1.Charakterystyka toru [1-8]

TOR - symbol Th (z łac. thorium)                            90
     Th
232.0381(1)

 

Kossel shell structure of Th

Rys 1. Schemat powłokowej struktury  toru (nie jest to struktura atomu toru)[3].      

   

Th-space-filling.jpg    Th-ball-and-stick.jpg

                         Rys 2. Stały stan skupienia toru – struktura krystaliczna[3].

 

Grupa

Okres

Liczba atomowa

Liczba masowa

Stan skupienia
(20°C,1atm.)

Aktynowce

7

90

232.0381

ciało stałe

 

 

Konfiguracja elektronowa :

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s25d104f146p67s26d2

   

thorium                                                                              
           

         Rys 3.Tor [3].                                                                  Odkrywca toru -  J.J. Berzelius (1779-1848) [1].

                                                 

090.2     Nazwa pierwiastka pochodzi od słowa "Thor (staroskandynawski Bóg piorunów), został  odkryty w Szwecji, w 1828r przez J.JBerzelius. Jest srebrno-szarym, radioaktywnym metalem . Tor jest aktynowcem z III grupy układu okresowego. Jest to pierwiastek radioaktywny (o średniej aktywności chemicznej)  o bardzo długim okresie połowicznego rozpadu - rzędu 10 mld lat,  wykazujący podobieństwo do pierwiastków podgrupy w IV grupie, o własnościach zasadowych (liczba atomowa 90, masa atomowa 232,038). W związkach jest czterowartościowy.    

Rys.4 Tor – skruszony   [4].    

         W torze naturalnym prawie 100% stanowi izotop 90Th232, który jest izotopem rodnym i z którego wyniku absorpcji otrzymuje się w reaktorze izotop rozszczepialny uranu 92U233.  Zaś w uranie naturalnym 0,7% stanowi  uran rozszczepialny U-235, reszta czyli 99,3% jest dla elektrowni jądrowych nie przydatne.

         Tor występuje w dwóch odmianach alotropowych:a (do 1400oC) i b (powyżej 1400oC). Odmiana a ma kryształy sześcienne scentrowane krawędziowo, odmiana b kryształy sześcienne przestrzennie scentrowane.

         Najważniejsze związki :
 -dwutlenek toru ThO2
    oraz łatwo rozpuszczalne w wodzie

-sole:

-czterochlorek toru ThCl4,

-siarczan torowy Th(SO4)2,

-azotan torowy Th(NO3)4.

         Tor jest srebrzystobiałym metalem, niezbyt twardym i ciągliwym o temperaturze topnienia 3500° C, temperaturze wrzenia 4500° C i ciężarze właściwym 11,3 (metal ciężki). Jest odporny na działanie czynników atmosferycznych i kwasów.

         Do minerałów własnych toru należą:

-toryt występujący w rejonie Oslo w Norwegii,
-torianit (Th,U)O2 występujący na Cejlonie.

         Towarzyszy też minerałom innych pierwiastków, jak: monacyt (złoża brazylijskie), cyrkon, samarskit.

Właściwości chemiczne:

         Ze względu na izotropowa strukturę krystaliczną własności toru nie zależą, tak bardzo jak w przypadku uranu, od sposobu obróbki mechanicznej i cieplnej. W wysokiej temperaturze reaguje z tlenem, wodorem, azotem, węglem i parą wodną. Przy krótkim kontakcie z powietrzem nie ulega utlenieniu w temperaturze pokojowej. Długotrwałe działanie powietrza powoduje matowienie tego metalu. Łatwo rozpuszcza się w kwasach. W związkach występuje na +4 stopniu utlenienia. Jony toru w roztworach wodnych są bezbarwne. Czysty tor metaliczny wykazuje bardzo silne odporność korozyjną na działanie wody, natomiast wodór wywołuje silna korozje toru nawet przy stosunkowo niskich temperaturach. Do temperatury rzędu 500o C nie stwierdzono korozyjnego działania ciekłego sodu. Zaś w temperaturach 500-700oC nie stwierdzono oddziaływania z takimi materiałami koszulkowymi jak stal nierdzewna, cyrkon i jego stopy, aluminium, magnez (magnox), tantal,  wolfram itp. Ze względu na swą budowę krystaliczną tor jest odporny na działanie napromieniowania w reaktorze, oraz jego własności nie zależą jak w przypadku uranu od obróbki mechanicznej i cieplnej. Tor można obrabiać zwykłymi metodami. Własności fizyczne toru z punktu widzenia jego zastosowania w paliwie jądrowym są korzystniejsze niż  w przypadku uranu. Wynika to z jego większej przewodności cieplnej, mniejszego współczynnika rozszerzalności termicznej i  mniejszej gęstości.

Zastosowanie:

         Tor ma stać się w niedalekiej przyszłości bardzo energetycznym paliwem do elektrowni atomowych oraz w przemyśle optycznym i elektronice. Metaliczny tor stosuje się do powlekania drucików wolframowych w lampach elektronowych i jako adsorbent gazów w aparatach wysokopróżniowych. Szersze zastosowanie ma dwutlenek toru, który służy jako katalizator w procesie otrzymywania syntetycznej benzyny i do wyrobu siatek  Auera - wykonanych w 99% z dwutlenku toru i w 1% z dwutlenku ceru, rozżarzających się w płomieniu gazowym i dających intensywne, białe światło.

Dwa najważniejsze pierwiastki paliworodne.

Tablica z charakterystycznymi danymi [2,5]:

 

 Tor a Uran

     Tor - 90Th 232.0381                                                   Uran - 92U 238.02891

Liczba elektronów: 90                                            Liczba elektronów: 92
Liczba neutronów: : 142                                          Liczba neutronów: : 146
Liczba protonów: 90                                               Liczba protonów: 92

Elektroujemność (Allred-Rochow                           Elektroujemność (Allred-Rochow, 

Pauling):.--,1.7                                                        Pauling):.--,1.3
Stopień utlenienia-(+3),+4                                       Stopień utlenienia: +3, +4, +5, +6v
Przewodność elektryczna:66.6*105 1/(m* )          Przewodność elektryczna: 33.3*105 1/(m* )
Gęstość (293 K): 11.7 g/cm3                                  Gęstość (293 K): 19.04 g/cm3
Temperatura topnienia: : 1750°C, 2023 K               Temperatura topnienia:1132°C, 1405 K
Temperatura wrzenia: 3800°C, 4073 K                  Temperatura wrzenia:33818°C, 4091 K
Ciepło właściwe: 27,7 (kJ*kg-1*K-1)                    Ciepło właściwe: 25,12(20oC)
Ciepło topnienia: 13.8 kJ/mol                                 Ciepło topnienia: 27.66 kJ/mol
Ciepło parowania: 575 kJ/mol                               Ciepło parowania: 422 kJ/mol
Przewodność cieplna:54 W/(m*K)                         Przewodność cieplna: : 27.6 W/(m*K)

Średni współczynnik                                               Średni współczynnik        

rozszerzalności cieplnej:12*10-6                              rozszerzalności cieplnej:     13*10-6

(W*m-1* K-1)                                                         (W*m-1* K-1)

Moduł sprężystosci:6,86*1010                                 Moduł sprężystosci:1,56*1011

(n*m-2)                                                                   (n*m-2)

 

 

Thorium (Th)                                                Uran (U)             

 

 

Rys 5. Tor [6].                                                           Rys 6. Uran [6].                

                             

                                                                               

 

 

Rys 7. Ruda toru [7].                                                 Rys 8. Ruda uranu  a obok ta sama ruda 

                                                                                    świecąca w ciemności [1].

 

 

Nuklid

Zasobność

[%]

Masa

Spin

Okres półrozpadu

Rodzaj rozpadu

Obraz rozpadu

226Th

0

226.025

0

30.6m

Alpha

View

227Th

0

227.028

3/2

18.72d

Alpha

View

228Th

0

228.029

0

1.913y

Alpha

View

229Th

0

229.032

5/2

7.34E03y

Alpha

View

230Th

0

230.033

0

7.54E04y

Alpha

View

231Th

0

231

5/2

1.063d

Beta-

View

232Th

100

232.038

0

1.40E10y

Alpha

View

233Th

0

233

1/2

22.3m

Beta-

View

234Th

0

234

0

24.1d

Beta-

View

 

Legenda

                     Tabela 1. Przedstawia izotopy toru [8].

 

 

Nuklid

Zasobność [%]

Masa

Spin

Okres półrozpadu

Rodzaj rozpadu

Obraz rozpadu

230U

0

230

0

20.8d

Alpha

View

231U

0

231

5/2

4.20d

EC

View

232U

0

232.037

0

70y

Alpha,SF

View

233U

0

233.04

5/2

1.59E05y

Alpha,SF

View

234U

0.0055

234.041

0

2.47E05y

Alpha,SF

View

235U

0.72

235.044

7/2

7.04E08y

Alpha,SF

View

236U

0

236.046

0

2.34E07y

Alpha,SF

View

237U

0

237

1/2

6.75d

Beta-

View

238U

99.27

238.051

0

4.47E09y

Alpha,SF

View

239U

0

239

5/2

23.5m

Beta-

View

240U

0

240

0

14.1h

Beta-

View

 

Legenda

 

                 Tabela 2. Izotopy uranu [8].