Торій (хим. елемент)
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Торій (хим. елемент)

Торій (лат. Thorium), Th, радіоактивний хімічний елемент, перший член сімейства актиноїдів, що входять до III групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 90, атомна маса 232,038; сріблисто-білий пластичний метал. Природний Т. практично складається з одного довгоживучого ізотопу 232 Th — родоначальника одного з радіоактивних рядів — з періодом напіврозпаду T 1/2 = 1,39×10 10 років (вміст ізотопу 228 Th, що знаходиться з ним в рівновазі, нікчемно — 1,37×10 —8 %) і чотирьох короткоживучих ізотопів, два з яких відносяться до радіоактивного ряду урану — радію: 234 Th ( T 1/2 = 24,1 сут ) і 230 Th ( T 1/2 = 8,0×10 4 років), останні — до ряду актинія: 231 Th ( T 1/2 = 25,6 ч ) і 227 Th ( T 1/2 = 18,17 сут ). З штучно отриманих ізотопів найбільш стійкий 229 Th ( T 1/2 = 7340 років).

загрузка...

  Т. відкритий в 1828 І. Я. Берцеліусом в одному з сиенітов в Норвегії. Елемент названий по імені бога грому в скандінавській міфології — Тора, а мінерал — силікат торія — торитом .

  Поширення в природі. Т.— характерний елемент верхньої частини земної кори — гранітного шару і осадової оболонки, де його в середньому міститься відповідно 1,8 ·10 —3 % і 1,3·10 —3 % по масі. Т. порівняно слабомігрірующий елемент; в основному він бере участь в магматичних процесах, накопичуючись в гранітах, лужних породах і пегматітах. Здібність до концентрації слабка. Відомо 12 власних мінералів Т. (див. Торієві руди ). Т. міститься в монаците, уранініте, цирконі, апатиті, ортіте і ін. (див. Радіоактивні мінерали ). Основне промислове джерело Т. — монацитовиє розсипи (морські і континентальні). У природних водах міститься особливо мало Т.: в прісній воді 2×10 —9 %, у морській воді 1×10 —9 %. Він дуже слабо мігрує в біосфері і гидротермальних розчинах.

  Фізичні і хімічні властивості. Т. існує у вигляді двох модифікацій: а-форми з гранецентрованими кубічними гратами при температурі до 1400 °С ( а = 5,086 Å) і b-формі з об'емноцентрірованной кубічними гратами при температурі вище 1400 °С (а = 4,11 Å). Щільність Т. (рентгено-графічна) 11,72 г/см 3 (25 °С); атомний діаметр в а-формі 3,59 Å, у b-формі 3,56 Å; іонні радіуси Th 3+ 1,08 Å, Th 4+ 0,99 Å; t пл 1750 °С; t кіп 3500— 4200 °C.

  Молярна теплоємність Т. 27,32 кдж /( кмоль× До) [6,53 кал/(г-атом × °С)] при 25 °С; теплопровідність при 20 °С 40,19 Вт / м× До) [0,096 кал /( см×сек× °С)]; температурний коефіцієнт лінійного розширення 12,5 × 10 —6 (25—100 °С); питоме електроопір 13×10 —6 —18×10 —6 ом×см (25 °С); температурний коефіцієнт електроопоу 3,6 × 10 —3 —4×10 —3 . Т. парамагнітен; питома магнітна сприйнятливість 0,54 × 10 —6 (20 °С). При 1,4К переходить в стан надпровідності.

  Т. легко деформується на холоду; механічні властивості Т. сильно залежать від його чистота, тому межа міцності при розтягуванні Т. варіює від 150 до 290 Мн / м-коду 2 (15—29 кгс / мм 2 ), твердість по Брінеллю від 450 до 700 Мн / м-коду 2 (45—70 кгс / мм 2 ). Конфігурація зовнішніх електронів атома Th 6 d 2 7 s 2 .

  Хоча Т. відноситься до сімейства актиноїдів, проте по деяких властивостях він близький також до елементів другої підгрупи IV групи періодичної системи Менделєєва — Ti, Zr, Hf. У більшості з'єднань Т. має міру окислення +4.

  На повітрі при кімнатній температурі Т. окислюється трохи, покриваючись захисною плівкою чорного кольору; вище 400 °С швидко окислюється з утворенням Tho 2 — єдиного оксиду, який плавиться при 3200 °С і володіє високою хімічною стійкістю. Отримують Tho 2 термічним розкладанням нітрату, оксалата або гідроокису Т. З воднем при температурах вище 200 °С Т. реагує з утворенням порошкоподібних гідридів Thh 2 , Thh 3 і ін. складу. У вакуумі при температурі 700—800 °С з Т. можна видалити весь водень. При нагріванні в азоті вище 800 °С утворюється нітрид THN і Th 2 N 3 , які розкладаються водою з виділенням аміаку. З вуглецем утворює два карбіди — THC і Thc 2 ; вони розкладаються водою з виділенням метану і ацетилену. Сульфіди THS, Th 2 S 3 , Th 7 S 12 , Ths 2 можуть бути отримані при нагріванні металу з парами сірки (600—800 °С). Т. реагує з фтором при кімнатній температурі, з останніми галогенами — при нагріванні, з утворенням галогенідів типа Thx 4 (де Х — галоген). Найбільш важливе промислове значення з галогенідів мають фторид Thf 4 і хлорид Thcl 4 . Фторид отримують дією HF на Tho 2 при підвищених температурах; хлорид — хлоруванням суміші Tho 2 з вугіллям при підвищених температурах. Фторид мало розчинимо у воді і мінеральних кислотах; хлорид, бромід і йодид — гігроскопічні і добре растворіми у воді. Для всіх галогенідів відомі кристалогідрати, що виділяються кристалізацією з водних розчинів.

  Компактний Т. при температурах до 100 °С повільно корродіруєт у воді, покриваючись захисною окисною плівкою. Вище 200 °С активно реагує з водою з утворенням Tho 2 і виділенням водню. Метал на холоду повільно реагує з азотною, сірчаною і плавиковою кислотами, легко розчиняється в соляній кислоті і царській горілці. Соли Т. утворюються у вигляді кристалогідратів. Розчинність солей у воді різна: добре растворіми нітрати Th (No 3 ) 4 × n H 2 O; труднорастворіми сульфати Th (So 4 ) 2 × n H 2 O, основний карбонат Thoco 3 ×8H 2 O, фосфати Th 3 (Po 4 ) 4 ×4H 2 O і Thp 2 O 7 ×2H 2 O; практично нерастворім у воді оксалат Th (C 2 O 4 ) 2 ×6H 2 O. Розчини лугів слабо діють на Т. Гидроокись Th (ВІН) 4 осідає з солей Т. в інтервалі ph = 3,5—3,6 у вигляді аморфного осаду. Для іонів Th 4+ у водних розчинах характерна яскраво виражена здібність до утворення комплексних з'єднань і подвійних солей.

  Здобуття. Т. витягується головним чином з монацитових концентратів, в яких він міститься у вигляді фосфату. Промислове значення мають два способи розтину (розкладання) таких концентратів:

  1) обробка концентрованою сірчаною кислотою при 200 °С (сульфатізация);

  2) обробка розчинами лугу при 140 °С. У сірчанокислі розчини продуктів сульфатізациі переходять всі рідкоземельні елементи, Т. і фосфорна кислота. При доведенні ph такого розчину до 1 осідає фосфат Т.; осідань відокремлюють і розчиняють в азотній кислоті, а потім нітрат Т. екстрагують органічним розчинником, з якого Т. легко вимивається у вигляді комплексних з'єднань. При лужному розтині концентратів в осіданні залишаються гідроокиси всіх металів, а в розчин переходить тринатрій фосфат. Осад відокремлюють і розчиняють в соляній кислоті; знижуючи ph цього розчину до 3,6—5, облягають Т. у вигляді гідроокису. З виділених і очищених з'єднань Т. отримують Tho 2 , Thcl 4 і Thf 4 — основні вихідні речовини для виробництва металевого Т. металотермічними методами або електролізом розплавлених солей. До металотермічних методів відносяться: відновлення Tho 2 кальцієм у присутності Cacl 2 в атмосфері аргону при 1100—1200 °С, відновлення Thcl 4 магнієм при 825—925 °С і відновлення Thf 4 кальцієм у присутності Zncl 2 із здобуттям сплаву Т. і подальшим відділенням цинку нагріванням сплаву у вакуумній печі при 1100 °С. У всіх випадках отримують Т. у формі порошку або губки. Електроліз розплавлених солей ведеться з електролітів, Thcl, що містять, 4 і NACI, або ванн, що складаються з суміші Thf 4 , NACI, Kcl. Т. виділяється на катоді у вигляді порошку, відокремлюваного потім від електроліту обробкою водою або розбавленими лугами. Для здобуття компактного Т. застосовують метод порошкової металургії (спікання заготовок ведуть у вакуумі при 1100—1350 °С) або плавку в індукційних вакуумних печах в тиглях з Zro 2 або BEO. Для здобуття Т. особливо високої чистоти використовують метод термічної дисоціації лодіда Т.

  Вживання. Торійовані катоди застосовуються в електронних лампах, а оксидно-торієві — в магнетронах і потужних генераторних лампах. Добавка 0,8—1% Tho 2 до вольфраму стабілізує структуру ниток ламп розжарювання. Tho 2 використовують як вогнетривкий матеріал, а також як елемент опору у високотемпературних печах. Т. і його з'єднання широко застосовують у складі каталізаторів в органічному синтезі, для легування магнієвих і ін. сплавів, які придбали велике значення в реактивній авіації і ракетній техніці. Металевий Т. використовується в торієвих реакторах .

  При роботі з Т. необхідно дотримувати правила радіаційній безпеці .

  А. Н. Зелікман.

  Т. в організмі. Т. постійно присутній в тканинах рослин і тварин. Коефіцієнт накопичення Т. (тобто відношення його концентрації в організмі до концентрації в довкіллі) в морському планктоні — 1250, в донних водоростях — 10, в м'яких тканинах безхребетних — 50—300, риб — 100. У прісноводих молюсках (Unio mancus) його концентрація вагається від 3×10 —7 до 1×10 —5 %, у морських тваринах від 3×10 —7 до 3×10 —6 %. Т. поглинається головним чином печінкою і селезінкою, а також кістковим мозком, лімфатичними залозами і наднирковими; погано всмоктується з шлунково-кишкового тракту. У людини добовий вступ Т. з продуктами харчування і водою складає 3 мкг ; виводиться з організму з сечею і калом (0,1 і 2,9 мкг відповідно). Т. — малотоксичен, проте як природний радіоактивний елемент вносить свій вклад в природний фон опромінення організмів (див. Фон радіоактивний ).

  Р. Р. Полікарпов.

 

  Літ.: Торій, його сировинні ресурси, хімія і технологія, М., 1960; Зелікман А. Н., Металургія рідкоземельних металів, торія і урану, М., 1961; Емельянов Ст С., Евстюх і н А. І., Металургія ядерного пального, 2 видавництва, М., 1968; Сиборг Р. Т., Кац Дж., Хімія актінідних елементів, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1960; Bowen Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L.—N. Y., 1966.