Что значит "торий (хим. элемент)"

Торий (лат. Thorium), Th, радиоактивный химический элемент, первый член семейства актиноидов , входящих в III группу периодической системы Менделеева; атомный номер 90, атомная масса 232,038; серебристо-белый пластичный металл. Природный Т. практически состоит из одного долгоживущего изотопа 232Th ≈ родоначальника одного из радиоактивных рядов ≈ с периодом полураспада T1/2 = 1,39×1010 лет (содержание изотопа 228Th, находящегося с ним в равновесии, ничтожно ≈ 1,37×10≈8%) и четырёх короткоживущих изотопов, два из которых относятся к радиоактивному ряду урана ≈ радия: 234Th (T1/2 = 24,1 сут) и 230Th (T1/2 = 8,0×104 лет), остальные ≈ к ряду актиния: 231Th (T1/2 = 25,6 ч) и 227Th (T1/2 = 18,17 сут). Из искусственно полученных изотопов наиболее устойчив 229Th (T1/2 = 7340 лет). Т. открыт в 1828 И. Я. Берцелиусом в одном из сиенитов в Норвегии. Элемент назван по имени бога грома в скандинавской мифологии ≈ Тора, а минерал ≈ силикат тория ≈ торитом . Распространение в природе. Т.≈ характерный элемент верхней части земной коры ≈ гранитного слоя и осадочной оболочки, где его в среднем содержится соответственно 1,8 ╥10≈3% и 1,3╥10≈3% по массе. Т. сравнительно слабомигрирующий элемент; в основном он участвует в магматических процессах, накапливаясь в гранитах, щелочных породах и пегматитах. Способность к концентрации слабая. Известно 12 собственных минералов Т. (см. Ториевые руды ). Т. содержится в монаците , уранините, цирконе, апатите, ортите и др. (см. Радиоактивные минералы ). Основной промышленный источник Т. ≈ монацитовые россыпи (морские и континентальные). В природных водах содержится особенно мало Т.: в пресной воде 2×10≈9%, в морской воде 1×10≈9%. Он очень слабо мигрирует в биосфере и гидротермальных растворах. Физические и химические свойства. Т. существует в виде двух модификаций: a-формы с гранецентрированной кубической решёткой при температуре до 1400 ╟С (а = 5,086 Å) и b-формы с объёмноцентрированной кубической решёткой при температуре выше 1400 ╟С (a = 4,11 Å). Плотность Т. (рентгено-графическая) 11,72 г/см3 (25 ╟С); атомный диаметр в a-форме 3,59 Å, в b-форме 3,56 Å; ионные радиусы Th3+ 1,08 Å, Th4+ 0,99 Å; tпл 1750 ╟С; tkип 3500≈ 4200 ╟C. Мольная теплоёмкость Т. 27,32 кдж/(кмоль×К) [6,53 кал/(г-атом×╟С)] при 25 ╟С; теплопроводность при 20 ╟С 40,19 вт/м×К) [0,096 кал/(см×сек×╟С)]; температурный коэффициент линейного расширения 12,5×10≈6 (25≈100 ╟С); удельное электросопротивление 13×10≈6≈18×10≈6ом×см (25 ╟С); температурный коэффициент электросопротивления 3,6×10≈3≈4×10≈3. Т. парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость 0,54×10≈6 (20 ╟С). При 1,4К переходит в состояние сверхпроводимости. Т. легко деформируется на холоду; механические свойства Т. сильно зависят от его чистоты, поэтому предел прочности при растяжении Т. варьирует от 150 до 290 Мн/м 2 (15≈29 кгс/мм 2), твёрдость по Бринеллю от 450 до 700 Мн/м 2 (45≈70 кгс/мм 2). Конфигурация внешних электронов атома Th 6d 27s 2. Хотя Т. относится к семейству актиноидов, однако по некоторым свойствам он близок также к элементам второй подгруппы IV группы периодической системы Менделеева ≈ Ti, Zr, Hf. В большинстве соединений Т. имеет степень окисления +4. На воздухе при комнатной температуре Т. окисляется незначительно, покрываясь защитной плёнкой чёрного цвета; выше 400 ╟С быстро окисляется с образованием ThO2 ≈ единственного окисла, который плавится при 3200 ╟С и обладает высокой химической устойчивостью. Получают ThO2 термическим разложением нитрата, оксалата или гидроокиси Т. С водородом при температурах выше 200 ╟С Т. реагирует с образованием порошкообразных гидридов ThH2, ThH3 и др. состава. В вакууме при температуре 700≈800 ╟С из Т. можно удалить весь водород. При нагревании в азоте выше 800 ╟С образуются нитриды ThN и Th2N3, которые разлагаются водой с выделением аммиака. С углеродом образует два карбида ≈ ThC и ThC2; они разлагаются водой с выделением метана и ацетилена. Сульфиды ThS, Th2S3, Th7S12, ThS2 могут быть получены при нагревании металла с парами серы (600≈800 ╟С). Т. реагирует с фтором при комнатной температуре, с остальными галогенами ≈ при нагревании, с образованием галогенидов типа ThX4 (где Х ≈ галоген). Наиболее важное промышленное значение из галогенидов имеют фторид ThF4 и хлорид ThCl4. Фторид получают действием HF на ThO2 при повышенных температурах; хлорид ≈ хлорированием смеси ThO2 с углём при повышенных температурах. Фторид мало растворим в воде и минеральных кислотах; хлорид, бромид и йодид ≈ гигроскопичны и хорошо растворимы в воде. Для всех галогенидов известны кристаллогидраты, выделяемые кристаллизацией из водных растворов. ══Компактный Т. при температурах до 100 ╟С медленно корродирует в воде, покрываясь защитной окисной плёнкой. Выше 200 ╟С активно реагирует с водой с образованием ThO2 и выделением водорода. Металл на холоду медленно реагирует с азотной, серной и плавиковой кислотами, легко растворяется в соляной кислоте и царской водке. Соли Т. образуются в виде кристаллогидратов. Растворимость солей в воде различна: хорошо растворимы нитраты Th (NO3)4×nH2O; труднорастворимы сульфаты Th (SO4)2×nH2O, основной карбонат ThOCO3×8H2O, фосфаты Th3(PO4)4×4H2O и ThP2O7×2H2O; практически нерастворим в воде оксалат Th (C2O4)2×6H2O. Растворы щелочей слабо действуют на Т. Гидроокись Th (OH)4 осаждается из солей Т. в интервале pH = 3,5≈3,6 в виде аморфного осадка. Для ионов Th4+ в водных растворах характерна ярко выраженная способность к образованию комплексных соединений и двойных солей. Получение. Т. извлекается главным образом из монацитовых концентратов, в которых он содержится в виде фосфата. Промышленное значение имеют два способа вскрытия (разложения) таких концентратов:

1. обработка концентрированной серной кислотой при 200 ╟С (сульфатизация);

2. обработка растворами щёлочи при 140 ╟С. В сернокислые растворы продуктов сульфатизации переходят все редкоземельные элементы, Т. и фосфорная кислота. При доведении pH такого раствора до 1 осаждается фосфат Т.; осадок отделяют и растворяют в азотной кислоте, а затем нитрат Т. экстрагируют органическим растворителем, из которого Т. легко вымывается в виде комплексных соединений. При щелочном вскрытии концентратов в осадке остаются гидроокиси всех металлов, а в раствор переходит тринатрий фосфат. Осадок отделяют и растворяют в соляной кислоте; понижая pH этого раствора до 3,6≈5, осаждают Т. в виде гидроокиси. Из выделенных и очищенных соединений Т. получают ThO2, ThCl4 и ThF4 ≈ основные исходные вещества для производства металлического Т. металлотермическими методами или электролизом расплавленных солей. К металлотермическим методам относятся: восстановление ThO2 кальцием в присутствии CaCl2 в атмосфере аргона при 1100≈1200 ╟С, восстановление ThCl4 магнием при 825≈925 ╟С и восстановление ThF4 кальцием в присутствии ZnCl2 с получением сплава Т. и последующим отделением цинка нагреванием сплава в вакуумной печи при 1100 ╟С. Во всех случаях получают Т. в форме порошка или губки. Электролиз расплавленных солей ведётся из электролитов, содержащих ThCl4 и NaCI, или ванн, состоящих из смеси ThF4, NaCI, KCl. Т. выделяется на катоде в виде порошка, отделяемого затем от электролита обработкой водой или разбавленными щелочами. Для получения компактного Т. применяют метод порошковой металлургии (спекание заготовок ведут в вакууме при 1100≈1350 ╟С) или плавку в индукционных вакуумных печах в тиглях из ZrO2 или BeO. Для получения Т. особо высокой чистоты используют метод термической диссоциации лодида Т.

   Применение. Торированные катоды применяются в электронных лампах, а оксидно-ториевые ≈ в магнетронах и мощных генераторных лампах. Добавка 0,8≈1% ThO2 к вольфраму стабилизирует структуру нитей ламп накаливания. ThO2 используют как огнеупорный материал, а также как элемент сопротивления в высокотемпературных печах. Т. и его соединения широко применяют в составе катализаторов в органическом синтезе, для легирования магниевых и др. сплавов, которые приобрели большое значение в реактивной авиации и ракетной технике. Металлический Т. используется в ториевых реакторах .

   При работе с Т. необходимо соблюдать правила радиационной безопасности .

   А. Н. Зеликман.

   Т. в организме. Т. постоянно присутствует в тканях растений и животных. Коэффициент накопления Т. (то есть отношение его концентрации в организме к концентрации в окружающей среде) в морском планктоне ≈ 1250, в донных водорослях ≈ 10, в мягких тканях беспозвоночных ≈ 50≈300, рыб ≈ 100. В пресноводных моллюсках (Unio mancus) его концентрация колеблется от 3×10≈7 до 1×10≈5%, в морских животных от 3×10≈7 до 3×10≈6%. Т. поглощается главным образом печенью и селезёнкой, а также костным мозгом, лимфатическими железами и надпочечниками; плохо всасывается из желудочно-кишечного тракта. У человека суточное поступление Т. с продуктами питания и водой составляет 3 мкг; выводится из организма с мочой и калом (0,1 и 2,9 мкг соответственно). Т. ≈ малотоксичен, однако как природный радиоактивный элемент вносит свой вклад в естественный фон облучения организмов (см. Фон радиоактивный ).

   Г. Г. Поликарпов.

   Лит.: Торий, его сырьевые ресурсы, химия и технология, М., 1960; Зеликман А. Н., Металлургия редкоземельных металлов, тория и урана, М., 1961; Емельянов В. С., Евстюх и н А. И., Металлургия ядерного горючего, 2 изд., М., 1968; Сиборг Г. Т., Кац Дж., Химия актинидных элементов, пер. с англ., М., 1960; Bowen Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L.≈N. Y., 1966.