1.Charakterystyka
toru [1-8]
TOR
- symbol Th (z łac. thorium)
90
Th
232.0381(1)
Rys 1.
Schemat powłokowej struktury toru
(nie jest to struktura atomu toru)[3].
Rys 2. Stały stan skupienia toru – struktura krystaliczna[3].
Grupa |
Okres |
Liczba atomowa |
Liczba masowa |
Stan skupienia |
Aktynowce |
7 |
90 |
232.0381 |
ciało stałe |
Konfiguracja
elektronowa : |
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s25d104f146p67s26d2 |
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,
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 - 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)
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 |
|
|
227Th |
0 |
227.028 |
3/2 |
18.72d |
|
|
228Th |
0 |
228.029 |
0 |
1.913y |
|
|
229Th |
0 |
229.032 |
5/2 |
7.34E03y |
|
|
230Th |
0 |
230.033 |
0 |
7.54E04y |
|
|
231Th |
0 |
231 |
5/2 |
1.063d |
|
|
232Th |
100 |
232.038 |
0 |
1.40E10y |
|
|
233Th |
0 |
233 |
1/2 |
22.3m |
|
|
234Th |
0 |
234 |
0 |
24.1d |
|
Tabela
1. Przedstawia izotopy toru [8].
Nuklid |
Zasobność
[%] |
Masa |
Spin |
Okres
półrozpadu |
Rodzaj
rozpadu |
Obraz
rozpadu |
230U |
0 |
230 |
0 |
20.8d |
|
|
231U |
0 |
231 |
5/2 |
4.20d |
EC |
|
232U |
0 |
232.037 |
0 |
70y |
|
|
233U |
0 |
233.04 |
5/2 |
1.59E05y |
|
|
234U |
0.0055 |
234.041 |
0 |
2.47E05y |
|
|
235U |
0.72 |
235.044 |
7/2 |
7.04E08y |
|
|
236U |
0 |
236.046 |
0 |
2.34E07y |
|
|
237U |
0 |
237 |
1/2 |
6.75d |
|
|
238U |
99.27 |
238.051 |
0 |
4.47E09y |
|
|
239U |
0 |
239 |
5/2 |
23.5m |
|
|
240U |
0 |
240 |
0 |
14.1h |
|
Tabela 2. Izotopy uranu [8].