Tor (pierwiastek)

Tor
aktyn ← tor → protaktyn
Wygląd
srebrzystobiały
próbka toru o masie 0,1 g w ampułce wypełnionej argonem
próbka toru o masie 0,1 g w ampułce wypełnionej argonem
Widmo emisyjne toru
Widmo emisyjne toru
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.

tor, Th, 90
(łac. thorium)

Grupa, okres, blok

–, 7, f

Stopień utlenienia

IV

Właściwości metaliczne

aktynowiec

Właściwości tlenków

słabo zasadowe

Masa atomowa

232,04 ± 0,01[a][2]

Stan skupienia

stały

Gęstość

11724 kg/m³

Temperatura topnienia

1750 °C[1]

Temperatura wrzenia

4788 °C[1]

Numer CAS

7440-29-1

PubChem

23960

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons
Hasło w Wikisłowniku

Tor (Th, łac. thorium) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców w układzie okresowym. Nazwany od imienia jednego z bogów nordyckich, Thora.

Charakterystyka

Tor jest pierwiastkiem promieniotwórczym i nie ma żadnego trwałego izotopu. Jego najtrwalszy i praktycznie jedyny izotop naturalny to 232
Th o czasie połowicznego rozpadu ok. 14 mld lat. Ulega on rozpadowi α do 228
Ra, dając początek tzw. szeregowi torowemu rozpadów promieniotwórczych. Ze względu na powolny rozpad, radioaktywność produktów wykorzystujących oczyszczony tor jest niewielka.

Jest błyszczącym i kowalnym metalem. Powoli reaguje z mocnymi kwasami nieorganicznymi, znacznie szybciej z wodą królewską. Występuje w związkach na IV stopniu utlenienia i swoimi właściwościami przypomina cyrkon, tytan oraz lantanowce. W roztworach o pH < 1 istnieją bezbarwne jony Th4+
. Tworzy jeden tlenek: biały ThO2[3].

Występowanie

Tor występuje w skorupie ziemskiej w ilości 12 ppm, czyli około sześciokrotnie częściej niż uran. Jest najpowszechniejszym na ziemi pierwiastkiem bez trwałych izotopów. Najważniejszym minerałem toru jest monacyt (Ca, La, Nd,Th)PO
4. Tor występujący naturalnie składa się praktycznie wyłącznie z izotopu 232
Th. W śladowych ilościach występuje jeszcze 5 izotopów toru, jako krótko żyjące produkty przemian jądrowych naturalnych szeregów promieniotwórczych. Noszą one nazwy zwyczajowe: 227
Th – radioaktyn (RdAc)[4], 228
Th – radiotor (RaTh)[5], 230
Th – jon (Io)[6], 231
Th – uran Y (UY)[7], 234
Th – uran X1 (UX1)[8]. Spośród nich izotop 230
Th, jon (Io) był uważany przez pewien czas za odrębny pierwiastek, łac. ionium[9].

Odkrycie

Tor został odkryty w roku 1829 przez szwedzkiego chemika Jönsa Jacoba Berzeliusa[10].

Zastosowanie

Tor jest ważnym dodatkiem stopowym, zwiększającym wysokotemperaturową wytrzymałość metali (na przykład magnezu). Stosuje się go również w czujnikach fotoelektrycznych, jako dodatek stopowy (w ilości 2%), do „czerwonych” elektrod wolframowych stosowanych w metodzie spawania TIG. Tlenek toru znalazł zastosowanie w wysokogatunkowych soczewkach, dawniej z dodatkiem 1% dwutlenku ceru stosowany był w koszulkach Auera stanowiących źródło światła w latarniach gazowych oraz domowych i turystycznych lampach gazowych. Obecnie z uwagi na promieniotwórczość zastąpiony nieradioaktywnymi związkami cyrkonu i itru.

Tor, podobnie jak uran i pluton, może być używany jako paliwo w reaktorach jądrowych (np. reaktor torowy na ciekłych fluorkach). Jest potencjalnym kandydatem na paliwo jądrowe przyszłości, lepszym niż powszechnie stosowany uran.[3] Jego zalety to:

  • w przeciwieństwie do cyklu uranowego, gdzie 98% paliwa nie ulega zużyciu (i tworzy kłopotliwe odpady radioaktywne), tor w niektórych typach reaktorów może zostać zużyty w całości, co eliminuje problem odpadów[potrzebny przypis];
  • reaktor oparty na torze może z powodzeniem wykorzystywać odpady radioaktywne z tradycyjnych elektrowni uranowych;
  • produktem reaktora torowego jest 233
    U     (powstający z 232
    Th     w wyniku wychwytu neutronu i dwóch emisji β), izotop praktycznie nienadający się, w odróżnieniu od plutonu, do konstruowania broni atomowej.

Stan wzbudzony jądra toru-229 (tj. proces 229
Th → 229m
Th) ma zakres energii kilku elektronowoltów (8 eV), wartość nietypową dla wzbudzonych jąder, choć zwyczajną dla elektronów w powłoce walencyjnej. Pozwala to na zastosowanie jego jonów w optyce oraz do budowy precyzyjnego zegara jądrowego[11][12].

Tlenek toru ma zastosowanie jako substrat reakcji jądrowych[3].

Uwagi

  1. ↑ Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 232,0377 ± 0,0004. Znane są próbki geologiczne, w których pierwiastek ten ma skład izotopowy odbiegający od występującego w większości źródeł naturalnych. Masa atomowa pierwiastka w tych próbkach może więc różnić się od podanej w stopniu większym niż wskazana niepewność.

Przypisy

  1. ↑ a b David R. Lide (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-36, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
  2. ↑ Thomas Prohaska i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
  3. ↑ a b c U.S. Department of Energy – Office of Scientific and Technical Information Thorium dioxide: properties and nuclear applications [1].
  4. ↑ Encyklopedia Techniki. Chemia 1965 ↓, radioaktyn, s. 599.
  5. ↑ Encyklopedia Techniki. Chemia 1965 ↓, radiotor, s. 600.
  6. ↑ Encyklopedia Techniki. Chemia 1965 ↓, jon, s. 300–301.
  7. ↑ Encyklopedia Techniki. Chemia 1965 ↓, uran Y, s. 745.
  8. ↑ Encyklopedia Techniki. Chemia 1965 ↓, uran X₁, s. 745.
  9. ↑ George B. Kauffman, The atomic weight of lead of radioactive origin: A confirmation of the concept of isotopy and the group displacement laws. Part I, „Journal of Chemical Education”, 59 (1), 1982, s. 3–8, DOI: 10.1021/ed059p3 (ang.).
  10. ↑ Robert E. Krebs, The History and Use of Our Earth’s Chemical Elements: A Reference Guide, Greenwood Publishing Group, 2006, ISBN 978-0-313-33438-2 [dostęp 2017-07-19] (ang.).
  11. ↑ Johannes Thielking i inni, Laser spectroscopic characterization of the nuclear-clock isomer 229mTh, „Nature”, 556 (7701), 2018, s. 321–325, DOI: 10.1038/s41586-018-0011-8 (ang.).
  12. ↑ Nuclear clocks based on resonant excitation of γ-transitions, „Comptes Rendus Physique”, 16 (5), 2015, s. 516–523, DOI: 10.1016/j.crhy.2015.02.007 (ang.).

Bibliografia

p • d • e
Układ okresowy pierwiastków
1 2   3[i] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H   He
2 Li Be   B C N O F Ne
3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
8 Uue Ubn ✱  
  ✱ Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs ...[ii]  
Metale alkaliczne Metale ziem
alkalicznych 		Lantanowce Aktynowce Metale przejściowe Metale Półmetale Niemetale Halogeny Gazy szlachetne Właściwości
nieznane
  1. ↑ Alternatywnie do skandowców zalicza się często nie lutet i lorens, lecz lantan, aktyn oraz hipotetyczny unbiun.
  2. ↑ Budowa 8. okresu jest przedmiotem badań teoretycznych i dokładne umiejscowienie pierwiastków tego okresu w ramach układu okresowego jest niepewne.