеспечить децентрализованную чистую энергию. Его распространённость и благоприятные ядерные свойства делают его привлекательной альтернативой урану для энергетических систем будущего.
Откуда он берётся
9.6 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 68% of elements
Торий относительно широко распространён в земной коре: его средняя концентрация составляет 9.6 частей на миллион, поэтому он примерно в три раза распространённее урана. Он встречается главным образом в магматических породах и концентрируется в тяжёлых минеральных песках, образовавшихся в результате выветривания и эрозии.
Наиболее важный торийсодержащий минерал — монацит (фосфат редкоземельных элементов, содержащий 4-12% диоксида тория), который встречается в пляжных песках и речных отложениях. К другим значимым минералам относятся торит (силикат тория), торианит (диоксид тория) и бастнезит, содержащий и торий, и редкоземельные элементы.
Крупные месторождения тория находятся в Индии, Австралии, Бразилии и Соединённых Штатах. Индия обладает крупнейшими в мире запасами тория, главным образом в монацитовых пляжных песках вдоль её восточного и юго-западного побережий. Запасы Австралии в основном находятся в минеральных песках, а месторождения Бразилии — в богатых монацитом пляжных песках и выветрелых горных породах.
Торий обычно получают как побочный продукт добычи редкоземельных элементов, а не добывают специально. Процесс извлечения включает кислотное выщелачивание монацитовых концентратов с последующим химическим разделением для отделения тория от редкоземельных элементов и других компонентов.
Торий естественным образом встречается в гранитных породах, почве и воде в низких концентрациях. В угле он присутствует в количествах 1-20 частей на миллион, а при сжигании угля торий выделяется в атмосферу. Естественный радиационный фон включает небольшой вклад тория и продуктов его распада.
Обращение
Торий радиоактивен. It has no stable isotope — every nucleus decays. Для обращения требуются соответствующие средства защиты и лицензия.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Торий естественным образом радиоактивен и имеет период полураспада 14 миллиардов лет. Хотя он менее интенсивно радиоактивен, чем многие искусственные изотопы, он всё же представляет опасность для здоровья из-за альфа-излучения и образования радиоактивных продуктов распада, включая газ радон.
Основная опасность для здоровья связана с вдыханием ториевой пыли или частиц, которые могут оседать в тканях лёгких и вызывать длительное радиационное облучение. Работники предприятий по переработке тория или исследовательских лабораторий должны использовать соответствующую защиту органов дыхания и работать в хорошо проветриваемых помещениях.
С соединениями тория следует обращаться в соответствии со стандартными протоколами радиологической безопасности, включая использование средств индивидуальной защиты, радиационный контроль и правильное хранение в защищённых контейнерах. В помещениях, где используется торий, необходимо регулярно контролировать уровни радиации и загрязнение.
Использование тория в прошлом в газовых сетках и потребительских товарах создавало потенциальные пути воздействия. Со старыми газовыми сетками следует обращаться осторожно и утилизировать их как радиоактивные отходы. Некоторые старинные керамические изделия и сварочные стержни могут содержать торий и требуют правильного обращения.
Краткие ответы
Торий (symbol Th) is element 90 on the periodic table, a актиноид 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.Торий 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 Торий is 232.038 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Торий has a density of 11.72 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of торий is about 11.7× heavier.
Торий 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.
Торий was discovered in 1828 by Jons Jacob Berzelius. It is named after thor, Norse god of thunder.
Торий makes up about 9.6 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.
Yes. Торий has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.