ثوريوم

90 أكتينيومثوريومبروأكتينيوم
Ce

Th

(Uqn)
Th-TableImage.png
صفات عامة
الإسم, الرقم, الرمز ثوريوم, Th, 90
سلاسل كيميائية أكتينيدات
المجموعة, الدورة, المستوى الفرعي f, 7, n/a
المظهر أبيض فضي
كتلة ذرية 232.03806(2) g/mol
شكل إلكتروني [Rn] 6d2 7s2
عدد الإلكترونات لكل مستوى 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
خواص فيزيائية
الحالة صلب
كثافة عندح.غ. 11.7 ج/سم³
نقطة الإنصهار 2115 ك
1842 م °
3348 ف °
نقطة الغليان 5061 ك
4788 م °
8650 ف °
حرارة الإنصهار kJ/mol 13.81
حرارة التبخر kJ/mol 514
السعة الحرارية (25 26.230 C (م) ° ( J/(mol·K
ضغط البخار
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
at T/K 2633 2907 3248 3683 4259 5055
الخواص الذرية
البنية البللورية شكل مكعب
حالة التأكسد 4
( أكسيد قاعدي ضعيف)
سالبية كهربية 1.3 (مقياس باولنج)
طاقة التأين
(المزيد)
1st: 587 kJ/mol
2nd: 1110 kJ/mol
3rd: 1930 kJ/mol
نصف قطر ذري 180 pm
متفرقة
الترتيب المغناطيسي no data
توصيل كهربائي (0 °م) 147 nΩ·م
توصيل حراري (300 K ك ) 54.0
(W/(m·K)
تمدد حراري (25 °C) 11.0 µm/(m·K)
سرعة الصوت (قضيب رفيع) (20 °م) 2490 m/s
معامل يونج 79 GPa
معامل القص 31 GPa
معاير الحجم 54 GPa
نسبة بواسون 0.27
صلابة موس 3.0
رقم فيكرز للصلادة 350 MPa
رقم برينل للصلادة 400 MPa
رقم التسجيل 7440-29-1
النظائر المهمة
المقالة الرئيسية: نظائر الثوريوم
نظ ت.ط. عمر النصف طر.إ. طا.إ.MeV ن.إ.
234Th trace 24.1 days β 234Pa
228Th syn 1.9116 years α 5.520 224Ra
229Th syn 7340 years α 5.168 225Ra
230Th syn 75380 years α 4.770 226Ra
232Th 100% 1.405×1010 years α 4.083 228Ra
المراجع


الثوريوم هو عنصر كيميائي من عناصر الجدول الدوري وله الرمز Th, وعدده الذري 90. ونظرا لأنه فلز له نشاط إشعاعي طفيف, ويوجد بصورة طبيعية فإنه يعتبر من أنواع الوقود النووي البديلة لليورانيوم.

اكتشفه الكيميائي السويدي برزيليوس عام 1828، الذي عزله من عيِّنة فلز سوداء وُجدت في جزيرة في النروِيج. وسمَّاه الثوريوم باسم أحد الآلهة الاسكندنافيين، وسَمَّى المعدن الذي وُجد فيه ثوريت. أمَّا نشاطه الإشعاعي فقد اكتشفه پيير وماري كوري عام 1898.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الصفات المميزة

فى حالة نقاءه فإن الثوريوم فلز أبيض فضي يحافظ على لمعانه لشهور عديدة. بينما عند وجود شوائب أكسيدية به فإن لمعانه يخبو في الهواء ويصبح رمادي ثم أخيرا يتحول للأسود. ولأكسيد الثوريم (ThO2) (يسمى أيضا ثوريا) درجة ذوبان عالية جدا مقارنة بباقى الأكاسيد (3300 °C). وعند تسيخنه في الهواء, فإن فلز الثوريوم يشتعل ويحترق بلهب أبيض.

شاهد الأكتينيدات في الطبيعة لتفاصيل أكثر عن السمات المميزة للأكتينيدات في الطبيعة. your a stupid bitch


وجوده في الطبيعة

ليس الثوريوم عنصراً نادراً، إذ تُقدَّر نسبته نحو 0.001% (10-3%) وزناً من القشرة الأرضية. وهو يوجد في فلزات كثيرة، مرافقاً ل[[عناصر الأتربة النادرة] ويكون في الغالب مع التيتانيوم والنيوبيوم والتنتاليوم واليورانيوم. إن أغنى المعادن بالثوريوم هما الثوريت Thorite على شكل سيليكات الثوريوم (ThSiO4)الذي تبلغ نسبة الثوريوم فيه نحو 60%، والثوريانيت Thorianite وهو مزيج من ثنائي أكسيد الثوريوم ThO2 وأكسيد اليورانيوم U3O8. وتبلغ نسبة ما فيه من الثوريوم نحو 90%. ولكن أهم مصدر تجاري للثوريوم هو المونازيت Monazite، وويتواجد هذا المعدن في شواطىء الهند والبرازيل وسيلان ومدغشقر، كما يوجد في مناطق أخرى من العالم كجنوب أفريقيا وروسيا واسكندنافية وأسترالية والولايات المتحدة.

خواصه

تتلخص خواصه الفيزيائية فيما يلي:

إلكترونات المدارات التكافؤية (صيغة) k5f 0 6d2 7S؛ نصف القطر الذري 1.8أنغستروم، نصف القطر الشاردي Th4+ ن0.1 أنغستروم، الكتلة الحجمية: 11.7غ/سم3، درجة الانصهار: 1750 ْس، متوسط درجة الغليان: 3850 ْس (3500 ْس ـ4200 ْس)، كمون التشرّد (التأيُّن) الأول: 6.95 ev الرابع 29.38 ev (إلكترون ـ فولط).

ويتكون الثوريوم الطبيعي من نظيرين Isotopes هما: 232Th وما ينشأ عنه 228Th، ونصف حياة الأول 1.4 ×1010 سنة بينما نصف حياة الثاني 1.9سنة. أمَّا نظائر الثوريوم الأخرى فهي:

234Th وهو يُصدر جُسيمات ونصف حياته 24.1يوم.

230Th وهو يُصدر جُسيمات، ونصف حياته 80ألف سنة.

231Th وهو يُصدر جُسيمات، ونصف حياته 25.6ساعة.

227Th وهو يُصدر جُسيمات، ونصف حياته 18.6يوم.

وللثوريوم نظير اصطناعي هو 233Th وهو يصدر -β ونصف حياته 23.5 دقيقة، وهو يتحول إلى بروتِكْنتيوم 233 الذي يتحوَّل بدوره إلى (233U) اليورانيوم القابل للانشطار.

أمَّا خواصه الكيمياوية فتتلخص فيما يلي: لا يتأثر بالأحماض الممددة كثيراً، غير أنه ينحل في حمض كلور الماء المركز، وهو يتفاعل مع حمض الآزوت المركز بسرعة في بداية التفاعل لكنه سرعان ما يتوقف بسبب السلبية المتولدة عن تشكل طبقة ثنائي أكسيد الثوريوم. ولا ينحل الثوريوم في المحاليل المائية لهيدروكسيدات المعادن القلوية، كما لا يتأثر بالهواء في درجة الحرارة العادية، لكنه يحترق فيه إذا كان مسحوقاً ويكوّن حينئذٍ أكسيد الثوريوم. وهو يتفاعل مع الماء في الدرجة 100 ْس، ببطء وتزداد شدة تفاعله بارتفاع درجة الحرارة، كما يتفاعل مع الهالوجينات في الدرجة 450 ْس، ومع الآزوت بالدرجة 650 ْس مكوناً الهاليد والنيتريد الموافقين، ويتفاعل مع الهدروجين بالدرجة 300 ـ400 ْس مكوّناً هيدريد الثوريوم.

تحضيره

يحضر معدن الثوريوم بإرجاع رباعي فلوريد الثوريوم Th F4 أو ثنائي أكسيد الثوريوم بوساطة معدن الكالسيوم، ويجري التفاعل بتسخين مزيج من Th F4 وCa بوجود ثنائي كلوريد الزنك ZnCl2 اللامائي عند الدرجة 600 ْس تقريباً. ويمكن الحصول عليه بالتحليل الكهربائي لمركب سداسي فلورو ثورات (IV) البوتاسيوم K2Th F6 أو خماسي فلورو ثورات (IV) البوتاسيوم KTh F5 المنحل في صهارة ملح كلوريد الصوديوم والبوتاسيوم KCl-NaCl.


الإستخدامات

إستخدامات الثوريوم:

إستخدامات ثانى أكسيد الثوريوم (ThO2):

  • كمصدر إنارة في المصابيح الغازية المتنقلة. وهذه المصادر لها بريق ضوئي (لا يعتمد على النشاط الإشعاعي) عندما يتم تسخينها في لهب غازي.
  • يستخدم للتحكم في حجم حبيبات التنجستين المستخدم في المصابيح الكهربية.
  • يستخدم في البوتقات المعملية التى تتحمل درجات حرارة عالية.
  • بإضافته إلى الزجاج, ينتج زجاج له معامل إنكسار عالي, وتشتت منخفض. وبالتالى تم إستخدام الزجاج الناتج في عدسات الكاميرات والتطبيقات العلمية.
  • يستخدم كحفاز:
  • يعتبر المكون النشيط في الثوروستات, الذى يستخدم في التشخيصات التى تتم بواسطة الأشعة السينية. وقد تم البدء في التوقف عن إستخدام الثوروستات لوجود خطر الإصابة بالسرطان بسببه.

الثوريوم تاريخيا

تم إكتشاف الثوريوم عام 1828 بواسطة الكيميائي السويدي جونز جاكوب بيرزيليوس, والذى قام بتسميته على إسم ثور إله الرعد الإسكندنافي. ولم يكن للثوريوم أى إستخدامات حتى عام 1885 حيث تم إكتشاف المصباح المغطى.

طريقة القضيب البللوري (أو طريقة التأيد) تم إكتشافها بواسطة أنطون إدوارد فان أركيل وجان هنريك دي بوير في عام 1925. وكانت هذه هى أول طريقة صناعية للإنتاج التجارى للثوريوم الطيع الفلزي.

وكان الإسم أيونيوم تم إقتراحه عند دراسة العناصر المشعة لنظير 230Th الناتج من سلسلة الإضمحلال لل238U قبل أن يعرف أن الأيونيوم والثوريوم متطابقان كيميائيا. وتم إقتراح Io للعنصر المتوقع.

استخراج الثوريوم

المقالة الرئيسية: Monazite
Monazit opening acid.gif


التواجد

مونازيت, معدن نادر يحتوى على الثوريوم والفوسفات, وهو المصدر الأساسي للثوريوم

ويوجد الثوريوم بكميات ضئيلة في معظم الصخور وأنواع التربة, ولكنه يتواجد ثلاث مرات أكثر من اليورانيوم, ويوجد بكمية تماثل الرصاص. وتحتوى التربة بصفة عامة على 6 أجزاء في المليون من الثوريوم في المتوسط. ويتواجد الثوريوم في عدة معادن, وأكثرها شهرة المونازايت والذى يحتوى على 12% تقريبا من أكسيد الثوريوم. ويوجد من هذا المعدن مخزون طبيعى في عديد من البلدان. ويضمحل 232Th ببطيء شديد (يصل عمر النصف له ثلاث مرات مثل عمر الأرض تقريبا) ولكن توجد نظائر أخى للثوريوم تنتج من الإضمحلال التسلسلي لليورانيوم. ومعظمها له فترة عمر نصف قليلة وتكون مشعة، ولكنها ضيئلة عند مقارنتها مع 232Th.

البلد احتياطيات الثوريوم (طن)     الاحتياطيات القاعدية للثوريوم (طن)
أستراليا 300,000           340,000          
الهند 290,000 300,000
النرويج 170,000 180,000
الولايات المتحدة 160,000 300,000
كندا 100,000 100,000
جنوب أفريقيا 35,000 39,000
البرازيل 16,000 18,000
ماليزيا 4,500 4,500
بلدان أخرى 95,000 100,000
إجمالي العالم 1,200,000 1,400,000

Note: The Australian figures are based on assumptions and not on actual geological surveys, therefore the figures cited for Australia may be misleading, should be treated with caution and could possibly indicate inflated values for Australia's actual reserves of thorium; note the OECD estimates of Australian's Reasonably Assured Reserves (RAR) of Thorium (listed below) indicate only 19,000 metric tonnes and not 300,000 tonnes as listed above.

  • Another estimate of Reasonably Assured Reserves (RAR) and Estimated Additional Reserves (EAR) of thorium comes from OECD/NEA, Nuclear Energy, "Trends in Nuclear Fuel Cycle", Paris, France (2001):[1]
البلد RAR Th (طن)   EAR Th (طن)
البرازيل 606,000           700,000          
تركيا 380,000 500,000
الهند 319,000     —
الولايات المتحدة 137,000 295,000
النرويج 132,000 132,000
گرينلاند 54,000 32,000
كندا 45,000 128,000
أستراليا 19,000     —
جنوب أفريقيا 18,000     —
مصر 15,000 309,000
بلدان أخرى   505,000     —
الإجمالي العالمي 2,230,000 2,130,000

شاهد أيضا: تصنيف:معادن ثوريوم


الثوريوم كوقود نووي

الثوريوم مثل اليورانيوم والبلوتونيوم, يمكن أن يستخدم كوقود في المفاعلات النووية. برغم أنه لا ينشطر بمفرده, 232Th يقوم بإمتصاص النيترونات البطيئة لإنتاج اليورانيوم-233 (233U), والذى يحدث له إنشطار. ومثله مثل 238U فإنه يوانيوم خصب. وبالترتيب طبق للأهمية فإن 233 أفضل من النظيرين الأخرين المستخدمان كوقود, 235U والبلوتينيوم-239 (239Pu), نظرا لإنتاجه العالي من النيترونات لكل نيترون ممتص. ويعطى بداية ببعض المواد المنشطرة (235U أو 239Pu) تنتج دورة مستمرة مشابهة, ولكن بكفاءة أعلى من الممكنة بواسطة 238U إلى 239Pu (فى مفاعلات النيترون البطيء). يقوم 232Th بإمتصاص النيترون ليصبح 233Th الذى ينحل تلقائيا إلى بروأكتينيوم-233 (233Pa) ثم 233U, ويمكن عندها الحصول على الوقود المشع من المفاعل, ويفصل 233U من الثوريوم (عملية مشابهة حيث انها تتضمن فصل كيميائي بدلا من الفصل بواسطة النظائر), ويتم تغذيته لمفاعل أخر كنوع من أنواع الدورة المغلقة في دورات الوقود النووي.

وتتضمن مشاكل تصنيع الوقود التكلفة العالية الناتجة من الإشعاع العالي لليورانيوم 233U والذى نظرا لتلوثه ببعض أجزاء من 232U القصير العمر, تحدث نفس المشكلة في إعادة تشكيل الثوريوم نظرا للإشعاع العالي للثوريوم 228Th, ويأتى خطر بعض الأسلحة من تكاثر 233U, ولم تحل المشاكل التقنية المتعلقة بهذا الموضوع للآن. ولازال هناك عمل كثير لتطوير طريقة إستخدام الثوريوم كوقود, بحيث يمكن إستخدامه بطريقة تجارية. وبالرغم من ندرة وجود اليورانيوم, فلا زالت هذه الجهود غير كافية للإتجاه للثوريوم.

ومع ذلك, فإن دورة وقود الثوريوم, بقدرتها على توليد وقود متوالد بدون الحاجة لمفاعل نيترون سريع, ترجح بإستخدامه على المدى البعيد. وبتوافر الثوريوم عن اليورانيوم, فإنه من أهم الركائز التى سيستند عليها الوقود النووي.

الهند لديها مخزون كبير من الثوريوم, ولذا فإنها تخطط لإستخدامه في برنامجها النووي, مستخدمة اليورانيوم كمادة مساعدة فقط. وهذه الخطة الطموحة تستخدم كل من المفاعل المولد السريع والحراري. ويعتبر كل من مفاعل المياه الثقيلة المتقدم ، مفاعل KAMINI جهود مبذولة في هذا الإتجاه.

والكميات الآتية تمثل المخزون الطبيعي للثوريوم مقدر بالطن[1]:

  • 360000 الهند[2]
  • 300000 أستراليا
  • 170000 النرويج
  • 160000 الولايات المتحدة
  • 100000 كندا
  • 35000 جنوب أفريقيا
  • 16000 الرازيل
  • 95000 الدول الأخرى

النظائر

يتكون الثوريوم الموجود طبيعيا من نظير واحد 232Th. ويوجد للثوريوم 25 نظير مشع وأكثرهم ثباتا 232Th وله عمر نصف مقداره 14.05 مليار سنة, 230Th وله عمر نصف مقداره 75380 سنة, 229Th وله عمر نصف مقداره 7340 سنة, 228Th وله عمر نصف مقداره 1.92 سنة. أما بقية النظائر فلها عمر نصف أقل من 30 يوم ومعظم هذه النظائر أقل من 10 دقائق. وللعنصر أيزومر نووي واحد.

ويتراوح الوزن الذري لنظائر الثوريوم من 212 وحدة كتل ذرية (212Th) إلى 236 (236Th)

الإحتياطات

يشتعل مسحوق فلز الثوريوم تلقائيا في الهواء, ولذا يجب التعامل معه بحرص شديد.

كما يزيد معدل إحتمال الإصابة بسرطان الرئة, والبنكرياس, والدم عند التعرض لدخان الثوريوم. كما أن تعرض الجسم من الداخل للثوريوم يؤدى لزيادة معدل الإصابة بأمراض الكبد. ولا يوجد للعنصر أى دور حيوي أخر معروف. شاهد أيضا ثوروتراست.

الثوريوم في الثقافة العامة

شاهد أيضا إستخدامات الثوريوم الخيالية. دافيد هان, والذى يطلق عليه "الفتى سكوت المشع", يقوم بإطلاق الثوريوم من خلال مصباح مع النيترونات لإنتاج كميات صغيرة من المواد الإنشطارية في ساحة بيته الخلفية. وكان عليه أن لا يقوم بتطوير عمله نظرا لإرتفاع مشتوى الإشعاع في البيوت المحيطة به.

وفى عام 1999, قامت مجموعة طلبة من جامعة شيكاغو بإنشاء مفاعل نووي صغير يعمل.

المراجع

وصلات خارجية

شاهد أيضا

المصادر

  1. ^ IAEA: Thorium fuel cycle — Potential benefits and challenges (PDF). pp. 45(table 8), 97(ref 78). 
  • ويكيبيديا الإنجليزية.