Torium

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
AktiniumThoriumProtaktinium
Ce

Th

-  
 
 
Th-TableImage.png
Yleistä
Nimi Thorium
Tunnus Th
Järjestysluku 90
Luokka Aktinoidi
Lohko f-lohko
Ryhmä -
Jakso 7
Tiheys 11,7×103 kg/m3
Kovuus 3,0 (Mohsin asteikko)
Väri hopeanvalkoinen
Löytövuosi, löytäjä 1828, Jöns Jacob Berzelius
Atomiominaisuudet
Atomipaino 232,038062 [1] amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 180 pm
Orbitaalirakenne [Rn] 6d27ss
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
Hapetusluvut +IV
Kiderakenne pintakeskinen kuutiollinen (face centered cubic, FCC)
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste 2115 K (1842 °C)
Kiehumispiste 5061 K (4788 °C)
Höyrystymislämpö 514 kJ/mol
Sulamislämpö 13,81 kJ/mol
Äänen nopeus 2490 m/s 293,15 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus 1,3 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,118 kJ/kg K
Lämmönjohtavuus 54,0 W/(m×K)
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Torium on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Th (lat. thorium), järjestysluku 90 ja CAS-numero 7440-29-1.[2]

Esiintyminen ja yleisyys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Toriumia esiintyy luonnossa Monasiitti-nimisessä mineraalissa (Ce, La, Pr, Nd, Th, Y)PO4,. Puhtaassa muodossaan se on hopeinen, valkoinen metalli, joka säilyttää kiiltonsa useita kuukausia. Oksidoituessaan se muuttaa värinsä harmaaksi ja lopulta mustaksi. Yli 130 asteen lämpötilassa se syttyy itsestään palamaan.[2] Muita Toriumia sisältäviä mineraaleja ovat esimerkiksi brockiitti, cerianiitti, cheraliitti, eukseniitti, grayiitti, huttoniitti, perrieriitti, torianiitti, tshevkiniitti, ja zirkeliitti.

Torium on yleisyydeltään noin lyijyn luokkaa, eli noin 3-4 kertaa yleisempää maan kuoressa kuin luonnonuraani ja noin 300-400 kertaa yleisempää kuin 235U. Torium on jakautunut suhteellisen tasaisesti eri puolilla maapalloa.

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Toriumia

Toriumia ja sen yhdisteitä, kuten toriumdioksidia, käytetään mm. seosmetalleina, kaasupolttimien hehkusukissa, erikoislaseissa, hehkulangoissa, elektroniikassa, katalysaattoreina ja kaasuja imevänä aineena tyhjiötekniikassa.

Toriumin hyödyntämistä ydinvoimaloissa uraanin sijasta on tutkittu jonkin verran. Sellaisenaan torium ei ole fissiili ja energiantuottamiseen vaadittavaa ydinketjureaktiota ei saavuteta, sillä toriumin hajotessa ei synny riittävästi vapaita neutroneja. Toriumista voidaan kuitenkin valmistaa neutronipommituksella 233U-isotooppia, joka puolestaan on fissiili ja ylläpitää ydinketjureaktiota.[3] Toriumia ei tarvitse kuitenkaan isotooppisesti rikastaa, kuten esim. Uraania, vaan sen käyttö perustuu ns. Torium ydinpolttoainekiertoon. Toriumin käyttöön ydinpolttoaineena vaaditaan ns. hyötöreaktori (Breeder Reactor), joista eräs, ehkä tunnetuin alakategoria on ns. sulasuolareaktori (MSR - Molten Salt Reactor).

Toriumin käyttöä ydinpolttoaineena on puolusteltu sen suurella polttoainehyötysuhteella sekä luonnollisella runsaudella, Torium ydinpolttoainekierrossa 100% toriumista voidaan käyttää energiantuottoon (fissio), kun taas tyypillisessä 235U-uraanivoimalassa, ydinpolttoaineen sisältämästä noin 3-5 %-ista 235U:ttä energian tuottoon kuluu vain noin 60-70%. Eli polttoaineesta energiantuottoon, riippuen reaktorityypistä, kuluu tavallisti 0,5-1,5%. Osa (20-30%) 235U:stä ei pala reaktiossa ja poistuu käytetyn polttoaineen mukana, reaktorista "käyttämättömänä". 238U (95% polttoaineesta) puolestaan ei osallistu fissioon lainkaan kevytvesireaktorissa.

Laskelmien mukaan toriumvoimala tuottaisi vähemmän radioaktiivisia aineita kuin uraanilla toimiva voimala, ja käytettävä polttoaine olisi vaarallisen säteilevää vain 500 vuotta. Nykyisten uraanivoimaloiden ydinjätteen radioaktiivisuus säilyy haitallisena jopa 100 000 vuotta. Tämä johtuu siitä, että 238U saattaa pienellä todennäköisyydellä absorboida neutroneita, jolloin siitä synytyy transmutaation takia, plutoniumia, tai muita pitkä-ikäisiä transuraaneja. Torium polttoainekierrossa transuraaneja ei synny lähes lainkaan (vrt. 238U - yksi absorptio ja 232Th - 7 absorptiota - transmutaatioon Plutoniumiksi).

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ruotsalainen kemisti Jöns Jacob Berzelius löysi toriumin vuonna 1828 Hans Morten Thrane Esmarkin löytämästä norjalaisesta toriittimineraalista. Berzelius nimesi alkuaineen skandinaavisen ukkosenjumala Thorin mukaan.[3] Aineella ei kuitenkaan ollut paljoa käyttöä, ennen kuin kaasulyhdyn hehkusukka keksittiin vuonna 1885.

Fysikaaliset ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Toriumin kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia, luonnossa (lähes100%) esiintyvä 232Th- isotooppi on heikosti radiaktiivinen alfa säteilijä, jonka puoliintumisaika on yli 14 miljardia vuotta. Muita toriumin isotooppeja esiintyy radioaktiivisissa mineraaleissa vain hivenmääriä, ja ne ovat syntyneet radioaktiivisten hajoamisten surauksena, yleensä uraanin isotoopeista U-235 ja U-238, sillä ne ovat näistä alkavien pitkien hajoamissarjojen välijäseniä. Torium-232:sta alkava hajoamissarja tunnetaankin nimellä toriumsarja. Radioaktiivisuuden tutkimuksen varhaisvaiheissa muutamille toriumin isotoopeille annettiin omia nimiään: niinpä Th-228:sta on käytetty nimeä radiotorium, Th-230:sta nimeä ionium. Torium-232 alfa-hajoaa radioktiiviseksi Radon-288:ksi.

Fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ionisoitumisenergia

  • 1. e 674 kJ/mol
  • 2. e 1110 kJ/mol
  • 3. e 1930 kJ/mol
  • 4. e 2760 kJ/mol

Isotooppien atomimassat

  • 227Th: 227,027703 u
  • 228Th: 228,028715 u
  • 229Th: 229,031755 u
  • 230Th: 230,033127 u
  • 231Th: 231,036298 u
  • 232Th: 232,038054 u
  • 234Th: 234,043593 u

Isotooppien suhteellinen runsaus luonnossa/Hajoamistapa

  • 227Th: \alpha
  • 228Th: \alpha
  • 229Th: \alpha
  • 230Th: \alpha
  • 231Th: \beta-
  • 232Th: 100 % (\alpha)
  • 234Th: \beta-

Isotooppien puoliintumisajat

  • 227Th: 18,72 vuorokautta
  • 228Th: 1,913 vuotta
  • 229Th: 7340 vuotta
  • 230Th: 7,54 × 103 vuotta
  • 231Th: 25,5 tuntia
  • 232Th: 1,405 × 1010 vuotta
  • 234Th: 24,10 vuorokautta

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
  2. a b Toriumin kansainvälinen kemikaalikortti Viitattu 14.7.2010.
  3. a b Marko Hamilo: Torium sai nimensä sodan jumalalta Helsingin Sanomat 1.11.2005. Viitattu 14.7.2010.

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Torium.