Thorium
| český název | Thorium |
| latinský název | Thorium |
| anglický název | Thorium |
| chemická značka | Th |
| protonové číslo | 90 |
| relativní atomová hmotnost | 232,0381 |
| perioda | 7 |
| skupina | IV.B |
| zařazení | aktinoidy |
| rok objevu | 1828 |
| objevitel | J. J. Berzelius |
| teplota tání [°C] | 1750 |
| teplota varu [°C] | 4000 |
| hustota [g cm-3] | 11,7 |
| elektronegativita | 1,3 |
| oxidační stavy | III, IV |
| elektronová konfigurace | [Rn]6d2 7s2 |
| atomový poloměr [pm] | 237 |
| specifické teplo [J g-1K-1] | 0,12 |
| slučovací teplo [kJ mol-1] | 16,1 |
| tepelná vodivost [W m-1 K-1] | 54 |
| elektrická vodivost [S m-1] | 6,7.106 |
| 1. ionizační potenciál [eV] | 6,08 |
| 2. ionizační potenciál [eV] | 11,504 |
| 3. ionizační potenciál [eV] | 20,003 |
| tvrdost podle Mohse | 3 |
| tvrdost podle Vickerse [MPa] | 350 |
| tvrdost podle Brinella [MPa] | 400 |
| modul pružnosti ve smyku [GPa] | 31 |
| modul pružnosti v tahu [GPa] | 79 |
| skupenství za norm. podmínek | s |
Chemické vlastnosti a reakce thoria
Chemický prvek thorium je radioaktivní, šedý, měkký a tažný kov, vzhledem podobný platině. Práškové thorium je pyroforní, kovové thorium se na vzduchu vznítí při zahřátí na teplotu 130°C.
Při laboratorní teplotě reaguje s fluorem za vzniku fluoridu thoričitého ThF4, při teplotách okolo 500°C reaguje thorium s ostatními halogeny za vzniku halogenidů typu ThX4 a se sírou za vzniku sulfidu thoričitého ThS2 s příměsí sulfidu thoritého Th2S3. Při vyšších teplotách reaguje také s dusíkem za vzniku nitridu Th3N4 a s křemíkem za vzniku silicidu ThSi2. Při zahřátí na teplotu 250°C na vzduchu hoří za vzniku oxidu thoričitého ThO2.
Ve zředěných kyselinách i zásadách se thorium nerozpouští, ale je dobře rozpustné v lučavce královské a v dýmavé kyselině chlorovodíkové. Dobře se rozpouští v koncentrované kyselině dusičné i chlorovodíkové za vzniku thoričité soli a vývoje vodíku, reakce thoria s těmito kyselinami je katalyzována přítomností fluoridových iontů:
3Th + 4HNO3 + 12HCl → 3ThCl4 + 4NO + 8H2O
Th + 4HCl → ThCl4 + 2H2
Za teploty od 150°C probíhá reakce thoria s vodní párou za vzniku hydroxidu thoričitého a vývoje vodíku:
Th + 4H2O → Th(OH)4 + 2H2
Ve sloučeninách vystupuje thorium nejčastěji v oxidačním stupni IV, chemické vlastnosti sloučenin čtyřmocného thoria se velmi podobají vlastnostem sloučenin titanu.
Analytické stanovení thoria se provádí komplexometickou titrací s indikátorem Alizarin S. V kyselém prostředí (pH=2) je bod ekvivalence indikován změnou barvy indikátoru z červené na žlutou.
Výskyt thoria v přírodě
Průměrný obsah thoria v zemské kůře je 8 ppm. V přírodě se thorium ve formě izotopu 232Th, obvykle v doprovodu lanthanoidů, vyskytuje zejména v monazitových horninách.
Známými minerály thoria jsou např. thorit (huttonit) ThSiO4, thorianit ThO2, brabantit CaTh(PO4)2, ekanit ThCa2Si8O20, brockit (Ca,Th,Ce)(PO4)·(H2O), thorutit (Th,U,Ca)Ti2(O,OH)6.
Světové zásoby thoria činí 1,4 Mt ThO2, největší ověřená naleziště thoria jsou v USA (440 kt), Austrálii (410 kt), Indii (290 kt), Kanadě (100 kt) a JAR (35 kt). Velké, doposud neověřené naleziště thoria je v Grónsku. Údaje o roční výrobě a spotřebě thoria nejsou publikovány.
Na území ČR se nenacházejí žádné ověřené zásoby thoria, v roce 2010 bylo dovezeno 4 kg kovového thoria za průměrnou dovozní cenu 3250 Kč/kg.
Výroba thoria
Výroba thoria se provádí alkalickým nebo kyselým loužením rudných koncentrátů. Alkalický postup spočívá v působení NaOH při zvýšené teplotě. Vzniklé nerozpustné oxidy thoria a uranu se rozpustí v horké kyselině chlorovodíkové. Oddělení thoria od uranu se provádí kapalinovou extrakcí.
Při kyselém postupu se rudný koncentrát podrobí působení koncentrované kyseliny sírové, vznikne roztok sloučenin thoria znečištěný kovy vzácných zemin. Po převedení na šťavelany se na základě rozdílné rozpustnosti oddělí šťavelan thoria od šťavelanů vzácných zemin.
Výsledným produktem obou postupů je práškové thorium, které se převádí na kompaktní kov slinováním nebo vakuovým přetavováním.
Čisté thorium se připravuje tepelným rozkladem jodidu ThI4, redukcí oxidu thoričitého vápníkem nebo elektrolýzou taveniny podvojného fluoridu ThF4.KF.
Praktické využití
Technické využití nalézá kovové thorium zejména jako součást slitin pro výrobu žhavících drátů do elektrických pecí. Slitina thoria s wolframem se používá k výrobě žhavicích vláken elektronek. Thorium se využívá ve sklářství pro úpravu indexu lomu optických skel. Dusičnan thoričitý se využívá na výrobu thoriovaných wolframových elektrod pro obloukové svařování težkosvařitelných nerezových ocelí a slitin niklu stejnosměrným proudem.
Ze sloučenin thoria je nejdůležitější oxid thoričitý ThO2, který se používá jako součást katalyzátoru pro výrobu benzínu Fischer-Tropschovou syntézou a pro oxidaci amoniaku při průmyslové výrobě kyseliny dusičné. Pro svou vysokou teplotu tání (3300°C) se oxid thoričitý také používá k výrobě žáruvzdorné keramiky. V medicíně se oxid thoričitý používá jako kontrastní látka v rentgenologii.
Praktické využití thoria má značnou perspektivu v jaderné energetice budoucnosti.
Zdroje
- FRONDEL, Clifford. Systematic mineralogy of uranium and thorium. Geological Survey Bulletin 1064. Washington. U.S. Govt. Print. Off. 1958.
- REMY, Heinrich. Anorganická chemie - II. díl. 2. české vydání, dotisk. Praha: SNTL 1972, s. 109-116
- STARÝ, Jaromír; et al. Surovinové zdroje České republiky - Nerostné suroviny 2011. In: Česká geologická služba. Surovinové zdroje v ČR [online]. 2011 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://www.geology.cz/
- SÝKORA, Václav. Chemickoanalytické tabulky. Praha: SNTL, 1976.