Torium

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
AktiniumToriumProtaktinium
Ce

Th

-  
 
 
Th-TableImage.png
Yleistä
Nimi Torium
Tunnus Th
Järjestysluku 90
Luokka Aktinoidi
Lohko f-lohko
Ryhmä -
Jakso 7
Tiheys 11,724[1]×103 kg/m3
Kovuus 3,0 (Mohsin asteikko)
Väri hopeanvalkoinen
Löytövuosi, löytäjä 1828, Jöns Jacob Berzelius
Atomiominaisuudet
Atomipaino 232,038062 [2] amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 180 pm
Kovalenttisäde 206±6 pm
Orbitaalirakenne [Rn] 6d27ss
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
Hapetusluvut +I,+II,+III,+IV
Kiderakenne pintakeskinen kuutiollinen (face centered cubic, FCC)
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste 2023 K (1750[3] °C)
Kiehumispiste 5061 K (4788 °C)
Höyrystymislämpö 514[4] kJ/mol
Sulamislämpö 13,81[5] kJ/mol
Äänen nopeus 2490 m/s 293,15 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus 1,3 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,118 kJ/kg K
Sähkönjohtavuus 6.7×106 S/m
Lämmönjohtavuus 54,0 W/(m×K)
CAS-numero 7440-29-1
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Torium on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Th (lat. thorium), järjestysluku 90 ja CAS-numero 7440-29-1. Torium on radioaktiivinen aktinoidisarjan metalli, ja uraanin lisäksi ainut radioaktiivinen metalli jota esiintyy maankuoressa merkittäviä määriä.[6]

Esiintyminen ja yleisyys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Toriumia esiintyy luonnossa monatsiitti mineraalissa (Ce, La, Nd, Th)PO4, joka on tärkein toriumin malmimineraali[7]. Muita toriumia sisältäviä mineraaleja ovat esimerkiksi brockiitti, cerianiitti, cheraliitti, ekaniitti, eukseniitti, grayiitti, huttoniitti, perrieriitti, torianiitti, toriitti, tshevkiniitti, ja zirkeliitti.

Torium on yleisyydeltään noin lyijyn luokkaa, eli yleisempää kuin tina tai hopea[8]. Se on noin 2-5 kertaa yleisempää maan kuoressa kuin luonnonuraani[9] ja noin 300-400 kertaa yleisempää kuin 235U. Torium on jakautunut suhteellisen tasaisesti eri puolilla maapalloa. Merivedessä sitä on vain vähän, noin 6×10-4 μg/l, mikä on paljon vähemmän kuin uraanin pitoisuus merissä[10].

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.[11] Toriumia ei tarvitse kuitenkaan isotooppisesti rikastaa, kuten uraania, vaan sen käyttö perustuu ns. torium-ydinpolttoainekiertoon. Toriumin käyttöön ydinpolttoaineena vaaditaan hyötöreaktori (Breeder Reactor), joista eräs, ehkä tunnetuin alakategoria on sulasuolareaktori (MSR - Molten Salt Reactor).

Toriumin käyttöä ydinpolttoaineena on puolusteltu sen suurella polttoainehyötysuhteella sekä luonnollisella runsaudella, torium-ydinpolttoainekierrossa kaikki torium voitaisiin käyttää energiantuottoon (fissio), kun taas tyypillisessä 235U-uraanivoimalassa, ydinpolttoaineen sisältämästä noin 3-5 %-ista 235U:ttä energian tuottoon kuluu vain noin 60-70 %.lähde? Eli polttoaineesta energiantuottoon, riippuen reaktorityypistä, kuluu tavallisesti 0,5-1,5 %.lähde? Osa (20-30 %) 235U:stä ei osallistu reaktioon ja poistuu käytetyn polttoaineen mukana käyttämättömänä.lähde? 233U voidaan saostaa ei-fissiilin 238U:n joukkoon, jolloin toriumista tuotettua ydinpolttoainetta ei voi käyttää ydinaseen valmistamiseen[12].

Suurimpia toriumpolttoaineen haittoja on 233U:n valmistamisen teknologinen vaikeus ja tästä johtuva prosessin kalleus.[13]

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ruotsalainen kemisti Jöns Jacob Berzelius löysi toriumin vuonna 1828 Morten Thrane Esmarkin löytämästä norjalaisesta toriittimineraalista. Berzelius nimesi alkuaineen skandinaavisen ukkosenjumala Thorin mukaan.[11][14] Aineella ei kuitenkaan ollut juuri mitään käyttöä, ennen kuin kaasulyhdyn hehkusukka keksittiin vuonna 1885.[15]

Radioaktiivisuuden tutkimuksen varhaisvaiheissa muutamille toriumin isotoopeille annettiin omia nimiään: 227Th oli radioaktinium, 228Th:sta on käytetty nimeä radiotorium, 230Th:sta nimeä ionium.

Isotoopit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Toriumin kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia, luonnossa (lähes 100 %) esiintyvä 232Th- isotooppi on heikosti radioaktiivinen alfasäteilijä. Sen puoliintumisaika on yli 14 miljardia vuotta, mikä on enemmän kuin maapallon ikä ja hieman suurempi kuin arvioitu maailmankaikkeuden ikä. Muita toriumin isotooppeja esiintyy radioaktiivisissa mineraaleissa vain hivenmääriä, ja ne ovat syntyneet radioaktiivisten hajoamisten seurauksena, yleensä uraanin isotoopeista 235U ja 238U, sillä ne ovat näistä alkavien pitkien hajoamissarjojen välijäseniä. 232Th:sta alkava hajoamissarja tunnetaankin nimellä toriumsarja. 232Th alfahajoaa radioaktiiviseksi radium-228:ksi, jonka puoliintumisaika on 5,7 vuotta. Tämä hajoaa välijäsenten kuten toisen toriumisotoopin 228Th ja huoneilmastakin mahdollisesti löytyvän radon-220:n kautta pysyväksi lyijyn isotoopiksi. Toriumsarjan loppupään hajoaminen on nopeaa, koska kaikkien muiden kuin 228Ra:n ja 228Th:n yhteenlasketut puoliintumisajat ovat alle 5 päivää.[16][17]

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
209Th 3,8 ms α
210Th 9 ms α
211Th 37 ms α
212Th 30 ms α
213Th 140 ms α
214Th 100 ms α
215Th 1,2 s α
216Th 28 ms α
217Th 0,237 ms α
218Th 0,109 μs α
219Th 1,05 μs α
220Th 9,7 μs α
221Th 1,68 ms α
222Th 2,8 ms α
223Th 0,60 s α
224Th 1,05 s α
225Th 8,0 min α (~90 %)
EC (~10%)
Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
226Th 30,57 min α
227Th 18,68 d α
228Th 1,9116 a α
229Th 7 340 a α
230Th 7,538 · 104 a α
231Th 25,52 h β
232Th 1,405 · 1010 a α
SF (1,1 · 10-9 %)
233Th 22,3 min β
234Th 24,10 d β
235Th 7,1 min β
236Th 37,5 min β
237Th 5,0 min β
238Th 9,4 min β

Lähde:[18][19]

EC = Elektronisieppaus
SF = Spontaani fissio
α = Alfahajoaminen
β+ = Beeta-plus-hajoaminen
β = Beeta-miinus-hajoaminen
IT = Isomeerinen transitio
m = Välitila tai virittynyt atomi

Fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Puhtaassa muodossaan torium 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.[6] Toriumilla on kaikista aktinoideista korkein sulamispiste, 1750 °C mutta sen tiheys 11,724×103 kg/m3 on aktinoidisarjan toiseksi alhaisin, aktiniumin jälkeen.[20]

Toriumista tulee suprajohtavaa alle 1,368 K lämpötilassa.[21]

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

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Wickleder et al. s. 62
  2. 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)
  3. Wickleder et al. s. 62
  4. Wickleder et al. s. 62
  5. Wickleder et al. s. 62
  6. a b Toriumin kansainvälinen kemikaalikortti Viitattu 14.7.2010.
  7. Wickleder et al. s. 56
  8. Nagy s. 155 Viite Googlen teoshaussa
  9. Nagy s. 155
  10. Nagy s. 155
  11. a b Marko Hamilo: Torium sai nimensä sodan jumalalta Helsingin Sanomat 1.11.2005. Viitattu 14.7.2010.
  12. Wickleder et al. s. 53
  13. Wickleder et al. s. 53
  14. Henriksen, Petter: Morten Thrane Esmark Store norske leksikon. Oslo: Kunnskapsforlaget. Viitattu 20.11.2016. (norjaksi)
  15. Wickleder et al. s. 52
  16. Wickleder et al. s. 53
  17. 232 Th decay chain Viitattu 10.11.2016. (englanniksi)
  18. Wickleder et al. s. 54-55
  19. Audi, G. et al.: The NUBASE2012 evaluation of nuclear properties. Chinese Physics C, 2012, 36. vsk, nro 12. IOP Publishing. Artikkelin verkkoversio Viitattu 9.11.2016. (englanniksi)
  20. Wickleder et al. s. 61-62
  21. Nagy s. 132 Viite Googlen teoshaussa

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Torium.
Wikisanakirja
Wikisanakirjassa on tähän liittyvä sananselitys: torium.