Tórium

A tórium a periódusos rendszer egyik kémiai eleme. Vegyjele Th, rendszáma 90. Nyelvújításkori neve tereny. Az f mezőbe, az aktinoidák közé tartozik, épp ezért eléggé ritka. Egy természetes (²³²Th), és további 24 mesterséges izotópja ismert. Valamennyi radioaktív, és csaknem mindegyik alfa-bomló.

90 aktínium ← tórium → protaktínium Ce ↑ Th ↓ (Uqn) 90 Th Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	tórium, Th, 90
Latin megnevezés	thorium
Elemi sorozat	átmenetifémek
Csoport, periódus, mező	?, 7, f
Megjelenés	ezüstfehér
Atomtömeg	232,0381(1)  g/mol
Elektronszerkezet	[Rn] 6d² 7s²
Elektronok héjanként	2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	szilárd
Sűrűség (szobahőm.)	11,7 g/cm³
Olvadáspont	2115 K (1842 °C, 3348 °F)
Forráspont	5061 K (4788 °C, 8650 °F)
Olvadáshő$\Delta _{fus}{H}^{\ominus }$	13,81 kJ/mol
Párolgáshő $\Delta _{vap}{H}^{\ominus }$	514 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 26,230 J/(mol·K)
Gőznyomás P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 2633 2907 3248 3683 4259 5055
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	köbös lapközéppontos
Oxidációs szám	4, 3, 2 (gyengén bázikus oxid)
Elektronegativitás	1,3 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 587 kJ/mol
	2.: 1110 kJ/mol
	3.: 1930 kJ/mol
Atomsugár	180 pm
Egyebek
Mágnesség	paramágneses
Elektromos ellenállás	(0 °C) 147 nΩ·m
Hővezetési tényező	(300 K) 54,0 W/(m·K)
Hőtágulási együttható	(25 °C) 11,0 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd)	(20 °C) 2490 m/s
Young-modulus	79 GPa
Nyírási modulus	31 GPa
Kompressziós modulus	54 GPa
Poisson-tényező	0,27
Mohs-keménység	3,0
Vickers-keménység	350 MPa
Brinell-keménység	400 HB
CAS-szám	7440-29-1
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A tórium izotópjai izotóp természetes előfordulás felezési idő bomlás mód energia (MeV) termék 228Th mest. 1,9116 év α 5,520 224Ra 229Th szintetikus 7340 év α 5,168 225Ra 231Th mest. 25,5 óra β 0,39 231Pa 230Th mest. 75380 év α 4,770 226Ra 232Th 100% 14,05·109 év α 4,083 228Ra 234Th mest. 24,1 nap β 0,27 234Pa
Hivatkozások

Felfedezése

A tóriumot Jöns Jakob Berzelius svéd kémikus fedezte fel a 19. század elején. Az oxidját találta meg egy sziklában, amelyből később a fémet is előállította. Az új fém nevét a skandináv-germán mitológia viharistenéről, Thorról kapta.

Fizikai tulajdonságai

Elemi állapotban platinafényű, puha fém. Az elektromosságot jól vezeti. Olvadáspontja és sűrűsége viszonylag nagy (1842 °C, ill. 11,75 g/cm³). Érdekessége, hogy a ²³²Th felezési ideje (14 milliárd év) megközelíti a világegyetem életkorát, és jóval nagyobb, mint a Föld életkora.

²³²Th-család radioaktív bomlási sora, (zárójelben a felezési idők):
²³²Th (1,405·10¹⁰ év), ²²⁸Ra (5,75 év), ²²⁸Ac (6,25 óra), ²²⁸Th (1,9116 év), ²²⁴Ra (3,6319 nap), ²²⁰Rn (55,6 s), ²¹⁶Po (0,145 s), ²¹²Pb (10,64 óra), ²¹²Bi (60,55 perc), ²¹²Po (299 ns) és ²⁰⁸Tl (3,053 perc), ²⁰⁸Pb (stabil).

Kémiai tulajdonságai

Szobahőmérsékleten igen ellenálló, itt csak a füstölgő sósav (HCl) és a királyvíz hatnak rá. 500 °C körül már megtámadják a halogének. Magasabb hőmérsékleten csak a savakban oldódik, alkálilúgokban nem. Oxigénnel tórium-dioxiddá (ThO₂), nitrogénnel tórium-nitriddé (Th₃N₄) alakul. Az előbbi vegyületei jól mutatják, hogy vegyületeiben az oxidációs száma +4. Finom por alakjában piroforos.

Előfordulás és előállítás

A cériumot kíséri a monacit (CePO₄) nevű ásványban. Saját ásványai még a torit (ThSiO₄) és a keralit. Ezekből előbb kinyerik az oxidját (ThO₂), majd ezt különböző eljárásokkal fémmé redukálják. A Föld tóriumtartalékait különböző kutatások 1,5 és 2 millió tonna közé teszik, a legjelentősebb lelőhelyek Ausztráliában, Indiában, Brazíliában és Törökországban találhatók.

Tórium készletek

Ország	Készlet (t)
USA	440 000
Ausztrália	410 000
Brazília	16 000
Kanada	100 000
India	290 000
Malajzia	4500
Dél-Afrika	35 000
Egyéb országok	90 000
Világ összesen	1 400 000

Felhasználása

Magnéziumötvözeteket állítanak elő belőle, valamint a gázizzók „harisnyáját” is tórium-dioxidból készítik (világítási hatásfok emelése végett).

Használják még AWI-hegesztésnél, volfrám-tórium elektródaként.

Atomerőművi hasznosítása

Atomreaktorokban alkalmazzák urán hasadóanyag előállítására (tórium-ciklus). Az első tóriummal működő kísérleti reaktorok az 1960-as években már működtek az Amerikai Egyesült Államokban. Németországban 1983-ban kezdett működni az első kereskedelmi tórium erőmű (THTR–300). Jelenleg Indiában épül egy hasonló kapacitású erőmű.

A tórium használatának előnyei az uránnal szemben

• A tóriumból jelentősen nagyobb készletek állnak rendelkezésre, mint uránból
• A tórium alapú erőművek azonos mennyiségű kiindulási anyagból hússzor több energiát szolgáltatnak, mint egy uránalapú reaktor, tekintettel arra, hogy az urán hasadóanyag körülbelül 5% hasznosul, míg a tórium szinte 100%-ban
• Az üzemeltetés során lényegesen kevesebb melléktermék képződik, mint az uránalapú reaktor esetében

A tórium használatának hátrányai az uránnal szemben

• A kiégett fűtőelemek ²³²U izotópot tartalmaznak, aminek a felezési ideje 68,9 év, valamint a bomlástermékeinek (²¹²Bi,²⁰⁸Tl) a felezési ideje nagyon rövid, ezért az újrahasznosítás során jelentősen nagyobb radioaktivitással, illetve hőmérséklettel kell számolni, mint urán esetén
• A fűtőelemek újrahasznosításának módja nem kidolgozott
• Az üzemeltetés során összegyűlt tapasztalat jóval kevesebb, mint az urán, vagy urán-plutónium üzemanyagú erőműveknél.
• A tórium alapú erőművek első lépcsője egy tenyésztési szakasz. Tenyésztési szakasz közbeiktatásával az urán alapú erőművek is hasonló hatékonysággal működnének.

2011-ben India bejelentette, hogy egy tórium alapú nehézvizes reaktor (AHWR) nagyszabású tesztjét tervezi elvégezni 300 megawatt teljesítménnyel.

2013-ban Norvégiában készítettek egy kísérleti tórium alapú erőművet.

Egyes vélemények szerint, tórium alapú erőművek a hidegháború alatt azért nem tudtak elterjedni, mert az urán alapú erőművek segítették az atomfegyverek gyártását, később pedig az urán alapú erőművek gyártásában érdekelt országok sikeresen akadályozták meg az új technika bevezetését.

Források

• Kocsmáros Iván - Szőkefalvi-Nagy Zoltán: Szervetlen kémia (tanárképző főiskolai tankönyvek sor.) Tankönyvkiadó, 1980.
• Horváth Miklós honlapja

További információk

A Wikimédia Commons tartalmaz Tórium témájú médiaállományokat.

• a magyar Wikipédia tóriumot tartalmazó vegyületeinek listája külső keresővel
• Obama egy tollvonással megoldhatná a világ energiaproblémáit - index.hu
• Thorium Fuel Cycle Development in India