厉害着呢！电信3亿激励政策支持物联网及智慧..
То?р?й (лат. Thorium) — слаборад?оактивний х?м?чний елемент, ма? символ Th та атомний номер 90, ? першим членом с?мейства актино?д?в, що входять до III групи пер?одично? системи Мендел??ва; ср?блясто-б?лий пластичний метал, пом?рно м'який, ковкий ? ма? високу температуру плавлення. На пов?тр? тьмян?? оливково-с?рим, утворюючи д?оксид тор?ю. Тор?й — це електропозитивний актино?д, х?м?чний склад якого характеризу?ться ступенем окиснення +4; в?н досить реакц?йноздатний ? може займатися на пов?тр? при др?бному подр?бненн?.
Ус? в?дом? ?зотопи тор?ю нестаб?льн?. Природний тор?й м?стить один ?зотоп 232Th — це найстаб?льн?ший ?зотоп, що ма? пер?од нап?врозпаду 14,05 м?льярд?в рок?в, або приблизно в?к Всесв?ту; в?н дуже пов?льно розпада?ться шляхом альфа-розпаду, починаючи ланцюг розпаду, який назива?ться тор??вим рядом, що зак?нчу?ться на стаб?льному 208Pb. На Земл? тор?й та уран ? ?диними елементами, як? не мають стаб?льних або майже стаб?льних ?зотоп?в, але все ще зустр?чаються в природ? у великих к?лькостях як перв?сн? елементи. За оц?нками, тор?й м?ститься в земн?й кор? б?льш н?ж утрич? б?льше, н?ж уран, ? його переважно очищують з монацитових п?ск?в як поб?чний продукт видобутку р?дк?сноземельних елемент?в.
Ст?йкий до окиснення в чистому вигляд?, але пов?льно тьмян?? ?з часом — до темного кольору, а на пов?тр? при к?мнатн?й температур? окисню?ться трохи, вкриваючись захисною пл?вкою. При температур? вище 400 °C окисню?ться швидко. ThO2 — ?диний оксид, який плавиться вище 3200 °C ? ма? високу х?м?чну ст?йк?сть.
З водою вза?мод?? пов?льно. На холод? легко деформу?ться. В?д чистоти тор?ю сильно залежать механ?чн? властивост?, насл?дком чого ? те, що межа м?цност? при розтягуванн? тор?ю вар?ю? в?д 150 до 290 Мн/м2 (15-29 кгс/мм2), тверд?сть за Бринелем в?д 450 до 700 Мн/м2 (45-70 кгс/мм2). Конф?гурац?я зовн?шн?х електрон?в атома Th 6d 27s2.
Рад?оактивн?сть — основна причина ц?кавост? до тор?ю, оск?льки цей тугоплавкий, але не м?цний ? нест?йкий до короз?? метал, одразу п?сля в?дкриття не становив ?нтересу як конструкц?йний матер?ал.
1828 року видатному шведському х?м?ку ?. Я. Берцел?усу над?слали р?дк?сний м?нерал, який тепер називають торитом (ThSiO4). Видатний х?м?к вид?лив оксид (торит м?стить до 77 % ThO2) ? впевнившись, що це окис нового елемента, надав йому назву тор?й на честь наймогутн?шого скандинавського божества Тора.
В?дновивши кал??м фтористу сполуку нового елемента, Берцел?ус отримав с?рий метал?чний порошок, як п?зн?ше з'ясувалося — дуже забруднений дом?шками. Ц? дом?шки призвели до ц?ло? низки помилок п?д час опису властивостей тор?ю.
Чистий препарат тор?ю було отримано лише 1882 року ?ншим видатним шведським х?м?ком — Ларсом Фредериком Н?льсоном.
У 19 стол?тт? застосування тор?ю обмежувалося т?льки його оксидом (ThO2). Ця сполука з температурою плавлення 3300 °C — найвищою серед ус?х оксид?в. Спочатку з нього пробували робити тигл? для виплавки матер?ал?в, але, попри тугоплавк?сть, ця речовина розчиня?ться в деяких металах ?, таким чином, забрудню? ?х. Поширення набули с?тки з оксиду тор?ю в газових л?хтарях, як? в т? часи (за в?дсутност? електричного осв?тлення) були основним джерелом св?тла на вулицях м?ст.
1898 року Мар?я Склодовська-Кюр? та, незалежно й майже одночасно з нею, н?мецький вчений ?ергард Шм?дт виявили рад?оактивн?сть тор?ю.
Глибок? досл?ди рад?оактивност? тор?ю вже спочатку дали неоч?куван? результати. У той час як рад?оактивн?сть урану була пост?йною та не залежною в?д будь-яких зовн?шн?х фактор?в, рад?оактивн?сть тор?ю в?др?знялася дивною непост?йн?стю. Дво? тод? ще молодих професор?в ун?верситету Мак-Г?лла в Монреал? — Ернест Резерфорд та Роберт Оуенс[en] — на початку роб?т ?з тор??м були дуже здивован?, коли п?сля ретельного пров?трювання прим?щення рад?оактивн?сть тор?ю стала майже непом?тною.
Вони висунули природне припущення, що п?д час розпаду утворю?ться рад?оактивний газ. В?н отримав назву еманац?я тор?ю або торон, його було вивчено й нараз? в?н в?домий як ?зотоп радону 220Rn.
Невдовз? в т?й же лаборатор?? Фредер?к Содд? вид?лив ?з розчину тор??во? сол? ще один новий рад?оактивний продукт тор?й-X. Його знаходили скр?зь, де був тор?й, але п?сля в?докремлення ?нтенсивн?сть його випром?нювання швидко падала. Менш н?ж за чотири дн? вона зменшувалася вдв?ч? й продовжувала зменшуватися надал? у повн?й в?дпов?дност? з геометричною прогрес??ю. Так у ф?зику ув?йшло поняття пер?од нап?врозпаду. П?зн?ше було встановлено, що тор?й-X явля? собою ?зотоп рад?ю 224Ra з пор?вняно коротким часом життя (3,6 доби).
.PNG)
Вивчивши численн? продукти перетворень тор?ю, Резерфорд встановив зв'язок м?ж ними та на п?дстав? цих досл?джень 1903 року запропонував схему посл?довних розпад?в рад?оактивного ряду тор?ю.
Чотири п'ятих тор?ю, що був присутн?й п?д час формування Земл?, збереглися дотепер.[1][2] 232Th – ?диний ?зотоп тор?ю, що зустр?ча?ться у велик?й к?лькост? в природ?.[1] Його стаб?льн?сть поясню?ться замкнутою ядерною п?доболонкою з? 142 нейтронами.[3][4]
Тор?й ? типовим елементом у верхн?й частин? земно? кори, в гран?тному шар? ? в осадов?й кор?, де його вм?ст в середньому становить в?дпов?дно 1,8×10?3 % ? 1,3×10?3 % за масою. Тор?й ? в?дносно мало м?груючим елементом; в основному в?н бере участь у магматичних процесах, накопичу?ться в гран?тах, лужних породах ? пегматитах. Здатн?сть до концентрац?? слабка. В?домо 12 самородних м?нерал?в тор?ю, включаючи монацит, циркон, уран?н?т, апатит, ортит та ?н. Основним промисловим джерелом тор?ю ? монацитов? родовища (розсипи; морськ? та континентальн?). Монацит ? найважлив?шим комерц?йним джерелом тор?ю, оск?льки в?н зустр?ча?ться у великих родовищах по всьому св?ту, головним чином в ?нд??, П?вденн?й Африц?, Бразил??, Австрал?? та Малайз??. В?н м?стить в середньому близько 2,5% тор?ю, хоча деяк? родовища можуть м?стити до 20%. Загалом формулу монациту пишуть як (Ce,La)PO4, але кр?м цер?ю та лантану монацит м?стить багато р?дкоземельних елемент?в. У деяких родовищах вм?ст оксиду тор?ю може сягати чверт?. Кр?м ториту (ThSiO4) м?нералом тор?ю ? також ‘’тор?ан?т‘’ (Th,U)O2, що м?стить в?д 45% до 93% ThO2. Два надзвичайно р?дк?сн? м?нерали, так? як торит (ThSiO4) та ‘’тор?ан?т‘’ (Th,U)O2, що м?стить в?д 45% до 93% ThO2, ? також м?нералами тор?ю, ? хоча вони мають промислове значення, ?х частка у виробництв? тор?ю незначна.
Природн? води м?стять дуже мало тор?ю: 2-10-9% у пр?сн?й вод? та 1-10-9% у морськ?й. В?н дуже мало м?гру? в б?осфер? ? в г?дротермальних розчинах.
Тор?й зустр?ча?ться лише як незначний компонент б?льшост? м?нерал?в, ? з ц??? причини ран?ше вважався р?дк?сним.
Найв?дом?ше родовище уранотор?ан?ту розташоване на остров? Мадагаскар.
Власне тор??в? родовища нев?дом?. Тор?й видобувають супутно п?д час переробки комплексних руд р?дк?сних елемент?в, основна маса його заляга? в прибережно-морських монацитових розсипах Австрал??, ?нд??, Бразил??, Малайз??.
Р?дк?снометал?чн? родовища Th в?дом? в ендогенн?й, екзогенн?й ? метаморфогенн?й сер?ях. Серед ендогенних утворень до тор??вм?сних належать деяк? магматичн? (Скандинавський щит), карбонатитов? (Маунт?н Пасс, США), пегматитов? (Банкрофт, Канада), альб?титов? (Джонс, Н?гер?я), г?дротермальн? (Ст?нкампськрааль, ПАР; Шаудерхорн, США ? ?нш.) родовища. У сер?? екзогенних утворень дом?нують алюв?альн?, пролюв?альн? ? особливо латеральн? (прибережно-океан?чн?) як сучасн?, так ? древн? розсипи тор??вм?сного монациту, що м?стять головн? запаси цього металу. Серед метаморфогенних можуть бути згадан? металоносн? конгломерати, наприклад, В?тватерсранда (ПАР), в яких присутн?й ураноторит, або Ел?от-Лейк (Канада) з тор??вм?сними бранеритом ? монацитом. Найв?дом?ше родовище уранотор?ан?ту розташоване на остров? Мадагаскар.
Низький попит робить д?юч? шахти для видобутку лише тор?ю неприбутковими, ? його майже завжди видобувають разом з р?дк?сноземельними елементами, як? сам? по соб? можуть бути поб?чними продуктами виробництва ?нших м?нерал?в. Поточна залежн?сть в?д монациту для виробництва зумовлена ??тим, що тор?й здеб?льшого виробля?ться як поб?чний продукт; ?нш? джерела, так? як торит, м?стять б?льше тор?ю ? можуть бути легко використан? для виробництва, якщо попит зросте.[5] Сучасн? знання про розпод?л ресурс?в тор?ю недостатн?, оск?льки низький попит призв?в до в?дносно незначних розв?дувальних зусиль.[6] У 2014 роц? св?тове виробництво концентрату монациту, з якого видобуватимуть тор?й, становило 2700 тонн.[7]
Б?льш?сть б?нарних сполук тор?ю з неметалами можна отримати шляхом нагр?вання елемент?в разом. На пов?тр? тор?й згора?, утворюючи ThO2, який ма? структуру флюориту.[8] Д?оксид тор?ю — це тугоплавкий матер?ал з найвищою температурою плавлення (3390 °C) серед ус?х в?домих оксид?в.[9] В?н дещо г?гроскоп?чний ? легко реагу? з водою та багатьма газами; в?н легко розчиня?ться в концентрован?й азотн?й кислот? у присутност? фториду.
Вид?лення тор?ю з монацитових руд ? надзвичайно складним. Це зумовлено тим, що м?нерал м?стить р?дк?сноземельн? метали, як? дуже под?бн? до тор?ю та м?ж собою за х?м?чними властивостями. Нараз? для цього використовують екстракц?ю. Найчаст?ше це роблять за допомогою трибутилфосфату.
Звичайний шлях виробництва тор?ю включа? концентрування тор??вих м?нерал?в; екстракц?ю тор?ю з концентрату; очищення тор?ю; та (необов'язково) перетворення на сполуки, так? як д?оксид тор?ю.
?сну? дв? категор?? тор??вих м?нерал?в для видобутку тор?ю: первинн? та вторинн?. Первинн? родовища зустр?чаються в кислих гран?тних магмах та пегматитах. Вони концентрован?, але невеликого розм?ру. Вторинн? родовища зустр?чаються в гирлах р?чок у гран?тних г?рських рег?онах. У цих родовищах тор?й збагачений разом з ?ншими важкими м?нералами. [ 50 ] Початкова концентрац?я залежить в?д типу родовища.
Для первинних родовищ вих?дн? пегматити, як? зазвичай отримують шляхом видобутку корисних копалин, розд?ляють на др?бн? частини, а пот?м п?ддають флотац??. Карбонати лужноземельних метал?в можуть бути видален? п?сля реакц?? з хлористим воднем; пот?м сл?дують згущення, ф?льтрац?я та кальцинац?я. Результатом ? концентрат ?з вм?стом р?дк?сноземельних елемент?в до 90%. Вторинн? матер?али (так? як прибережн? п?ски) п?ддаються грав?тац?йному розд?ленню. Дал? йде магн?тне розд?лення за допомогою сер?? магн?т?в з? зростаючою силою. Монацит, отриманий цим методом, може мати чистоту до 98%. [
Промислове виробництво у 20 стол?тт? спиралося на обробку гарячою концентрованою с?рчаною кислотою в чавунних резервуарах з подальшим селективним осадженням шляхом розведення водою, як ? на наступних етапах. Цей метод спирався на специф?ку техн?ки та розм?р зерна концентрату; було запропоновано багато альтернатив, але лише одна виявилася економ?чно ефективною: лужне розкладання гарячим розчином г?дроксиду натр?ю. Це дорожче, н?ж ориг?нальний метод, але да? вищу чистоту тор?ю; зокрема, в?н видаля? фосфати з концентрату.
Монацит (головним чином фосфати р?зних р?дкоземельних елемент?в) ? найважлив?шим комерц?йним джерелом тор?ю, оск?льки в?н зустр?ча?ться у великих родовищах по всьому св?ту, тому тор?й добува?ться головним чином з монацитових концентрат?в. Промислове значення мають два способи розкриття (розкладання) таких концентрат?в:
- кислотне травлення концентрованою с?рчаною кислотою при 200 °С (сульфатизац?я);
- лужне травлення при 140 °С.
- Кислотне травлення
Кислотне розкладання — це двостад?йний процес, що включа? використання до 93% с?рчано? кислоти при температур? 210–230 °C. Спочатку додають с?рчану кислоту в к?лькост? понад 60% в?д маси п?ску, що згущу? реакц?йну сум?ш у м?ру утворення продукт?в. Пот?м додають димлячу с?рчану кислоту ? сум?ш витримують при т?й сам?й температур? ще п'ять годин, щоб зменшити об'?м розчину, що залиша?ться п?сля розведення. Концентрац?ю с?рчано? кислоти вибирають на основ? швидкост? реакц?? та в'язкост?, як? зб?льшуються з концентрац??ю, хоча в'язк?сть упов?льню? реакц?ю. П?двищення температури також прискорю? реакц?ю, але сл?д уникати температур 300 °C ? вище, оск?льки вони спричиняють утворення нерозчинного п?рофосфату тор?ю. Оск?льки розчинення ? дуже екзотерм?чним, монацитовий п?сок не можна додавати до кислоти занадто швидко. ? навпаки, при температурах нижче 200 °C реакц?я в?дбува?ться недостатньо швидко, щоб процес був практичним. Щоб уникнути утворення осад?в, як? б блокували реакц?йноздатну поверхню монациту, маса використано? кислоти повинна бути вдв?ч? б?льшою за масу п?ску, зам?сть 60%, як оч?ку?ться за стех?ометр??ю. Пот?м сум?ш охолоджують до 70 °C ? розбавляють об'?мом холодно? води, що вдесятеро перевищу? ?? об'?м, так що будь-який залишок монациту опуска?ться на дно, а р?дк?сноземельн? елементи та тор?й залишаються в розчин?. Тор?й пот?м можна в?докремити, осадивши його у вигляд? фосфату при pH 1,3, оск?льки р?дк?сноземельн? елементи не випадають в осад, доки pH не досягне 2.
- Лужне травлення
Лужне розщеплення проводять у 30–45% розчин? г?дроксиду натр?ю при температур? близько 140 °C протягом приблизно трьох годин. Занадто висока температура призводить до утворення погано розчинного оксиду тор?ю та надлишку урану у ф?льтрат?, а занадто низька концентрац?я лугу призводить до дуже пов?льно? реакц??. Ц? умови реакц?? досить м'як? та вимагають монацитового п?ску з розм?ром частинок менше 45 мкм. П?сля ф?льтрац?? ф?льтрувальний осад м?стить тор?й та р?дк?сноземельн? елементи у вигляд? г?дроксид?в, уран у вигляд? д?ураната натр?ю та фосфат у вигляд? тринатр?йфосфату. При охолодженн? нижче 60 °C кристал?зу?ться декаг?драт тринатр?йфосфату; дом?шки урану в цьому продукт? зб?льшуються з? зб?льшенням к?лькост? д?оксиду кремн?ю в реакц?йн?й сум?ш?, що вимага? перекристал?зац?? перед комерц?йним використанням. Г?дроксиди розчиняють при 80 °C у 37% солян?й кислот?. Ф?льтрац?я решти осад?в з подальшим додаванням 47% г?дроксиду натр?ю призводить до осадження тор?ю та урану при pH близько 5,8. Сл?д уникати повного висихання осаду, оск?льки пов?тря може окислювати цер?й з? ступеня окиснення +3 до +4, а утворений цер?й(IV) може вив?льняти в?льний хлор ?з хлоридно? кислоти. Р?дк?сноземельн? елементи знову випадають в осад при вищому pH. Осади нейтрал?зуються вих?дним розчином г?дроксиду натр?ю, хоча б?льшу частину фосфату спочатку необх?дно видалити, щоб уникнути осадження р?дк?сноземельних фосфат?в. Для в?дд?лення тор?ю та урану також можна використовувати екстракц?ю розчинником, розчиняючи отриманий ф?льтрувальний осад у азотн?й кислот?. Присутн?сть г?дроксиду титану ? шк?дливою, оск?льки в?н зв'язу? тор?й ? запоб?га? його повному розчиненню.
- Очищення
Висок? концентрац?? тор?ю необх?дн? в ядерних застосуваннях. Зокрема, концентрац?? атом?в з високими поперечними перер?зами захоплення нейтрон?в повинн? бути дуже низькими (наприклад, концентрац?? гадол?н?ю повинн? бути нижчими за одну м?льйонну частину за вагою). Ран?ше для досягнення високо? чистоти використовували багаторазове розчинення та перекристал?зац?ю. Сьогодн? використовуються процедури екстракц?? р?дким розчинником, що включають селективне комплексоутворення Th4+. Наприклад, п?сля лужного розщеплення та видалення фосфату отриман? н?тратокомплекси тор?ю, урану та р?дк?сноземельних елемент?в можна розд?лити екстракц??ю трибутилфосфатом у гас?.
Завдяки пост?йн?й швидкост? рад?оактивного розпаду та наявност? у речовин? материнських та доч?рн?х ?зотоп?в тор?й використовують для вим?ру геолог?чного в?ку пор?д та скам'ян?лостей. В?дпов?дну ?дею висловив П'?р Кюр? 1904 року.
Також тор?й використовують:
- в ав?ац?йно-косм?чному конструюванн? як легуючий елемент для магн?ю, що пом?тно зб?льшу? м?цн?сть та жарост?йк?сть його сплав?в, як? набули значення в реактивн?й ав?ац?? й ракетн?й техн?ц?.
- для легування вольфраму, що пол?пшу? його структуру. Додавання 0,8–1 % ThO2 до вольфраму стаб?л?зу? структуру ниток ламп розжарювання (нитки розжарювання ламп, електроди)
- як катал?затор у процесах крек?нгу нафти, виробництва азотних добрив та орган?чного синтезу.
- як добавка до скла, що зб?льшу? показник його заломлення та зменшу? дисперс?ю. Це мало застосування у високояк?сних л?нзах для фоток?нокамер та наукових ?нструмент?в, але так? об'?ктиви давно знят? з виробництва.
- Металевий тор?й використову?ться в тор??вих реакторах.
- Тор?й дос? використову?ться як легуючий елемент у електродах для TIG-зварювання, але його поступово зам?нюють у ц?й галуз? ?ншими складами.
Тор?й не може бути ядерним паливом безпосередньо. Але п?д д??ю нейтрон?в (наприклад, у ядерних реакторах) в?дбуваються так? ядерн? реакц??:
- 232Th + n → 233Th → 233Pa + e-
- 233Pa → 233U + e-
Отриманий ?зотоп урану 233U ? чудовим ядерним пальним, яке за деякими показниками перевищу? традиц?йний 235U.
Б?олог?чно? рол? тор?й не ма?, у б?осфер? не зустр?ча?ться. Якщо потрапля? до шлунку людини (у звичайному вигляд? та у вигляд? б?льшост? сполук), то виводиться з орган?зму. Небезпечним ? потрапляння до складу кров?.
- ↑ а б Audi, G.; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (December 2003). The Nubase evaluation of nuclear and decay properties (PDF). Nuclear Physics A. 729 (1): 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Арх?в (PDF) ориг?налу за 16 кв?тня 2023. Процитовано 10 жовтня 2021.
- ↑ Wieser, M. E. (1 с?чня 2006). Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2051—2066. doi:10.1351/pac200678112051. S2CID 94552853.
- ↑ Nagy, S. (2009). Radiochemistry and Nuclear Chemistry. Т. 2. EOLSS Publications. с. 374. ISBN 978-1-84826-127-3.
- ↑ Griffin, H. C. (2010). Natural Radioactive Decay Chains. У Vértes, A.; Nagy, S.; Klencsár, Z. та ?н. (ред.). Handbook of Nuclear Chemistry. Springer Science+Business Media. с. 668. ISBN 978-1-4419-0719-6.
- ↑ United States Geological Survey (2012). Thorium (PDF). Арх?в (PDF) ориг?налу за 29 кв?тня 2017. Процитовано 12 травня 2017.
- ↑ Jayaram, K. M. V. (1987). An Overview of World Thorium Resources, Incentives for Further Exploration and Forecast for Thorium Requirements in the Near Future (PDF) (Зв?т). Department of Atomic Energy. Арх?в ориг?налу (PDF) за 28 червня 2011.
- ↑ Thorium. Statistics and Information (Зв?т) (англ.). United States Geological Survey. 2017. Арх?в ориг?налу за 10 с?чня 2019. Процитовано 6 с?чня 2018.
- ↑ Yamashita, Toshiyuki; Nitani, Noriko; Tsuji, Toshihide; Inagaki, Hironitsu (1997). Thermal expansions of NpO2 and some other actinide dioxides. J. Nucl. Mater. 245 (1): 72—78. Bibcode:1997JNuM..245...72Y. doi:10.1016/S0022-3115(96)00750-7.
- ↑ Emsley, J. (2011). Nature's building blocks: an A–Z guide to the elements. Oxford University Press. с. 544–548. ISBN 978-0-19-960563-7.
- Глосар?й терм?н?в з х?м?? // Й.Опейда, О.Швайка. ?н-т ф?зико-орган?чно? х?м?? та вуглех?м?? ?м.. Л. М. Литвиненка НАН Укра?ни, Донецький нац?ональний ун?верситет — Донецьк: ?Вебер?, 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
- Г?рничий енциклопедичний словник : у 3 т / за ред. В. С. Б?лецького. — Д. : Сх?дний видавничий д?м, 2001—2004.
- Укра?нський радянський енциклопедичний словник : [у 3 т.] / гол. ред. Бабичев Ф. С. — 2-ге вид. — К. : Голов. ред. УРЕ АН УРСР, 1987. — Т. 3 : Портулак — Ь. — 736 с.
- Тор?й на WebElements (англ.)
- Тор?й у Популярн?й б?бл?отец? х?мчних елемент?в (рос.)
- Любич О. Й., Пчел?нцев В. О. Ф?зичн? основи металург?? кольорових ? р?дкоземельних метал?в: Навч. пос?бник. — Суми: Вид-во СумДУ, 2009 ISBN 978-966-657-255-7 с.209 — 212
- Тор?й // Ун?версальний словник-енциклопед?я. — 4-те вид. — К. : Теза, 2006.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
