Thoria, pojmenované pro norského boha hromu, je stříbřitý, lesklý a radioaktivní prvek s potenciálem jako alternativa k uranu v palivových jaderných reaktorech.
Jen fakta
- Atomové číslo (počet protonů v jádru): 90
- Atomový symbol (v periodické tabulce prvků): Th
- Atomová hmotnost (průměrná hmotnost atomu): 232,0
- Hustota: 6,8 uncí na krychlový palec (11,7 gramů na krychlový cm)
- Fáze při pokojové teplotě: pevná látka
- Bod tání: 3 182 stupňů Fahrenheita (1 750 stupňů Celsia)
- Bod varu: 8 654 F (4 790 ° C)
- Počet přírodních izotopů (atomů stejného prvku s různým počtem neutronů): 1. V laboratoři je rovněž vytvořeno nejméně 8 radioaktivních izotopů.
- Nejběžnější izotopy: Th-232 (100 procent přirozené hojnosti)
Dějiny
V roce 1815 si švédský chemik Jöns Jakob Berzelius nejprve myslel, že objevil nový prvek Země, který podle nizozemského historika Petera van der Krogta pojmenoval thoria po norském bohu války Thoru. V 1824, nicméně, to bylo určoval, že nerost byl vlastně yttrium fosfát;
V roce 1828 obdržel Berzelius norský mineralog Hans Morten Thrane Esmark vzorek černého minerálu nalezeného na ostrově Løvø u norského pobřeží. Minerál obsahoval téměř 60 procent neznámého prvku, který převzal jméno thorium; minerál byl pojmenován thorite. Minerál také obsahoval mnoho známých prvků, včetně železa, manganu, olova, cínu a uranu, podle Chemicoolu.
Berzelius izoloval thium nejprve smícháním oxidu thoria nalezeného v minerálu s uhlíkem za vzniku chloridu thoria, který pak reagoval s draslíkem za vzniku thoria a chloridu draselného, podle Chemicoolu.
Gerhard Schmidt, německý chemik, a Marie Curie, polský fyzik, nezávisle zjistili, že thium bylo radioaktivní v roce 1898 během několika měsíců po sobě, podle Chemicoolu. Schmidt je často připočítán s objevem.
Ernest Rutherford, fyzik Nového Zélandu a anglický chemik Frederick Soddy, zjistili, že thoria se rozpadá pevnou rychlostí na další prvky, také známé jako poločas rozpadu prvku, podle Los Alamos National Laboratory. Tato práce byla rozhodující při podpoře porozumění jiným radioaktivním prvkům.
Anton Eduard van Arkel a Jan Handrik de Boer, oba nizozemští chemici, izolovali v roce 1925 metalické thium s vysokou čistotou podle Národní laboratoře Los Alamos.
Kdo ví?
- V kapalném stavu má thium větší teplotní rozmezí než kterýkoli jiný prvek, podle Chemicoolu je mezi teplotou tání a teplotou varu téměř 5 500 stupňů Fahrenheita (3000 stupňů Celsia).
- Oxid thoričitý má podle Chemicoolu nejvyšší bod tání všech známých oxidů.
- Podle Lenntech je Thorium asi tak hojné jako olovo a nejméně třikrát tolik jako uran.
- Množství thoria v zemské kůře je podle Chemicoolu 6 hmotnostních dílů na milion hmotnostních. Podle periodické tabulky je thium 41. nejhojnějším prvkem v zemské kůře.
- Thorium se těží hlavně v Austrálii, Kanadě, Spojených státech, Rusku a Indii, podle Minerals Education Coalition.
- Podle USA pro ochranu životního prostředí (EPA) jsou stopové hladiny thoria nalezeny ve skalách, půdě, vodě, rostlinách a zvířatech.
- Vyšší koncentrace thoria se obvykle vyskytují v minerálech, jako je thorit, thorianit, monazit, allanit a zirkon, podle Los Alamos National Laboratory.
- Nejstabilnější izotop thoria, Th-232, má podle EPA poločas 14 miliard let.
- Podle Los Alamos se v jádrech supernov vytváří thium a během explozí se rozptýlí po galaxii.
- Thorium bylo používáno od roku 1885 v plynových pláštích, které poskytují světlo v plynových lampách, podle Los Alamos. Vzhledem ke své radioaktivitě byl prvek nahrazen jinými neradioaktivními prvky vzácných zemin.
- Thorium se také používá k posílení hořčíku, potahování wolframového drátu v elektrických zařízeních, řízení velikosti zrn wolframu v elektrických lampách, vysokoteplotních kelímcích, v brýlích, v objektivech pro fotoaparáty a vědecké přístroje a je podle jaderných zdrojů zdrojem jaderné energie Los Alamos.
- Jiná použití pro thium zahrnují žáruvzdornou keramiku, letecké motory a ve žárovkách, podle Chemicool.
- Podle Lenntech bylo thorium používáno v zubní pastě, dokud nebyla objevena nebezpečí radioaktivity.
- Thorium a uran se podílejí na zahřívání vnitřního prostoru Země, podle Minerals Education Coalition.
- Příliš velká expozice thoria může podle Lenntecha vést k plicním onemocněním, rakovině plic a pankreatu, změnit genetiku, onemocnění jater, rakovinu kostí a otravu kovem.
Aktuální výzkum
Velká část výzkumu se věnuje použití thoria jako jaderného paliva. Podle článku od Royal Society of Chemistry, thium používané v jaderných reaktorech poskytuje mnoho výhod oproti použití uranu:
- Thorium je třikrát až čtyřikrát hojnější než uran.
- Thorium se snadněji extrahuje než uran.
- Tekuté fluoridové thoriové reaktory (LFTR) mají ve srovnání s reaktory poháněnými uranem jen velmi málo odpadu.
- LFTR fungují při atmosférickém tlaku namísto 150 až 160násobku atmosférického tlaku, který je v současnosti zapotřebí.
- Thorium je méně radioaktivní než uran.
Podle článku z roku 2009, který vypracovali vědci NASA Albert J. Juhasz, Richard A. Rarick a Rajmohan Rangarajan, byly thóriové reaktory vyvinuty v Oak Ridge National Laboratory v 50. letech 20. století pod vedením Alvina Weinberga na podporu programů jaderných letadel. Program se zastavil v roce 1961 ve prospěch dalších technologií. Podle Královské společnosti chemie byly reaktory thoria opuštěny, protože neprodukovaly tolik plutonia jako reaktory poháněné uranem. V té době bylo plutonium na úrovni zbraní i uran horkou komoditou kvůli studené válce.
Thorium samotné se nepoužívá pro jaderné palivo, ale podle zprávy NASA se používá k vytvoření umělého izotopu uranu uranu-233. Thorium-232 nejprve absorbuje neutron a vytváří thium-233, které se rozkládá na protactium-233 v průběhu asi čtyř hodin. Protactium-233 se pomalu rozkládá na uran-233 v průběhu asi deseti měsíců. Uran-233 se potom používá v jaderných reaktorech jako palivo.
