Торий – топливо третьего тысячелетия

Этот химический элемент признан альтернативой урану как ядерному топливу. У него много плюсов, поэтому именно на торий делают ставку стратеги, курирующие сферу энергобезопасности.

Торий

Что представляет собой

Торий как элемент представлен в таблице Менделеева под номером 90. Открывает группу актиноидов. Радиоактивен незначительно.

Это серебристо-белый мягкий блестящий металл.

торий элемент

По составу – три десятка изотопов. Только у одного (232) период полураспада – 13,9 млрд. лет – втрое превышает возраст Земли. Время распада остальных – часы или годы.

Почти 100% тория природного происхождения – мононуклид-232.

Международное обозначение элемента – Th, Thorium.

Как был открыт

К получению тория причастны ученые нескольких стран:

  • Первые крупицы вещества получил гуру европейских химиков Йенс Берцелиус (первая треть 19 века). Образцом стал минерал с сульфатом тория в составе.
  • Торий как металл выделил через полвека его коллега и соотечественник швед Ларс Нильсон.
  • Радиоактивность элемента обнаружили (1898 год) полька Мария Склодовска-Кюри и немец Герберт Шмидт.

Первооткрыватель назвал вещество торием в честь верховного бога скандинавского пантеона Тора. Минерал стал торитом.

Анналы науки хранят имя человека, далекого от химии. 17-летний американец, житель Детройта, соорудил в пристройке к дому ядерный реактор. Ему удалось добыть радиоактивный элемент из сеток накаливания газовых светильников. Пресса окрестила его «радиоактивным бойскаутом», феномен – «случаем с Дэвидом Ханом».

Как представлен в природе

Торий содержат магматические породы, пегматиты, редкоземельные и другие минералы (12 наименований). Главные источники вещества – редкоземельные элементы и минерал монацит. Но отдельно не добывается, только с другими элементами.

Монацит
Монацит

Вместе с ураном входит примесью в граниты.

гранит горная порода
Гранит

Тонна земной коры содержит 10,5 г тория, литр морской воды – 0,05 мкг.

Месторождения ториевых минералов есть на всех континентах.

Богатые залежи у Норвегии и Индии.

Российские ресурсы сосредоточены в основном за Уралом: Омская, Томская, Новосибирская, Мурманская области, Республика Тыва, Красноярский край, Саха-Якутия.

Физико-химические характеристики

Очищенный торий
Очищенный торий

Химический элемент торий – типичный актиноид:

  • С трудом растворяется в кислотах. Легко – в царской водке (азотно-соляном кислотном концентрате).
  • Устойчив к агрессивным щелочам.
  • Реакция с газами, галогенами, серой, кремнием, другими элементами запускается при нагреве.

Оксид вещества не окисляется, самый тугоплавкий среди оксидов.

Металл более уязвим:

  • На воздухе тускнеет, темнеет (постепенно).
  • Коррозия определяется температурой: на влажном холоде замедленна, в горячей воде – молниеносна.
  • Нагревшись, горит ярким белым пламенем.

Порошок легко воспламеняется, поэтому хранится притопленным в керосине.

  • При минус 272°С элемент становится сверхпроводником.

Структура кристаллической решетки элемента меняется с кубической на центрированную по граням. Порог перехода – 1400°С.

Свойства атома
Название, символ, номер Торий / Thorium (Th), 90
Атомная масса
(молярная масса)
232,03806(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Rn] 6d2 7s2
Радиус атома 180 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 165 пм
Радиус иона (+4e) 102 пм
Электроотрицательность 1,3 (шкала Полинга)
Степени окисления 4
Энергия ионизации
(первый электрон)
 670,4 (6,95) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 11,78 г/см³
Температура плавления 2028 K
Температура кипения 5060 K
Уд. теплота плавления 16,11 кДж/моль
Уд. теплота испарения 513,7 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 26,23 Дж/(K·моль)
Молярный объём 19,8 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая, гранецентрированая
Параметры решётки 5,080 Å
Температура Дебая 100,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) (54,0) Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-29-1

Торий причислен к тяжелым металлам: кубик с ребром 1 см весит 11,7 грамма.

Технология получения

Процесс получения вещества несложен:

  • Монацитовую руду обогащают.
  • На продукт воздействуют кислотами либо щелочами.
  • Извлекают «редкие земли» – экстрагируя, затем сорбируя.
  • Из конгломерата металлических соединений выделяют фторид, хлорид либо диоксид тория.

Металлическую форму вещества получают методом металлотермии. Процесс проходит с участием магния, кальция или натрия при 910-990°С.

Преимущества перед ураном

Торий рассматривают как альтернативу урана.

Тяжёлый серебристо-белый глянцеватый металл - уран
Тяжёлый серебристо-белый глянцеватый металл – уран

У элемента ряд преимуществ:

  1. Запасы втрое – вчетверо больше.
  2. Процесс безопаснее. Реактор, работающий на тории, лишен избыточной реактивности. Аварии типа Чернобыля или Фукусимы исключены.
  3. Новые порции топлива загружаются каждые 10 лет (а не полтора года, как у урана).

Нуклид-232 не делится. Но, прихватив нейтрон, превращается в уран-233 с делимым ядром. То есть в реакторе торий «оборачивается» топливом, пригодным для получения энергии. Реально отладить цикличность, при которой урана-233 на выходе получится больше, чем на входе.

Этим плотно занимаются США, Китай, Норвегия, Индия. Для России значение ториевой энергетики возрастает в связи с освоением Арктики.

Стоимость металла не превышает $100 за кг.

Где используется

Металл легко обрабатывать: он мягкий, ковкий, вязкий.

Металлический торий
Металлический торий

Несмотря на слабую радиоактивность, нашел применение как мирный атом и компонент продуктов других сфер.

Атомная промышленность

Главная сфера применения вещества – атомный сектор.

Облученный в реакторе ториевый изотоп-232, через цепочку реакций, превращается в уран-233. Он легче традиционных урана-235 и плутония, но работает не хуже.

Глобальные запасы тория втрое – вчетверо превышают урановый «резерв». Энергетика на его основе решит проблему безопасного использования атома.

Другие сферы

Металлический торий приносит пользу другим отраслям промышленности:

  • Металлургия. Это лигатура, улучшающая параметры сплавов (повышение порога на разрыв, жаропрочность). Оксид вещества – печной элемент-резистор. Емкости из окиси тория применяются для работ при 2550-3150°C.
  • Авиастроение. Окись тория – упрочняющий элемент композитов.
  • Гидроэлектростанции. Оксид вещества используется для узлов и конструкций, функционирующих в экстремальных условиях. Им выкладывают изнутри камеры сгорания и газодинамические каналы.
  • Синтез. Соединения, чистое вешество – составляющая катализаторов.

Катодами с веществом, оксидом снабжены источники света: магнетроны, электронные, ксеноновые дуговые, генераторные.

Один процент оксида тория «обездвиживает» структуру вольфрамовых нитей ламп накаливания.

Влияние на живые организмы

Малотоксичный торий присутствует в растениях, организме человека и животных.

Им богаты морская флора и фауна.

Человек получает ежесуточно 3 мкг вещества с пищей и водой. Они выводятся естественным путем.

«Накопители» вещества – селезенка, печень, лимфоузлы, костный мозг, надпочечники.

Негативное влияние на человека возможно при контакте с веществом.

Ограничения

Радиоактивность элемента незначительна, однако при долгом воздействии срабатывает «накопительный» эффект. Что представляет опасность для человека.

Поэтому гранит, используемый как строительный либо декоративный материал, проверяют. Материал с некоторых месторождений использовать запрещено.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Знак Зодиака мужчины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы

Знак Зодиака женщины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы


Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
471
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: