Tório
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Tório | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Pronúncia | / ˈ θ ɔːr i ə m / ( THOR -ee-əm ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aparência | prateado | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Peso atômico padrão A r °(Th) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Tório na tabela periódica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Número atômico ( Z ) | 90 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | grupos de blocos f (sem número) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Período | período 7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bloquear | bloco f | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuração eletrônica | [ Rn ] 6d 2 7s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elétrons por camada | 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fase em STP | sólido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ponto de fusão | 2023 K (1750 °C, 3182 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ponto de ebulição | 5061 K (4788 °C, 8650 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidade (a 20° C) | 11,725 g/cm3 [ 3] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor de fusão | 13,81 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor de vaporização | 514 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Capacidade de calor molar | 26,230 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pressão de vapor
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Propriedades atômicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidação | comum: +4 −1, [4] +1, ? +2, [5] +3 [5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eletronegatividade | Escala de Pauling: 1,3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energias de ionização |
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Raio atômico | empírico: 179,8 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio covalente | 206±18h | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Outras propriedades | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ocorrência natural | primordial | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estrutura cristalina | cúbica de face (fcc) ( cF4 ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Constante de rede | a = 508,45 pm (a 20 °C) [3] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Expansão térmica | 11,54 × 10 −6 /K (a 20 °C) [3] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Condutividade térmica | 54,0 W/(m2K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Resistividade elétrica | 157 nΩ⋅m (a 0 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ordenação magnética | paramagnético [6] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Suscetibilidade magnética molar | 132,0 × 10 −6 cm 3 /mol (293 K) [7] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de Young | 79 GPA | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de cisalhamento | 31 GPA | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de massa | 54 GPA | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocidade do som haste fina | 2490 m/s (a 20 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Razão de Poisson | 0,27 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza de Mohs | 3.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza Vickers | 295–685 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza Brinell | 390–1500 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número CAS | 7440-29-1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
História | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nomeação | depois de Thor , o deus nórdico do trovão | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Descoberta | Jöns Jakob Berzelius (1829) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos de tório | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Tório é um elemento químico . Ele tem o símbolo Th e número atômico 90. Tório é um metal prateado leve fracamente radioativo que mancha cinza-oliva quando exposto ao ar, formando dióxido de tório ; é moderadamente macio e maleável e tem um alto ponto de fusão . Tório é um actinídeo eletropositivo cuja química é dominada pelo estado de oxidação +4 ; é bastante reativo e pode inflamar no ar quando finamente dividido.
Todos os isótopos de tório conhecidos são instáveis. O isótopo mais estável, 232 Th , tem uma meia-vida de 14,05 bilhões de anos, ou aproximadamente a idade do universo ; ele decai muito lentamente via decaimento alfa , iniciando uma cadeia de decaimento chamada série de tório que termina em 208 Pb estável . Na Terra, tório e urânio são os únicos elementos sem isótopos estáveis ou quase estáveis que ainda ocorrem naturalmente em grandes quantidades como elementos primordiais . [a] Estima-se que o tório seja mais de três vezes mais abundante que o urânio na crosta terrestre, e é principalmente refinado de areias monazíticas como um subproduto da extração de metais de terras raras .
O tório foi descoberto em 1828 pelo mineralogista amador norueguês Morten Thrane Esmark e identificado pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius , que o nomeou em homenagem a Thor , o deus nórdico do trovão. Suas primeiras aplicações foram desenvolvidas no final do século XIX. A radioatividade do tório foi amplamente reconhecida durante as primeiras décadas do século XX. Na segunda metade do século, o tório foi substituído em muitos usos devido a preocupações sobre sua radioatividade.
O tório ainda está sendo usado como um elemento de liga em eletrodos de soldagem TIG , mas está sendo lentamente substituído no campo por diferentes composições. Também era material em óptica de ponta e instrumentação científica, usado em alguns tubos de vácuo de transmissão e como fonte de luz em mantos de gás , mas esses usos se tornaram marginais. Foi sugerido como um substituto para o urânio como combustível nuclear em reatores nucleares , e vários reatores de tório foram construídos. O tório também é usado no fortalecimento do magnésio , no revestimento de fios de tungstênio em equipamentos elétricos, no controle do tamanho do grão de tungstênio em lâmpadas elétricas , cadinhos de alta temperatura e vidros, incluindo lentes de câmeras e instrumentos científicos. Outros usos para o tório incluem cerâmicas resistentes ao calor, motores de aeronaves e lâmpadas . A ciência oceânica utilizou as razões de isótopos 231 Pa / 230 Th para entender o oceano antigo. [10]
Propriedades em massa
O tório é um metal actinídeo radioativo prateado brilhante, moderadamente macio, paramagnético , que pode ser dobrado ou moldado. Na tabela periódica , ele fica à direita do actínio , à esquerda do protactínio e abaixo do cério . O tório puro é muito dúctil e, como é normal para metais, pode ser laminado a frio , estampado e trefilado . [11] À temperatura ambiente, o metal tório tem uma estrutura cristalina cúbica de face centrada ; ele tem duas outras formas, uma em alta temperatura (acima de 1360 °C; cúbico de corpo centrado) e uma em alta pressão (em torno de 100 GPa; tetragonal de corpo centrado ). [11]
O metal tório tem um módulo de volume (uma medida de resistência à compressão de um material) de 54 GPa , aproximadamente o mesmo que o do estanho (58,2 GPa). O do alumínio é 75,2 GPa; o do cobre é 137,8 GPa; e o do aço macio é 160–169 GPa. [12] O tório é quase tão duro quanto o aço macio , então, quando aquecido, pode ser enrolado em folhas e transformado em fio. [13]
O tório é quase metade da densidade do urânio e do plutônio e é mais duro do que ambos. [ 13] Ele se torna supercondutor abaixo de 1,4 K. [11] O ponto de fusão do tório de 1750 °C está acima do do actínio (1227 °C) e do protactínio (1568 °C). No início do período 7 , do frâncio ao tório, os pontos de fusão dos elementos aumentam (como em outros períodos), porque o número de elétrons deslocalizados que cada átomo contribui aumenta de um no frâncio para quatro no tório, levando a uma maior atração entre esses elétrons e os íons metálicos à medida que sua carga aumenta de um para quatro. Após o tório, há uma nova tendência de queda nos pontos de fusão do tório para o plutônio , onde o número de elétrons f aumenta de cerca de 0,4 para cerca de 6: essa tendência é devido à crescente hibridização dos orbitais 5f e 6d e à formação de ligações direcionais resultando em estruturas cristalinas mais complexas e ligações metálicas enfraquecidas. [13] [14] (A contagem de elétrons f para o metal tório é um não inteiro devido a uma sobreposição 5f–6d.) [14] Entre os actinídeos até o califórnio , que podem ser estudados em quantidades de pelo menos miligramas, o tório tem os maiores pontos de fusão e ebulição e a segunda menor densidade; apenas o actínio é mais leve. O ponto de ebulição do tório de 4788 °C é o quinto mais alto entre todos os elementos com pontos de ebulição conhecidos. [b]
As propriedades do tório variam amplamente dependendo do grau de impurezas na amostra. A principal impureza é geralmente o dióxido de tório ThO 2 ); mesmo os espécimes de tório mais puros geralmente contêm cerca de um décimo de um por cento do dióxido. [11] Medições experimentais de sua densidade fornecem valores entre 11,5 e 11,66 g/cm 3 : estes são ligeiramente inferiores ao valor teoricamente esperado de 11,7 g/cm 3 calculado a partir dos parâmetros de rede do tório , talvez devido a vazios microscópicos formados no metal quando ele é fundido. [11] Esses valores ficam entre aqueles de seus vizinhos actínio (10,1 g/cm 3 ) e protactínio (15,4 g/cm 3 ), parte de uma tendência entre os primeiros actinídeos. [11]
O tório pode formar ligas com muitos outros metais. A adição de pequenas proporções de tório melhora a resistência mecânica do magnésio , e ligas de tório-alumínio têm sido consideradas como uma forma de armazenar tório em futuros reatores nucleares de tório propostos. O tório forma misturas eutéticas com crômio e urânio, e é completamente miscível tanto em estados sólidos quanto líquidos com seu congênere mais leve, cério. [11]
Isótopos
Todos os elementos, exceto dois, até o bismuto (elemento 83) têm um isótopo que é praticamente estável para todos os propósitos ("classicamente estável"), com as exceções sendo o tecnécio e o promécio (elementos 43 e 61). Todos os elementos do polônio (elemento 84) em diante são mensuravelmente radioativos . 232 Th é um dos dois nuclídeos além do bismuto (o outro é 238 U ) que têm meias-vidas medidas em bilhões de anos; sua meia-vida é de 14,05 bilhões de anos, cerca de três vezes a idade da Terra e um pouco mais longa que a idade do universo . Quatro quintos do tório presente na formação da Terra sobreviveram até o presente. [16] [17] [18] 232 Th é o único isótopo de tório que ocorre em quantidade na natureza. [16] Sua estabilidade é atribuída à sua subcamada nuclear fechada com 142 nêutrons. [19] [20] O tório tem uma composição isotópica terrestre característica, com peso atômico 232,0377 ± 0,0004 . [2] É um dos quatro elementos radioativos (junto com o bismuto, o protactínio e o urânio) que ocorrem em quantidades grandes o suficiente na Terra para que um peso atômico padrão seja determinado. [2]
Os núcleos de tório são suscetíveis à decadência alfa porque a força nuclear forte não consegue superar a repulsão eletromagnética entre seus prótons. [21] A decadência alfa de 232 Th inicia a cadeia de decaimento 4 n que inclui isótopos com um número de massa divisível por 4 (daí o nome; também é chamada de série de tório em homenagem ao seu progenitor). Esta cadeia de decaimentos alfa e beta consecutivos começa com a decadência de 232 Th para 228 Ra e termina em 208 Pb. [16] Qualquer amostra de tório ou seus compostos contém traços dessas filhas, que são isótopos de tálio , chumbo , bismuto, polônio, radônio , rádio e actínio. [16] Amostras naturais de tório podem ser quimicamente purificadas para extrair nuclídeos-filhas úteis, como 212 Pb, que é usado em medicina nuclear para terapia do câncer . [22] [23] O 227 Th (emissor alfa com meia-vida de 18,68 dias) também pode ser usado em tratamentos de câncer, como terapias alfa direcionadas . [24] [25] [26] O 232 Th também sofre fissão espontânea ocasionalmente em vez de decaimento alfa, e deixou evidências disso em seus minerais (como gás xenônio aprisionado formado como um produto de fissão), mas a meia-vida parcial desse processo é muito grande, acima de 10 21 anos, e o decaimento alfa predomina. [27] [28]

No total, 32 radioisótopos foram caracterizados, que variam em número de massa de 207 [29] a 238. [27] Depois do 232 Th, os mais estáveis deles (com respectivas meias-vidas) são 230 Th (75.380 anos), 229 Th (7.917 anos), 228 Th (1,92 anos), 234 Th (24,10 dias) e 227 Th (18,68 dias). Todos esses isótopos ocorrem na natureza como radioisótopos traços devido à sua presença nas cadeias de decaimento de 232 Th, 235 U, 238 U e 237 Np : o último deles está extinto há muito tempo na natureza devido à sua curta meia-vida (2,14 milhões de anos), mas é continuamente produzido em traços minúsculos da captura de nêutrons em minérios de urânio. Todos os isótopos de tório restantes têm meias-vidas inferiores a trinta dias e a maioria deles tem meias-vidas inferiores a dez minutos. [16] 233 Th (meia-vida de 22 minutos) ocorre naturalmente como resultado da ativação de nêutrons do 232 Th natural . [30] 226 Th (meia-vida de 31 minutos) ainda não foi observado na natureza, mas seria produzido pelo decaimento beta duplo ainda não observado do 226 Ra natural. [31]
Em águas profundas, o isótopo 230 Th constitui até0,02% de tório natural. [8] Isso ocorre porque seu pai 238 U é solúvel em água, mas 230 Th é insolúvel e precipita no sedimento. Minérios de urânio com baixas concentrações de tório podem ser purificados para produzir amostras de tório do tamanho de gramas, das quais mais de um quarto é o isótopo 230 Th, já que 230 Th é uma das filhas de 238 U. [27] A União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) reclassificou o tório como um elemento binuclídico em 2013; ele havia sido anteriormente considerado um elemento mononuclídico . [32]
O tório tem três isômeros nucleares conhecidos (ou estados metaestáveis), 216m1 Th, 216m2 Th e 229m Th. 229m Th tem a menor energia de excitação conhecida de qualquer isômero, [33] medida como7,6 ± 0,5 eV . Isso é tão baixo que quando sofre transição isomérica , a radiação gama emitida está na faixa ultravioleta . [34] [35] [c] A transição nuclear de 229 Th para 229m Th está sendo investigada para um relógio nuclear . [35]
Diferentes isótopos de tório são quimicamente idênticos, mas têm propriedades físicas ligeiramente diferentes: por exemplo, as densidades de 228 Th puro, 229 Th, 230 Th e 232 Th são esperadas respectivamente em 11,5, 11,6, 11,6 e 11,7 g/cm 3 . [37] Espera-se que o isótopo 229 Th seja fissionável com uma massa crítica nua de 2839 kg, embora com refletores de aço esse valor possa cair para 994 kg. [37] [d] 232 Th não é fissionável, mas é fértil , pois pode ser convertido em 233 U fissionável por captura de nêutrons e subsequente decaimento beta. [37] [38]
Datação radiométrica
Dois métodos de datação radiométrica envolvem isótopos de tório: datação urânio-tório , com base na decomposição de 234 U para 230 Th, e datação iônio-tório , que mede a proporção de 232 Th para 230 Th. [e] Eles se baseiam no fato de que 232 Th é um radioisótopo primordial, mas 230 Th ocorre apenas como um produto de decomposição intermediário na cadeia de decomposição de 238 U. [39] A datação urânio-tório é um processo de alcance relativamente curto devido às meias-vidas curtas de 234 U e 230 Th em relação à idade da Terra: também é acompanhado por um processo irmão envolvendo a decomposição alfa de 235 U em 231 Th, que rapidamente se torna o 231 Pa de vida mais longa, e esse processo é frequentemente usado para verificar os resultados da datação urânio-tório. A datação de urânio-tório é comumente usada para determinar a idade de materiais de carbonato de cálcio, como espeleotemas ou corais , porque o urânio é mais solúvel em água do que o tório e o protactínio, que são seletivamente precipitados em sedimentos do fundo do oceano , onde suas proporções são medidas. O esquema tem um alcance de várias centenas de milhares de anos. [39] [40] A datação de íon-tório é um processo relacionado, que explora a insolubilidade do tório ( 232 Th e 230 Th) e, portanto, sua presença em sedimentos oceânicos para datar esses sedimentos medindo a proporção de 232 Th para 230 Th. [41] [42] Ambos os métodos de datação assumem que a proporção de 230 Th para 232 Th é uma constante durante o período em que a camada de sedimento foi formada, que o sedimento ainda não continha tório antes das contribuições da decomposição do urânio e que o tório não pode migrar dentro da camada de sedimento. [41] [42]
Química
Um átomo de tório tem 90 elétrons, dos quais quatro são elétrons de valência . Quatro orbitais atômicos estão teoricamente disponíveis para os elétrons de valência ocuparem: 5f, 6d, 7s e 7p. [43] Apesar da posição do tório no bloco f da tabela periódica, ele tem uma configuração eletrônica anômala [Rn]6d 2 7s 2 no estado fundamental, pois as subcamadas 5f e 6d nos primeiros actinídeos são muito próximas em energia, ainda mais do que as subcamadas 4f e 5d dos lantanídeos: as subcamadas 6d do tório são mais baixas em energia do que suas subcamadas 5f, porque suas subcamadas 5f não são bem protegidas pelas subcamadas 6s e 6p preenchidas e são desestabilizadas. Isto é devido aos efeitos relativísticos , que se tornam mais fortes perto da parte inferior da tabela periódica, especificamente a interação relativística spin-órbita . A proximidade nos níveis de energia dos níveis de energia 5f, 6d e 7s do tório resulta no tório quase sempre perdendo todos os quatro elétrons de valência e ocorrendo em seu estado de oxidação mais alto possível de +4. Isto é diferente de seu congênere lantanídeo cério, no qual +4 também é o estado mais alto possível, mas +3 desempenha um papel importante e é mais estável. O tório é muito mais semelhante aos metais de transição zircônio e háfnio do que ao cério em suas energias de ionização e potenciais redox, e portanto também em sua química: este comportamento semelhante ao de um metal de transição é a norma na primeira metade da série de actinídeos, do actínio ao amerício. [44] [45] [46]

Apesar da configuração eletrônica anômala para átomos de tório gasoso, o tório metálico mostra envolvimento significativo de 5f. Um estado metálico hipotético de tório que tivesse a configuração [Rn]6d 2 7s 2 com os orbitais 5f acima do nível de Fermi deveria ser hexagonal compactado como os elementos do grupo 4 titânio, zircônio e háfnio, e não cúbico de face centrada como realmente é. A estrutura cristalina real só pode ser explicada quando os estados 5f são invocados, provando que o tório é metalurgicamente um verdadeiro actinídeo. [14]
Os compostos de tório tetravalentes são geralmente incolores ou amarelos, como os da prata ou do chumbo, pois o íon Th 4+ não possui elétrons 5f ou 6d. [13] A química do tório é, portanto, em grande parte a de um metal eletropositivo formando um único íon diamagnético com uma configuração estável de gás nobre, indicando uma semelhança entre o tório e os principais elementos do grupo do bloco s. [47] [f] O tório e o urânio são os elementos radioativos mais investigados porque sua radioatividade é baixa o suficiente para não exigir manuseio especial em laboratório. [48]
Reatividade
O tório é um metal altamente reativo e eletropositivo. Com um potencial de redução padrão de -1,90 V para o par Th 4+ /Th, é um pouco mais eletropositivo do que o zircônio ou o alumínio. [49] O metal de tório finamente dividido pode exibir piroforicidade , inflamando-se espontaneamente no ar. [11] Quando aquecido no ar, as aparas de tório inflamam e queimam com uma luz branca brilhante para produzir o dióxido. Em massa, a reação do tório puro com o ar é lenta, embora a corrosão possa ocorrer após vários meses; a maioria das amostras de tório está contaminada com vários graus de dióxido, o que acelera muito a corrosão. [11] Essas amostras mancham lentamente, tornando-se cinza e finalmente pretas na superfície. [11]
Em temperatura e pressão padrão , o tório é lentamente atacado pela água, mas não se dissolve facilmente na maioria dos ácidos comuns, com exceção do ácido clorídrico , onde se dissolve deixando um resíduo preto insolúvel de ThO(OH,Cl)H. [11] [50] Ele se dissolve em ácido nítrico concentrado contendo uma pequena quantidade de íons fluoreto catalítico ou fluorossilicato ; [11] [51] se estes não estiverem presentes, pode ocorrer passivação pelo nitrato, como com urânio e plutônio. [11] [52] [53]
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Compostos inorgânicos
A maioria dos compostos binários de tório com não metais pode ser preparada aquecendo os elementos juntos. [54] No ar, o tório queima para formar ThO 2 , que tem a estrutura de fluorita . [55] O dióxido de tório é um material refratário , com o ponto de fusão mais alto (3390 °C) de qualquer óxido conhecido. [56] É um tanto higroscópico e reage prontamente com água e muitos gases; [57] dissolve-se facilmente em ácido nítrico concentrado na presença de flúor. [58]
Quando aquecido no ar, o dióxido de tório emite luz azul intensa; a luz se torna branca quando ThO 2 é misturado com seu homólogo mais leve dióxido de cério ( CeO 2 , céria): esta é a base para sua aplicação comum anteriormente em mantos de gás . [57] Uma chama não é necessária para este efeito: em 1901, foi descoberto que um manto de gás Welsbach quente (usando ThO 2 com 1% de CeO 2 ) permanecia em "brilho total" quando exposto a uma mistura fria não inflamada de gás inflamável [ qual? ] e ar. [59] A luz emitida pelo dióxido de tório é maior em comprimento de onda do que a emissão de corpo negro esperada da incandescência na mesma temperatura, um efeito chamado candoluminescência . Isso ocorre porque ThO 2 : Ce atua como um catalisador para a recombinação de radicais livres que aparecem em alta concentração em uma chama, cuja desexcitação libera grandes quantidades de energia. A adição de 1% de dióxido de cério, como em mantos de gás, aumenta o efeito ao aumentar a emissividade na região visível do espectro; mas como o cério, ao contrário do tório, pode ocorrer em múltiplos estados de oxidação, sua carga e, portanto, a emissividade visível dependerão da região da chama em que se encontra (já que tais regiões variam em sua composição química e, portanto, em quão oxidantes ou redutoras são). [59]
Vários calcogenetos e oxicalcogenetos de tório binários também são conhecidos com enxofre , selênio e telúrio . [60]
Todos os quatro tetrahaletos de tório são conhecidos, assim como alguns brometos e iodetos de baixa valência: [61] os tetrahaletos são todos compostos higroscópicos coordenados em 8 que se dissolvem facilmente em solventes polares, como a água. [62] Muitos íons polihaletos relacionados também são conhecidos. [61] O tetrafluoreto de tório tem uma estrutura cristalina monoclínica como as do tetrafluoreto de zircônio e do tetrafluoreto de háfnio , onde os íons Th 4+ são coordenados com os íons F − em antiprismas quadrados um tanto distorcidos . [61] Os outros tetrahaletos, em vez disso, têm geometria dodecaédrica. [62] Os iodetos inferiores ThI 3 (preto) e ThI 2 (dourado) também podem ser preparados pela redução do tetraiodeto com metal de tório: eles não contêm Th(III) e Th(II), mas contêm Th 4+ e podem ser formulados mais claramente como compostos de eletreto . [61] Muitos haletos polinários com metais alcalinos, bário , tálio e amônio são conhecidos por fluoretos, cloretos e brometos de tório. [61] Por exemplo, quando tratado com fluoreto de potássio e ácido fluorídrico , Th 4+ forma o ânion complexo [ThF 6 ] 2− (hexafluorotorato(IV)), que precipita como um sal insolúvel, K 2 [ThF 6 ] (hexafluorotorato(IV) de potássio). [51]
Boretos, carbonetos, silicietos e nitretos de tório são materiais refratários, como os de urânio e plutônio, e, portanto, receberam atenção como possíveis combustíveis nucleares . [54] Todos os quatro pnictogênios mais pesados ( fósforo , arsênio , antimônio e bismuto) também formam compostos binários de tório. Germanetos de tório também são conhecidos. [63] O tório reage com o hidrogênio para formar os hidretos de tório ThH 2 e Th 4 H 15 , o último dos quais é supercondutor abaixo de 7,5–8 K; em temperatura e pressão padrão, ele conduz eletricidade como um metal. [64] Os hidretos são termicamente instáveis e se decompõem facilmente após exposição ao ar ou à umidade. [65]

Compostos de coordenação
Em uma solução aquosa ácida, o tório ocorre como o íon aqua tetrapositivo [Th(H 2 O) 9 ] 4+ , que tem geometria molecular prismática trigonal tricapada : [66] [67] em pH < 3, as soluções de sais de tório são dominadas por este cátion. [66] O íon Th 4+ é o maior dos íons actinídeos tetrapositivos e, dependendo do número de coordenação, pode ter um raio entre 0,95 e 1,14 Å. [66] É bastante ácido devido à sua alta carga, ligeiramente mais forte que o ácido sulfuroso : portanto, tende a sofrer hidrólise e polimerização (embora em menor extensão que o Fe 3+ ), predominantemente para [Th 2 (OH) 2 ] 6+ em soluções com pH 3 ou abaixo, mas em soluções mais alcalinas a polimerização continua até que o hidróxido gelatinoso Th(OH) 4 se forme e precipite (embora o equilíbrio possa levar semanas para ser alcançado, porque a polimerização geralmente desacelera antes da precipitação). [68] Como um ácido de Lewis duro , o Th 4+ favorece ligantes duros com átomos de oxigênio como doadores: complexos com átomos de enxofre como doadores são menos estáveis e mais propensos à hidrólise. [44]
Altos números de coordenação são a regra para o tório devido ao seu grande tamanho. O nitrato de tório penta-hidratado foi o primeiro exemplo conhecido de número de coordenação 11, o oxalato tetra-hidratado tem número de coordenação 10, e o boro-hidreto (preparado pela primeira vez no Projeto Manhattan ) tem número de coordenação 14. [68] Esses sais de tório são conhecidos por sua alta solubilidade em água e solventes orgânicos polares. [13]
Muitos outros compostos inorgânicos de tório com ânions poliatômicos são conhecidos, como os percloratos , sulfatos , sulfitos , nitratos, carbonatos, fosfatos , vanadatos , molibdatos e cromatos , e suas formas hidratadas. [69] Eles são importantes na purificação do tório e no descarte de resíduos nucleares, mas a maioria deles ainda não foi totalmente caracterizada, especialmente em relação às suas propriedades estruturais. [69] Por exemplo, o nitrato de tório é produzido pela reação do hidróxido de tório com ácido nítrico: é solúvel em água e álcoois e é um intermediário importante na purificação do tório e seus compostos. [69] Os complexos de tório com ligantes orgânicos, como oxalato , citrato e EDTA , são muito mais estáveis. Em águas naturais contendo tório, os complexos orgânicos de tório geralmente ocorrem em concentrações ordens de magnitude maiores do que os complexos inorgânicos, mesmo quando as concentrações de ligantes inorgânicos são muito maiores do que as de ligantes orgânicos. [66]

Em janeiro de 2021, a aromaticidade foi observada em um grande ânion de aglomerado metálico consistindo de 12 átomos de bismuto estabilizados por um cátion de tório central. [70] Este composto mostrou-se surpreendentemente estável, ao contrário de muitos aglomerados metálicos aromáticos conhecidos anteriormente .
Compostos organotório
A maior parte do trabalho sobre compostos organotório tem se concentrado nos complexos ciclopentadienil e ciclooctatetraenils . Como muitos dos actinídeos iniciais e médios (até o amerício , e também esperado para o cúrio ), o tório forma um complexo ciclooctatetraenídeo: o Th(C8H8 ) 2 amarelo , toroceno . É isotípico com o composto de urânio análogo mais conhecido, uranoceno . [ 71] Pode ser preparado pela reação de K2C8H8 com tetracloreto de tório em tetrahidrofurano ( THF ) à temperatura de gelo seco , ou pela reação de tetrafluoreto de tório com MgC8H8 . [71] É instável no ar e se decompõe em água ou a 190 ° C . [71] Compostos de meio sanduíche também são conhecidos, como (η 8 -C 8 H 8 )ThCl 2 (THF) 2 , que tem uma estrutura de piano-fezes e é feito pela reação de toroceno com tetracloreto de tório em tetrahidrofurano. [44]
Os mais simples dos ciclopentadienilos são Th(C 5 H 5 ) 3 e Th(C 5 H 5 ) 4 : muitos derivados são conhecidos. O primeiro (que tem duas formas, uma roxa e uma verde) [71] é um raro exemplo de tório no estado de oxidação formal +3; [72] um estado de oxidação formal +2 ocorre em um derivado. [73] O derivado de cloreto [Th(C 5 H 5 ) 3 Cl] é preparado pelo aquecimento de tetracloreto de tório com KC 5 H 5 limitante usado (outros ciclopentadienilos de metal univalente também podem ser usados). Os derivados de alquila e arila são preparados a partir do derivado de cloreto e têm sido usados para estudar a natureza da ligação sigma Th–C . [72]
Outros compostos organotório não são bem estudados. Tetrabenziltório, Th(CH 2 C 6 H 5 ) 4 , e tetraaliltório, Th(CH 2 CH=CH 2 ) 4 , são conhecidos, mas suas estruturas não foram determinadas. Eles se decompõem lentamente à temperatura ambiente. O tório forma o ânion prismático trigonal monocapped [Th(CH 3 ) 7 ] 3− , heptametiltorato(IV), que forma o sal [Li(tmeda)] 3 [Th(CH 3 ) 7 ] (tmeda = (CH 3 ) 2 NCH 2 CH 2 N(CH 3 ) 2 ). Embora um grupo metil esteja ligado apenas ao átomo de tório (distância Th–C 257,1 pm) e os outros seis conectem os átomos de lítio e tório (distâncias Th–C 265,5–276,5 pm), eles se comportam de forma equivalente em solução. O tetrametiltório, Th(CH 3 ) 4 , não é conhecido, mas seus adutos são estabilizados por ligantes de fosfina . [44]
Ocorrência
Formação
232 Th é um nuclídeo primordial, existindo em sua forma atual por mais de dez bilhões de anos; foi formado durante o processo r , que provavelmente ocorre em supernovas e fusões de estrelas de nêutrons . Esses eventos violentos o espalharam pela galáxia. [74] [75] A letra "r" significa "captura rápida de nêutrons" e ocorre em supernovas de colapso de núcleo, onde núcleos de sementes pesadas, como 56 Fe , capturam rapidamente nêutrons, correndo contra a linha de gotejamento de nêutrons , pois os nêutrons são capturados muito mais rápido do que os nuclídeos resultantes podem decair beta de volta à estabilidade. A captura de nêutrons é a única maneira das estrelas sintetizarem elementos além do ferro por causa das barreiras de Coulomb aumentadas que dificultam as interações entre partículas carregadas em números atômicos altos e o fato de que a fusão além de 56 Fe é endotérmica . [76] Por causa da perda abrupta de estabilidade após 209 Bi, o processo r é o único processo de nucleossíntese estelar que pode criar tório e urânio; todos os outros processos são muito lentos e os núcleos intermediários sofrem decaimento alfa antes de capturar nêutrons suficientes para atingir esses elementos. [74] [77] [78]
Abundância
No universo, o tório está entre os mais raros dos elementos primordiais, na posição 77 em abundância cósmica [74] [79] porque é um dos dois elementos que podem ser produzidos apenas no processo r (o outro é o urânio) e também porque vem decaindo lentamente desde o momento em que se formou. Os únicos elementos primordiais mais raros que o tório são o túlio , o lutécio , o tântalo e o rênio, os elementos ímpares logo antes do terceiro pico de abundâncias do processo r em torno dos metais pesados do grupo da platina, bem como o urânio. [74] [76] [g] No passado distante, as abundâncias de tório e urânio foram enriquecidas pela decadência dos isótopos de plutônio e cúrio, e o tório foi enriquecido em relação ao urânio pela decadência de 236 U para 232 Th e o esgotamento natural de 235 U, mas essas fontes decaíram há muito tempo e não contribuem mais. [80]
Na crosta terrestre, o tório é muito mais abundante: com uma abundância de 8,1 g/ tonelada , é um dos elementos pesados mais abundantes, quase tão abundante quanto o chumbo (13 g/tonelada) e mais abundante que o estanho (2,1 g/tonelada). [81] Isso ocorre porque o tório provavelmente forma minerais de óxido que não afundam no núcleo; é classificado como litófilo pela classificação de Goldschmidt , o que significa que geralmente é encontrado combinado com oxigênio. Os compostos comuns de tório também são pouco solúveis em água. Assim, embora os elementos refratários tenham as mesmas abundâncias relativas na Terra que no Sistema Solar como um todo, há mais tório acessível do que metais pesados do grupo da platina na crosta. [82]

Na Terra
O tório natural é geralmente quase puro 232 Th, que é o isótopo de tório mais duradouro e estável, tendo uma meia-vida comparável à idade do universo. [27] Sua decadência radioativa é o maior contribuinte individual para o calor interno da Terra ; os outros principais contribuintes são os radionuclídeos primordiais de vida mais curta, que são 238 U, 40 K e 235 U em ordem decrescente de sua contribuição. (Na época da formação da Terra, 40 K e 235 U contribuíram muito mais em virtude de suas meias-vidas curtas, mas eles decaíram mais rapidamente, deixando a contribuição de 232 Th e 238 U predominante.) [87] Sua decadência é responsável por uma diminuição gradual do conteúdo de tório da Terra: o planeta atualmente tem cerca de 85% da quantidade presente na formação da Terra. [56] Os outros isótopos naturais de tório têm vida muito mais curta; deles, apenas 230 Th é geralmente detectável, ocorrendo em equilíbrio secular com seu pai 238 U e constituindo no máximo 0,04% do tório natural. [27] [h]
O tório ocorre apenas como um constituinte menor da maioria dos minerais e, por esse motivo, era considerado raro. [89] [90] Na verdade, é o 37º elemento mais abundante na crosta terrestre, com uma abundância de 12 partes por milhão. [91] Na natureza, o tório ocorre no estado de oxidação +4, junto com o urânio (IV), zircônio (IV), háfnio (IV) e cério (IV), e também com o escândio , o ítrio e os lantanídeos trivalentes que têm raios iônicos semelhantes . [89] Devido à radioatividade do tório, os minerais que o contêm são frequentemente metamíticos (amorfos), tendo sua estrutura cristalina sido danificada pela radiação alfa produzida pelo tório. [92] Um exemplo extremo é a ecanita , (Ca, Fe, Pb) 2 (Th, U) Si 8 O 20 , que quase nunca ocorre na forma não metamítica devido ao tório que contém. [93]
Monazita (principalmente fosfatos de vários elementos de terras raras) é a fonte comercial mais importante de tório porque ocorre em grandes depósitos em todo o mundo, principalmente na Índia, África do Sul, Brasil, Austrália e Malásia . Ela contém cerca de 2,5% de tório em média, embora alguns depósitos possam conter até 20%. [89] [94] Monazita é um mineral quimicamente não reativo que é encontrado como areia amarela ou marrom; sua baixa reatividade torna difícil extrair tório dela. [89] Alanita (principalmente silicatos-hidróxidos de vários metais) pode ter 0,1–2% de tório e zircão (principalmente silicato de zircônio , ZrSiO 4 ) até 0,4% de tório. [89]
O dióxido de tório ocorre como o raro mineral torianita . Devido à sua isotipia com o dióxido de urânio , esses dois dióxidos de actinídeo comuns podem formar soluções de estado sólido e o nome do mineral muda de acordo com o conteúdo de ThO 2 . [89] [i] A torita (principalmente silicato de tório, ThSiO 4 ), também tem um alto conteúdo de tório e é o mineral no qual o tório foi descoberto pela primeira vez. [89] Em minerais de silicato de tório, o Th 4+ e o SiO 4-4Os íons são frequentemente substituídos por M 3+ (onde M = Sc, Y ou Ln) e fosfato ( PO3−4) íons respectivamente. [89] Devido à grande insolubilidade do dióxido de tório, o tório geralmente não se espalha rapidamente pelo ambiente quando liberado. O íon Th 4+ é solúvel, especialmente em solos ácidos, e em tais condições a concentração de tório pode ser maior. [56]
História

Relatório errôneo
Em 1815, o químico sueco Jöns Jacob Berzelius analisou uma amostra incomum de gadolinita de uma mina de cobre em Falun , centro da Suécia. Ele notou traços impregnados de um mineral branco, que ele cautelosamente assumiu ser uma terra ( óxido na nomenclatura química moderna) de um elemento desconhecido. Berzelius já havia descoberto dois elementos, cério e selênio , mas cometeu um erro público uma vez, anunciando um novo elemento, gahnium , que acabou sendo óxido de zinco . [96] Berzelius nomeou privadamente o suposto elemento "tório" em 1817 [97] e seu suposto óxido "thorina" em homenagem a Thor , o deus nórdico do trovão. [98] Em 1824, após mais depósitos do mesmo mineral em Vest-Agder , Noruega, terem sido descobertos, ele retratou suas descobertas, pois o mineral (mais tarde denominado xenotime ) provou ser principalmente ortofosfato de ítrio . [38] [96] [99] [100]
Descoberta
Em 1828, Morten Thrane Esmark encontrou um mineral preto na ilha de Løvøya , condado de Telemark , Noruega. Ele era um padre norueguês e mineralogista amador que estudou os minerais em Telemark, onde atuou como vigário . Ele geralmente enviava os espécimes mais interessantes, como este, para seu pai, Jens Esmark , um notável mineralogista e professor de mineralogia e geologia na Royal Frederick University em Christiania (hoje chamada de Oslo ). [101] O velho Esmark determinou que não era um mineral conhecido e enviou uma amostra para Berzelius para exame. Berzelius determinou que continha um novo elemento. [38] Ele publicou suas descobertas em 1829, tendo isolado uma amostra impura reduzindo K[ThF 5 ] (pentafluorotorato de potássio(IV)) com potássio metálico. [102] [103] [104] Berzelius reutilizou o nome da suposta descoberta anterior do elemento [102] [105] e nomeou o mineral fonte de torita. [38]

Berzelius fez algumas caracterizações iniciais do novo metal e seus compostos químicos: ele determinou corretamente que a razão de massa de tório-oxigênio do óxido de tório era 7,5 (seu valor real é próximo a isso, ~7,3), mas ele assumiu que o novo elemento era divalente em vez de tetravalente, e então calculou que a massa atômica era 7,5 vezes a do oxigênio (120 amu ); na verdade é 15 vezes maior. [j] Ele determinou que o tório era um metal muito eletropositivo , à frente do cério e atrás do zircônio em eletropositividade. [106] O tório metálico foi isolado pela primeira vez em 1914 pelos empreendedores holandeses Dirk Lely Jr. e Lodewijk Hamburger. [k]
Classificação química inicial
Na tabela periódica publicada por Dmitri Mendeleev em 1869, o tório e os elementos de terras raras foram colocados fora do corpo principal da tabela, no final de cada período vertical após os metais alcalino-terrosos . Isso refletia a crença naquela época de que o tório e os metais de terras raras eram divalentes. Com o reconhecimento posterior de que as terras raras eram principalmente trivalentes e o tório era tetravalente, Mendeleev moveu o cério e o tório para o grupo IV em 1871, que também continha o moderno grupo carbono (grupo 14) e o grupo titânio (grupo 4), porque seu estado máximo de oxidação era +4. [109] [110] O cério foi logo removido do corpo principal da tabela e colocado em uma série separada de lantanídeos; o tório foi deixado com o grupo 4, pois tinha propriedades semelhantes aos seus supostos congêneres mais leves naquele grupo, como titânio e zircônio. [111] [l]
Primeiros usos
Embora o tório tenha sido descoberto em 1828, sua primeira aplicação data apenas de 1885, quando o químico austríaco Carl Auer von Welsbach inventou o manto de gás , uma fonte portátil de luz que produz luz a partir da incandescência do óxido de tório quando aquecido pela queima de combustíveis gasosos. [38] Muitas aplicações foram posteriormente encontradas para o tório e seus compostos, incluindo cerâmicas, lâmpadas de arco de carbono, cadinhos resistentes ao calor e como catalisadores para reações químicas industriais, como a oxidação de amônia em ácido nítrico. [112]
Radioatividade
O tório foi observado pela primeira vez como radioativo em 1898, pelo químico alemão Gerhard Carl Schmidt e mais tarde naquele ano, independentemente, pela física polonesa-francesa Marie Curie . Foi o segundo elemento que foi considerado radioativo, após a descoberta da radioatividade no urânio em 1896 pelo físico francês Henri Becquerel . [113] [114] [115] A partir de 1899, o físico neozelandês Ernest Rutherford e o engenheiro elétrico americano Robert Bowie Owens estudaram a radiação do tório; observações iniciais mostraram que ela variava significativamente. Foi determinado que essas variações vinham de uma filha gasosa de curta duração do tório, que eles descobriram ser um novo elemento. Este elemento agora é chamado de radônio , o único dos raros radioelementos a ser descoberto na natureza como filha do tório em vez do urânio. [116]
Após contabilizar a contribuição do radônio, Rutherford, agora trabalhando com o físico britânico Frederick Soddy , mostrou como o tório decaiu a uma taxa fixa ao longo do tempo em uma série de outros elementos em trabalhos que datam de 1900 a 1903. Essa observação levou à identificação da meia-vida como um dos resultados dos experimentos com partículas alfa que levaram à teoria da desintegração da radioatividade . [117] O efeito biológico da radiação foi descoberto em 1903. [118] O fenômeno recém-descoberto da radioatividade entusiasmou cientistas e o público em geral. Na década de 1920, a radioatividade do tório foi promovida como uma cura para reumatismo , diabetes e impotência sexual . Em 1932, a maioria desses usos foi proibida nos Estados Unidos após uma investigação federal sobre os efeitos da radioatividade na saúde. [119] 10.000 indivíduos nos Estados Unidos foram injetados com tório durante o diagnóstico de raios X; mais tarde descobriu-se que sofriam de problemas de saúde como leucemia e cromossomos anormais. [56] O interesse público pela radioatividade havia diminuído no final da década de 1930. [119]

Classificação adicional
Até o final do século XIX, os químicos concordavam unanimemente que o tório e o urânio eram os membros mais pesados do grupo 4 e do grupo 6, respectivamente; a existência dos lantanídeos na sexta linha era considerada um acaso isolado. Em 1892, o químico britânico Henry Bassett postulou uma segunda linha extra longa da tabela periódica para acomodar elementos conhecidos e não descobertos, considerando o tório e o urânio análogos aos lantanídeos. Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr publicou um modelo teórico do átomo e seus orbitais de elétrons, que logo obteve ampla aceitação. O modelo indicava que a sétima linha da tabela periódica também deveria ter camadas f preenchidas antes das camadas d que eram preenchidas nos elementos de transição, como a sexta linha com os lantanídeos precedendo os metais de transição 5d. [109] A existência de uma segunda série de transição interna, na forma dos actinídeos, não foi aceita até que as semelhanças com as estruturas eletrônicas dos lantanídeos fossem estabelecidas; [120] Bohr sugeriu que o preenchimento dos orbitais 5f pode ser adiado para depois do urânio. [109]
Foi somente com a descoberta dos primeiros elementos transurânicos , que a partir do plutônio em diante têm estados de oxidação dominantes +3 e +4 como os lantanídeos, que se percebeu que os actinídeos estavam de fato preenchendo orbitais f em vez de orbitais d, com a química semelhante à dos metais de transição dos primeiros actinídeos sendo a exceção e não a regra. [121] Em 1945, quando o físico americano Glenn T. Seaborg e sua equipe descobriram os elementos transurânicos amerício e cúrio, ele propôs o conceito de actinídeo , percebendo que o tório era o segundo membro de uma série de actinídeos do bloco f análoga aos lantanídeos, em vez de ser o congênere mais pesado do háfnio em uma quarta linha do bloco d. [111] [m]
Eliminação gradual
Na década de 1990, a maioria das aplicações que não dependem da radioatividade do tório declinou rapidamente devido a preocupações de segurança e ambientais, à medida que substitutos adequados e mais seguros foram encontrados. [38] [124] Apesar de sua radioatividade, o elemento permaneceu em uso para aplicações onde nenhuma alternativa adequada pôde ser encontrada. Um estudo de 1981 do Laboratório Nacional de Oak Ridge nos Estados Unidos estimou que usar um manto de gás de tório todo fim de semana seria seguro para uma pessoa, [124] mas esse não foi o caso da dose recebida por pessoas que fabricavam os mantos ou para os solos ao redor de alguns locais de fábrica. [125] Alguns fabricantes mudaram para outros materiais, como o ítrio. [126] Ainda em 2007, algumas empresas continuaram a fabricar e vender mantos de tório sem fornecer informações adequadas sobre sua radioatividade, com algumas até mesmo alegando falsamente que eles não eram radioativos. [124] [127]
Potência nuclear

O tório tem sido usado como fonte de energia em escala de protótipo. O primeiro reator baseado em tório foi construído no Indian Point Energy Center localizado em Buchanan , Nova York, Estados Unidos em 1962. [128] A China pode ser a primeira a ter uma chance de comercializar a tecnologia. [129] O país com as maiores reservas estimadas de tório no mundo é a Índia , que tem reservas esparsas de urânio. Na década de 1950, a Índia tinha como objetivo alcançar a independência energética com seu programa de energia nuclear de três estágios . [130] [131] Na maioria dos países, o urânio era relativamente abundante e o progresso dos reatores baseados em tório era lento; no século XX, três reatores foram construídos na Índia e doze em outros lugares. [132] A pesquisa em larga escala foi iniciada em 1996 pela Agência Internacional de Energia Atômica para estudar o uso de reatores de tório; um ano depois, o Departamento de Energia dos Estados Unidos iniciou sua pesquisa. Alvin Radkowsky da Universidade de Tel Aviv em Israel foi o projetista chefe da Usina Atômica de Shippingport na Pensilvânia, o primeiro reator civil americano a produzir tório. [133] Ele fundou um consórcio para desenvolver reatores de tório, que incluía outros laboratórios: Raytheon Nuclear Inc. e Brookhaven National Laboratory nos Estados Unidos, e o Instituto Kurchatov na Rússia. [134]
No século XXI, o potencial do tório para reduzir a proliferação nuclear e suas características de resíduos levaram a um interesse renovado no ciclo do combustível de tório. [135] [136] [137] A Índia projetou atender até 30% de suas demandas elétricas por meio de energia nuclear baseada em tório até 2050. Em fevereiro de 2014, o Bhabha Atomic Research Centre (BARC), em Mumbai , Índia, apresentou seu mais recente projeto para um "reator nuclear de próxima geração" que queima tório como seu núcleo de combustível, chamando-o de Advanced Heavy Water Reactor (AHWR). Em 2009, o presidente da Comissão Indiana de Energia Atômica disse que a Índia tem uma "meta objetiva de longo prazo de se tornar independente de energia com base em seus vastos recursos de tório".
Em 16 de junho de 2023, a Administração Nacional de Segurança Nuclear da China emitiu uma licença para o Instituto de Física Aplicada de Xangai (SINAP) da Academia Chinesa de Ciências para começar a operar o TMSR-LF1 , reator experimental de sal fundido à base de tório de combustível líquido de 2 MWt, que foi concluído em agosto de 2021. [138] Acredita-se que a China tenha uma das maiores reservas de tório do mundo. O tamanho exato dessas reservas não foi divulgado publicamente, mas estima-se que seja o suficiente para atender às necessidades totais de energia do país por mais de 20.000 anos. [139]
Armas nucleares
Quando quantidades de plutônio em gramas foram produzidas pela primeira vez no Projeto Manhattan , foi descoberto que um isótopo menor ( 240 Pu ) sofreu fissão espontânea significativa, o que colocou em questão a viabilidade de uma arma nuclear do tipo canhão alimentada por plutônio . Enquanto a equipe de Los Alamos começou a trabalhar na arma do tipo implosão para contornar esse problema, a equipe de Chicago discutiu soluções de projeto de reator. Eugene Wigner propôs usar o plutônio contaminado com 240 Pu para conduzir a conversão de tório em 233 U em um reator conversor especial. Foi levantada a hipótese de que o 233 U seria então utilizável em uma arma do tipo canhão, embora preocupações sobre a contaminação de 232 U tenham sido expressas. O progresso na arma de implosão foi suficiente, e esse conversor não foi desenvolvido mais, mas o projeto teve enorme influência no desenvolvimento da energia nuclear. Foi a primeira descrição detalhada de um reator resfriado a água altamente enriquecido e moderado a água, semelhante aos futuros reatores de energia navais e comerciais. [140]
Durante a Guerra Fria, os Estados Unidos exploraram a possibilidade de usar 232 Th como fonte de 233 U para ser usado em uma bomba nuclear ; eles dispararam uma bomba de teste em 1955. [141] Eles concluíram que uma bomba disparada por 233 U seria uma arma muito potente, mas tinha poucas "vantagens técnicas" sustentáveis sobre as bombas contemporâneas de urânio-plutônio, [142] especialmente porque o 233 U é difícil de produzir na forma isotopicamente pura. [141]
O metal tório foi usado no caso de radiação de pelo menos um projeto de arma nuclear implantado pelos Estados Unidos (o W71 ). [143]
Produção
País | Reservas |
---|---|
Índia | 846 |
Brasil | 632 |
Austrália | 595 |
Estados Unidos | 595 |
Egito | 380 |
Peru | 374 |
Venezuela | 300 |
Canadá | 172 |
Rússia | 155 |
África do Sul | 148 |
China | 100 |
Noruega | 87 |
Groenlândia | 86 |
Finlândia | 60 |
Suécia | 50 |
Cazaquistão | 50 |
Outros países | 1725 |
Total mundial | 6355 |
A baixa demanda faz com que as minas em atividade para extração de tório sozinho não sejam lucrativas, e ele é quase sempre extraído com as terras raras, que podem ser subprodutos da produção de outros minerais. [144] A dependência atual da monazita para produção se deve ao fato de o tório ser amplamente produzido como um subproduto; outras fontes, como a torita, contêm mais tório e poderiam ser facilmente usadas para produção se a demanda aumentasse. [145] O conhecimento atual da distribuição dos recursos de tório é pobre, pois a baixa demanda levou a que os esforços de exploração fossem relativamente menores. [146] Em 2014, a produção mundial do concentrado de monazita, do qual o tório seria extraído, foi de 2.700 toneladas. [147]
A rota comum de produção de tório constitui a concentração de minerais de tório; extração de tório do concentrado; purificação de tório; e (opcionalmente) conversão em compostos, como dióxido de tório. [148]
Concentração
Existem duas categorias de minerais de tório para extração de tório: primário e secundário. Os depósitos primários ocorrem em magmas graníticos ácidos e pegmatitos. Eles são concentrados, mas de tamanho pequeno. Os depósitos secundários ocorrem na foz dos rios em regiões de montanhas graníticas. Nesses depósitos, o tório é enriquecido junto com outros minerais pesados. [49] A concentração inicial varia com o tipo de depósito. [148]
Para os depósitos primários, os pegmatitos de origem, que geralmente são obtidos por mineração, são divididos em pequenas partes e então passam por flotação . Carbonatos de metais alcalino-terrosos podem ser removidos após reação com cloreto de hidrogênio ; então seguem espessamento , filtração e calcinação. O resultado é um concentrado com teor de terras raras de até 90%. [148] Materiais secundários (como areias costeiras) passam por separação por gravidade. Separação magnética segue, com uma série de ímãs de força crescente. A monazita obtida por este método pode ser tão pura quanto 98%. [148]
A produção industrial no século XX dependia do tratamento com ácido sulfúrico quente e concentrado em vasos de ferro fundido, seguido de precipitação seletiva por diluição com água, como nas etapas subsequentes. Este método dependia das especificidades da técnica e do tamanho do grão do concentrado; muitas alternativas foram propostas, mas apenas uma se mostrou economicamente eficaz: a digestão alcalina com solução quente de hidróxido de sódio. Este é mais caro do que o método original, mas produz uma pureza maior de tório; em particular, remove fosfatos do concentrado. [148]
Digestão ácida
A digestão ácida é um processo de dois estágios, envolvendo o uso de até 93% de ácido sulfúrico a 210–230 °C. Primeiro, ácido sulfúrico em excesso de 60% da massa de areia é adicionado, engrossando a mistura de reação à medida que os produtos são formados. Em seguida, ácido sulfúrico fumegante é adicionado e a mistura é mantida na mesma temperatura por mais cinco horas para reduzir o volume de solução restante após a diluição. A concentração do ácido sulfúrico é selecionada com base na taxa de reação e na viscosidade, que aumentam com a concentração, embora a viscosidade retarde a reação. Aumentar a temperatura também acelera a reação, mas temperaturas de 300 °C e acima devem ser evitadas, porque causam a formação de pirofosfato de tório insolúvel. Como a dissolução é muito exotérmica, a areia monazítica não pode ser adicionada ao ácido muito rapidamente. Por outro lado, em temperaturas abaixo de 200 °C, a reação não ocorre rápido o suficiente para que o processo seja prático. Para garantir que não se formem precipitados para bloquear a superfície reativa da monazita, a massa de ácido usada deve ser o dobro da areia, em vez dos 60% que seriam esperados pela estequiometria. A mistura é então resfriada a 70 °C e diluída com dez vezes seu volume de água fria, de modo que qualquer monazita restante afunde no fundo enquanto as terras raras e o tório permanecem em solução. O tório pode então ser separado precipitando-o como fosfato a pH 1,3, uma vez que as terras raras não precipitam até pH 2. [148]
Digestão alcalina
A digestão alcalina é realizada em solução de hidróxido de sódio de 30–45% a cerca de 140 °C por cerca de três horas. Uma temperatura muito alta leva à formação de óxido de tório pouco solúvel e um excesso de urânio no filtrado, e uma concentração muito baixa de álcali leva a uma reação muito lenta. Essas condições de reação são bastante suaves e requerem areia monazítica com um tamanho de partícula abaixo de 45 μm. Após a filtração, o bolo do filtro inclui tório e terras raras como seus hidróxidos, urânio como diuranato de sódio e fosfato como fosfato trissódico . Isso cristaliza o fosfato trissódico deca-hidratado quando resfriado abaixo de 60 °C; as impurezas de urânio neste produto aumentam com a quantidade de dióxido de silício na mistura de reação, necessitando de recristalização antes do uso comercial. Os hidróxidos são dissolvidos a 80 °C em ácido clorídrico a 37%. A filtração dos precipitados restantes seguida pela adição de 47% de hidróxido de sódio resulta na precipitação de tório e urânio em cerca de pH 5,8. A secagem completa do precipitado deve ser evitada, pois o ar pode oxidar o cério do estado de oxidação +3 para +4, e o cério (IV) formado pode liberar cloro livre do ácido clorídrico. As terras raras novamente precipitam em pH mais alto. Os precipitados são neutralizados pela solução original de hidróxido de sódio, embora a maior parte do fosfato deva primeiro ser removida para evitar a precipitação de fosfatos de terras raras. A extração por solvente também pode ser usada para separar o tório e o urânio, dissolvendo o bolo de filtro resultante em ácido nítrico. A presença de hidróxido de titânio é prejudicial, pois liga o tório e impede que ele se dissolva completamente. [148]
Purificação
Altas concentrações de tório são necessárias em aplicações nucleares. Em particular, as concentrações de átomos com altas seções transversais de captura de nêutrons devem ser muito baixas (por exemplo, as concentrações de gadolínio devem ser menores que uma parte por milhão em peso). Anteriormente, a dissolução e a recristalização repetidas eram usadas para atingir alta pureza. Hoje, procedimentos de extração de solvente líquido envolvendo complexação seletiva de Th 4+ são usados. Por exemplo, após a digestão alcalina e a remoção de fosfato, os complexos de nitrato resultantes de tório, urânio e terras raras podem ser separados por extração com fosfato de tributila em querosene . [148]
Aplicações modernas
Os usos do tório não relacionados com a radioactividade têm vindo a diminuir desde a década de 1950 [149] devido a preocupações ambientais decorrentes, em grande parte, da radioactividade do tório e dos seus produtos de decaimento. [38] [124]
A maioria das aplicações de tório usa seu dióxido (às vezes chamado de "tório" na indústria), em vez do metal. Este composto tem um ponto de fusão de 3300 °C (6000 °F), o mais alto de todos os óxidos conhecidos; apenas algumas substâncias têm pontos de fusão mais altos. [56] Isso ajuda o composto a permanecer sólido em uma chama e aumenta consideravelmente o brilho da chama; esta é a principal razão pela qual o tório é usado em mantos de lâmpadas a gás . [150] Todas as substâncias emitem energia (brilho) em altas temperaturas, mas a luz emitida pelo tório está quase toda no espectro visível , daí o brilho dos mantos de tório. [59]
Energia, parte dela na forma de luz visível, é emitida quando o tório é exposto a uma fonte de energia em si, como um raio catódico, calor ou luz ultravioleta . Esse efeito é compartilhado pelo dióxido de cério, que converte luz ultravioleta em luz visível de forma mais eficiente, mas o dióxido de tório fornece uma temperatura de chama mais alta, emitindo menos luz infravermelha . [150] O tório em mantos, embora ainda comum, foi progressivamente substituído pelo ítrio desde o final da década de 1990. [151] De acordo com a revisão de 2005 do National Radiological Protection Board do Reino Unido , "embora [os mantos de gás toriados] estivessem amplamente disponíveis há alguns anos, eles não estão mais." [152] O tório também é usado para fazer geradores de íons negativos permanentes e baratos , como em pulseiras de saúde pseudocientíficas . [153]
Durante a produção de filamentos incandescentes , a recristalização do tungstênio é significativamente reduzida pela adição de pequenas quantidades de dióxido de tório ao pó de sinterização de tungstênio antes de estiramento dos filamentos. [149] Uma pequena adição de tório aos termocátodos de tungstênio reduz consideravelmente a função de trabalho dos elétrons; como resultado, os elétrons são emitidos em temperaturas consideravelmente mais baixas. [38] O tório forma uma camada de um átomo de espessura na superfície do tungstênio. A função de trabalho de uma superfície de tório é reduzida possivelmente por causa do campo elétrico na interface entre o tório e o tungstênio formado devido à maior eletropositividade do tório. [154] Desde a década de 1920, fios de tungstênio toriados têm sido usados em tubos eletrônicos e nos cátodos e anticátodos de tubos de raios X e retificadores. A reatividade do tório com o oxigênio atmosférico exigiu a introdução de uma camada de magnésio evaporado como um coletor de impurezas nos tubos evacuados, dando-lhes seu revestimento interno metálico característico. [155] : 16 A introdução de transistores na década de 1950 diminuiu significativamente esse uso, mas não totalmente. [149] O dióxido de tório é usado na soldagem a arco de tungstênio a gás (GTAW) para aumentar a resistência a altas temperaturas dos eletrodos de tungstênio e melhorar a estabilidade do arco. [38] O óxido de tório está sendo substituído neste uso por outros óxidos, como os de zircônio, cério e lantânio . [156] [157]
O dióxido de tório é encontrado em cerâmicas refratárias , como cadinhos de laboratório de alta temperatura , [38] como ingrediente primário ou como adição ao dióxido de zircônio . Uma liga de 90% de platina e 10% de tório é um catalisador eficaz para oxidar amônia em óxidos de nitrogênio, mas foi substituída por uma liga de 95% de platina e 5% de ródio devido às suas melhores propriedades mecânicas e maior durabilidade. [149]

Quando adicionado ao vidro , o dióxido de tório ajuda a aumentar seu índice de refração e diminuir a dispersão . Esse vidro encontra aplicação em lentes de alta qualidade para câmeras e instrumentos científicos. [50] A radiação dessas lentes pode escurecê-las e torná-las amarelas ao longo de um período de anos e degrada o filme, mas os riscos à saúde são mínimos. [158] Lentes amareladas podem ser restauradas ao seu estado original incolor por exposição prolongada à radiação ultravioleta intensa. O dióxido de tório foi substituído nesta aplicação por óxidos de terras raras, como o lantânio , pois eles fornecem efeitos semelhantes e não são radioativos. [149]
O tetrafluoreto de tório é usado como um material antirreflexo em revestimentos ópticos multicamadas. É transparente para ondas eletromagnéticas com comprimentos de onda na faixa de 0,350–12 μm, uma faixa que inclui luz ultravioleta próxima, visível e infravermelha média . Sua radiação é principalmente devida a partículas alfa, que podem ser facilmente interrompidas por uma fina camada de cobertura de outro material. [159] Substituições para o tetrafluoreto de tório estão sendo desenvolvidas a partir da década de 2010, [160] que incluem o trifluoreto de lantânio .
Ligas Mag-Thor (também chamadas de magnésio toriado) encontraram uso em algumas aplicações aeroespaciais, embora tais usos tenham sido eliminados devido a preocupações com radioatividade.
Uso potencial para energia nuclear
A principal fonte de energia nuclear em um reator é a fissão induzida por nêutrons de um nuclídeo; os núcleos físseis sintéticos [d] 233 U e 239 Pu podem ser produzidos a partir da captura de nêutrons pelos nuclídeos de quantidade natural 232 Th e 238 U. O 235 U ocorre naturalmente em quantidades significativas e também é físsil. [161] [162] [n] No ciclo do combustível de tório, o isótopo fértil 232 Th é bombardeado por nêutrons lentos , sofrendo captura de nêutrons para se tornar 233 Th, que sofre dois decaimentos beta consecutivos para se tornar primeiro 233 Pa e depois o físsil 233 U: [38]
237 Np | ||||||||||||||
↑ | ||||||||||||||
231 você | ← | 232 você | ↔ | 233 você | ↔ | 234 você | ↔ | 235 você | ↔ | 236 você | → | 237 você | ||
↓ | ↑ | ↑ | ↑ | |||||||||||
231 anos | → | 232 PAs | ← | 233 PAs | → | 234 anos | ||||||||
↑ | ↑ | |||||||||||||
230º | → | 231º | ← | 232º | → | 233º | ||||||||
|
233 U é físsil e pode ser usado como combustível nuclear da mesma forma que 235 U ou 239 Pu . Quando 233 U sofre fissão nuclear, os nêutrons emitidos podem atingir outros núcleos de 232 Th, continuando o ciclo. [38] Isso é paralelo ao ciclo de combustível de urânio em reatores reprodutores rápidos , onde 238 U sofre captura de nêutrons para se tornar 239 U, decaindo beta para primeiro 239 Np e então físsil 239 Pu. [163]
A fissão de233
92você
produz 2,48 nêutrons em média. [164]
Um nêutron é necessário para manter a reação de fissão em andamento. Para um ciclo de reprodução contínuo e independente, mais um nêutron é necessário para gerar um novo233
92você
átomo do fértil 232
90O
. Isso deixa uma margem de 0,45 nêutrons (ou 18% do fluxo de nêutrons) para perdas.
Vantagens
O tório é mais abundante que o urânio e pode satisfazer as demandas mundiais de energia por mais tempo. [165] É particularmente adequado para ser usado como material fértil em reatores de sal fundido .
O 232 Th absorve nêutrons mais prontamente do que o 238 U, e o 233 U tem uma probabilidade maior de fissão após a captura de nêutrons (92,0%) do que o 235 U (85,5%) ou o 239 Pu (73,5%). [166] Ele também libera mais nêutrons após a fissão em média. [165] Uma única captura de nêutrons pelo 238 U produz resíduos transurânicos junto com o 239 Pu físsil, mas o 232 Th só produz esses resíduos após cinco capturas, formando 237 Np. Esse número de capturas não acontece para 98–99% dos núcleos do 232 Th porque os produtos intermediários 233 U ou 235 U sofrem fissão, e menos transurânicos de longa duração são produzidos. Por causa disso, o tório é uma alternativa potencialmente atraente ao urânio em combustíveis de óxidos mistos para minimizar a geração de transurânicos e maximizar a destruição do plutônio . [167]
Os combustíveis de tório resultam em um núcleo de reator mais seguro e de melhor desempenho [38] porque o dióxido de tório tem um ponto de fusão mais alto, maior condutividade térmica e um menor coeficiente de expansão térmica . É mais estável quimicamente do que o dióxido de urânio, combustível agora comum, porque este último oxida em octóxido de triurânio ( U 3 O 8 ), tornando-se substancialmente menos denso. [168]
Desvantagens
O combustível usado é difícil e perigoso de reprocessar porque muitas das filhas de 232 Th e 233 U são fortes emissores gama. [165] Todos os métodos de produção de 233 U resultam em impurezas de 232 U , seja de reações de eliminação parasitária (n,2n) em 232 Th, 233 Pa ou 233 U que resultam na perda de um nêutron, ou da captura dupla de nêutrons de 230 Th, uma impureza no 232 Th natural: [169]
- 230
90O
+ n →231
90O
+ γ 231
91Pai
( 227
89CA
) - 231
91Pai
+ n →232
91Pai
+ γ 232
92você
232 U por si só não é particularmente prejudicial, mas decai rapidamente para produzir o forte emissor gama 208 Tl . ( 232 Th segue a mesma cadeia de decaimento, mas sua meia-vida muito mais longa significa que as quantidades de 208 Tl produzidas são insignificantes.) [170] Essas impurezas de 232 U tornam 233 U fácil de detectar e perigoso para trabalhar, e a impraticabilidade de sua separação limita as possibilidades de proliferação nuclear usando 233 U como material físsil. [169] 233 Pa tem uma meia-vida relativamente longa de 27 dias e uma alta seção transversal para captura de nêutrons. Portanto, é um veneno de nêutrons : em vez de decair rapidamente para o útil 233 U, uma quantidade significativa de 233 Pa se converte em 234 U e consome nêutrons, degradando a eficiência do reator . Para evitar isso, 233 Pa é extraído da zona ativa dos reatores de sal fundido de tório durante sua operação, de modo que não tenha chance de capturar um nêutron e decaia apenas para 233 U. [171]
A irradiação de 232 Th com nêutrons, seguida de seu processamento, precisa ser dominada antes que essas vantagens possam ser realizadas, e isso requer tecnologia mais avançada do que o ciclo de combustível de urânio e plutônio; [38] a pesquisa continua nesta área. Outros citam a baixa viabilidade comercial do ciclo de combustível de tório: [172] [173] [174] a Agência Internacional de Energia Nuclear prevê que o ciclo de tório nunca será comercialmente viável enquanto o urânio estiver disponível em abundância — uma situação que pode persistir "nas próximas décadas". [175] Os isótopos produzidos no ciclo de combustível de tório não são, em sua maioria, transurânicos, mas alguns deles ainda são muito perigosos, como o 231 Pa, que tem uma meia-vida de 32.760 anos e é um dos principais contribuintes para a radiotoxicidade de longo prazo do combustível nuclear usado. [171]
Perigos e efeitos na saúde

Radiológico
O tório natural decai muito lentamente em comparação a muitos outros materiais radioativos, e a radiação alfa emitida não consegue penetrar na pele humana. Como resultado, o manuseio de pequenas quantidades de tório, como aquelas em mantos de gás, é considerado seguro, embora o uso de tais itens possa representar alguns riscos. [176] A exposição a um aerossol de tório, como poeira contaminada, pode levar ao aumento do risco de câncer de pulmão , pâncreas e sangue , pois os pulmões e outros órgãos internos podem ser penetrados pela radiação alfa. [176] A exposição interna ao tório leva ao aumento do risco de doenças hepáticas . [177]
Os produtos de decaimento do 232 Th incluem radionuclídeos mais perigosos, como rádio e radônio. Embora relativamente poucos desses produtos sejam criados como resultado do decaimento lento do tório, uma avaliação adequada da toxicidade radiológica do 232 Th deve incluir a contribuição de suas filhas, algumas das quais são emissoras gama perigosas, [178] e que são construídas rapidamente após o decaimento inicial do 232 Th devido à ausência de nuclídeos de longa duração ao longo da cadeia de decaimento. [179] Como as filhas perigosas do tório têm pontos de fusão muito mais baixos do que o dióxido de tório, elas são volatilizadas toda vez que o manto é aquecido para uso. Na primeira hora de uso, grandes frações das filhas do tório 224 Ra, 228 Ra, 212 Pb e 212 Bi são liberadas. [180] A maior parte da dose de radiação de um utilizador normal provém da inalação do rádio, resultando numa dose de radiação de até 0,2 milisieverts por utilização, cerca de um terço da dose sustentada durante uma mamografia . [181]
Algumas agências de segurança nuclear fazem recomendações sobre o uso de mantos de tório e levantaram preocupações de segurança em relação à sua fabricação e descarte; a dose de radiação de um manto não é um problema sério, mas a de muitos mantos reunidos em fábricas ou aterros sanitários é. [177]
Biológico
O tório é inodoro e insípido. [182] A toxicidade química do tório é baixa porque o tório e seus compostos mais comuns (principalmente o dióxido) são pouco solúveis em água, [183] precipitando antes de entrar no corpo como hidróxido. [184] Alguns compostos de tório são quimicamente moderadamente tóxicos , especialmente na presença de íons fortes formadores de complexos, como o citrato, que transportam o tório para o corpo na forma solúvel. [179] Se um objeto contendo tório for mastigado ou sugado, ele perde 0,4% do tório e 90% de suas filhas perigosas para o corpo. [127] Três quartos do tório que penetrou no corpo se acumulam no esqueleto . A absorção pela pele é possível, mas não é um meio provável de exposição. [176] A baixa solubilidade do tório na água também significa que a excreção de tório pelos rins e fezes é bastante lenta. [179]
Testes sobre a absorção de tório por trabalhadores envolvidos no processamento de monazita mostraram níveis de tório acima dos limites recomendados em seus corpos, mas nenhum efeito adverso à saúde foi encontrado nessas concentrações moderadamente baixas. Nenhuma toxicidade química foi observada ainda no trato traqueobrônquico e nos pulmões devido à exposição ao tório. [184] Pessoas que trabalham com compostos de tório correm risco de dermatite . Pode levar até trinta anos após a ingestão de tório para que os sintomas se manifestem. [56] O tório não tem nenhuma função biológica conhecida. [56]
Químico
O metal de tório em pó é pirofórico: ele se inflama espontaneamente no ar. [11] Em 1964, o Departamento do Interior dos Estados Unidos listou o tório como "severo" em uma tabela intitulada "Ignição e explosibilidade de pós metálicos". Sua temperatura de ignição foi dada como 270 °C (520 °F) para nuvens de poeira e 280 °C (535 °F) para camadas. Sua concentração explosiva mínima foi listada como 0,075 oz/cu ft (0,075 kg/m 3 ); a energia mínima de ignição para poeira (não submicrométrica) foi listada como 5 mJ . [185]
Em 1956, a explosão da Sylvania Electric Products ocorreu durante o reprocessamento e queima de lodo de tório na cidade de Nova York , Estados Unidos. Nove pessoas ficaram feridas; uma morreu de complicações causadas por queimaduras de terceiro grau . [186] [187] [188]
Rotas de exposição
O tório existe em quantidades muito pequenas em toda a Terra, embora existam quantidades maiores em certas partes: o ser humano médio contém cerca de 40 microgramas de tório e normalmente consome três microgramas por dia. [56] A maior parte da exposição ao tório ocorre através da inalação de poeira; algum tório vem com alimentos e água, mas devido à sua baixa solubilidade, esta exposição é insignificante. [179]
A exposição é aumentada para pessoas que vivem perto de depósitos de tório ou locais de descarte de resíduos radioativos, aquelas que vivem perto ou trabalham em fábricas de processamento de urânio, fosfato ou estanho e para aquelas que trabalham na produção de manto de gás. [189] O tório é especialmente comum nas áreas costeiras de Tamil Nadu , na Índia, onde os residentes podem ser expostos a uma dose de radiação natural dez vezes maior do que a média mundial. [190] Também é comum nas áreas costeiras do norte do Brasil , do sul da Bahia a Guarapari , uma cidade com praias de areia de monazita radioativa, com níveis de radiação até 50 vezes maiores do que a radiação de fundo média mundial. [191]
Outra possível fonte de exposição é o pó de tório produzido em campos de testes de armas, já que o tório é usado nos sistemas de orientação de alguns mísseis. Isso tem sido responsabilizado por uma alta incidência de defeitos congênitos e câncer em Salto di Quirra, na ilha italiana da Sardenha . [192]
Veja também
Notas explicativas
- ^ O bismuto é muito ligeiramente radioativo, mas sua meia-vida (1,9 × 1019 anos) é tão longo que sua decadência é insignificante mesmo em períodos geológicos.
- ^ Atrás do ósmio , tântalo , tungstênio e rênio ; [11] especula-se que pontos de ebulição mais altos sejam encontrados nos metais de transição 6d, mas eles não foram produzidos em quantidades grandes o suficiente para testar essa previsão. [15]
- ^ Os raios gama distinguem-se pela sua origem no núcleo, não pelo seu comprimento de onda; portanto, não há limite inferior para a energia gama derivada da decomposição radioativa. [36]
- ^ ab Um nuclídeo fissionável é capaz de sofrer fissão (mesmo com baixa probabilidade) após capturar um nêutron de alta energia. Alguns desses nuclídeos podem ser induzidos à fissão com nêutrons térmicos de baixa energia com alta probabilidade; eles são chamados de físseis . Um nuclídeo fértil é aquele que pode ser bombardeado com nêutrons para produzir um nuclídeo físsil. Massa crítica é a massa de uma bola de um material que pode sofrer uma reação nuclear em cadeia sustentada .
- ^ O nome iônio para 230 Th é um resquício de um período em que diferentes isótopos não eram reconhecidos como o mesmo elemento e recebiam nomes diferentes.
- ^ Ao contrário da similaridade anterior entre os actinídeos e os metais de transição, a similaridade do grupo principal termina em grande parte no tório antes de ser retomada na segunda metade da série dos actinídeos, devido à crescente contribuição dos orbitais 5f para a ligação covalente. O único outro actinídeo comumente encontrado, o urânio, retém alguns ecos do comportamento do grupo principal. A química do urânio é mais complicada do que a do tório, mas os dois estados de oxidação mais comuns do urânio são o urânio (VI) e o urânio (IV); estes são duas unidades de oxidação separadas, com o estado de oxidação mais alto correspondendo à perda formal de todos os elétrons de valência, o que é semelhante ao comportamento dos elementos pesados do grupo principal no bloco p . [47]
- ^ Um número par de prótons ou nêutrons geralmente aumenta a estabilidade nuclear dos isótopos, em comparação com isótopos com números ímpares. Elementos com números atômicos ímpares não têm mais do que dois isótopos estáveis; elementos de número par têm múltiplos isótopos estáveis, com o estanho (elemento 50) tendo dez. [16]
- ^ Outros isótopos podem ocorrer ao lado do 232 Th, mas apenas em quantidades vestigiais. Se a fonte não contiver urânio, o único outro isótopo de tório presente seria o 228 Th, que ocorre na cadeia de decaimento do 232 Th (a série do tório ): a proporção de 228 Th para 232 Th seria menor que 10 −10 . [27] Se o urânio estiver presente, pequenos traços de vários outros isótopos também estarão presentes: 231 Th e 227 Th da cadeia de decaimento do 235 U (a série do actínio ), e traços ligeiramente maiores, mas ainda pequenos, de 234 Th e 230 Th da cadeia de decaimento do 238 U (a série do urânio ). [27] O 229 Th também é produzido na cadeia de decaimento do 237 Np (a série do neptúnio ): todo o 237 Np primordial está extinto , mas ainda é produzido como resultado de reações nucleares em minérios de urânio. [88] O 229 Th é produzido principalmente como uma filha do 233 U artificial feito pela irradiação de nêutrons do 232 Th, e é extremamente raro na natureza. [27]
- ^ Thorianite refere-se a minerais com 75–100 mol% ThO 2 ; uranothorianite, 25–75 mol% ThO 2 ; uraninite toriana, 15–25 mol% ThO 2 ; uraninite , 0–15 mol% ThO 2 . [89]
- ^ Na época, os elementos de terras raras , entre os quais o tório foi encontrado e com o qual está intimamente associado na natureza, eram considerados divalentes; às terras raras foram atribuídos valores de peso atômico de dois terços dos reais, e ao tório e ao urânio foram atribuídos valores de metade dos reais.
- ^ A principal dificuldade em isolar o tório não está em sua eletropositividade química, mas na estreita associação do tório na natureza com os elementos de terras raras e o urânio, que coletivamente são difíceis de separar uns dos outros. O químico sueco Lars Fredrik Nilson , o descobridor do escândio, havia feito uma tentativa anterior de isolar o metal tório em 1882, mas não conseguiu atingir um alto grau de pureza. [107] Lely e Hamburger obtiveram 99% de metal tório puro reduzindo o cloreto de tório com metal sódio. [108] Um método mais simples que leva a uma pureza ainda maior foi descoberto em 1927 pelos engenheiros americanos John Marden e Harvey Rentschler, envolvendo a redução do óxido de tório com cálcio na presença de cloreto de cálcio. [108]
- ^ O tório também aparece na tabela de 1864 do químico britânico John Newlands como o último e mais pesado elemento, pois inicialmente se pensava que o urânio era um elemento trivalente com um peso atômico de cerca de 120: isso é metade de seu valor real, já que o urânio é predominantemente hexavalente. Ele também aparece como o elemento mais pesado na tabela de 1864 do químico britânico William Odling sob titânio, zircônio e tântalo . Ele não aparece nos sistemas periódicos publicados pelo geólogo francês Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois em 1862, pelo músico germano-americano Gustav Hinrichs em 1867 ou pelo químico alemão Julius Lothar Meyer em 1870, todos os quais excluem as terras raras e o tório. [109]
- ^ O preenchimento da subcamada 5f do início da série dos actinídeos foi confirmado quando os elementos 6d foram alcançados na década de 1960, provando que as séries 4f e 5f são de igual comprimento. O laurêncio tem apenas +3 como estado de oxidação, rompendo com a tendência dos actinídeos tardios em direção ao estado +2; portanto, ele se encaixa como um congênere mais pesado do lutécio . Ainda mais importante, o próximo elemento, o ruterfórdio , foi encontrado se comportando como o háfnio e mostrando apenas um estado +4. [46] [122] Hoje, as semelhanças do tório com o háfnio ainda são algumas vezes reconhecidas ao chamá-lo de "elemento pseudogrupo 4". [123]
- ^ Os treze isótopos de actinídeos físseis com meias-vidas superiores a um ano são 229 Th, 233 U, 235 U, 236 Np , 239 Pu, 241 Pu , 242m Am , 243 Cm , 245 Cm , 247 Cm , 249 Cf , 251 Cf e 252 Es . Destes, apenas 235 U tem quantidades significativas na natureza, e apenas 233 U e 239 Pu podem ser produzidos a partir de núcleos naturais com uma única captura de nêutrons. [162]
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