Tório

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Tório,  90 Th
Small (3 cm) ampule with a tiny (5 mm) square of metal in it
Tório
Pronúncia/ Θ ɔr i ə m / ( THOR -ee-əm )
Aparênciaprateado, geralmente com manchas pretas
Peso atômico padrão A r, std (Th) 232,0377 (4) [1] [2]
Tório na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Ce

Th

(Uqq)
actíniotórioprotactínio
Número atômico ( Z )90
Grupogrupo n / a
Períodoperíodo 7
Bloquear  bloco f
Configuração de elétron[ Rn ] 6d 2 7s 2
Elétrons por camada2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido
Ponto de fusão2023  K (1750 ° C, 3182 ° F)
Ponto de ebulição5061 K (4788 ° C, 8650 ° F)
Densidade (próximo à  rt )11,7 g / cm 3
Calor de fusão13,81  kJ / mol
Calor de vaporização514 kJ / mol
Capacidade de calor molar26,230 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 k 100 k
em  T  (K) 2633 2907 3248 3683 4259 5055
Propriedades atômicas
Estados de oxidação+1, +2, +3, +4 (um óxido fracamente básico )
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: 1,3
Energias de ionização
  • 1o: 587 kJ / mol
  • 2º: 1110 kJ / mol
  • 3º: 1930 kJ / mol
Raio atômicoempírico: 179,8  pm
Raio covalente206 ± 18h
Color lines in a spectral range
Linhas espectrais de tório
Outras propriedades
Ocorrência naturalprimordial
Estrutura de cristalcúbica de face centrada (FCC)
Facecentredcubic crystal structure for thorium
Velocidade do som haste fina2.490 m / s (a 20 ° C)
Expansão térmica11,0 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Condutividade térmica54,0 W / (m⋅K)
Resistividade elétrica157 nΩ⋅m (a 0 ° C)
Ordenação magnéticaparamagnético [3]
Suscetibilidade magnética molar132,0 × 10 −6  cm 3 / mol (293 K) [4]
Módulo de Young79 GPa
Módulo de cisalhamento31 GPa
Módulo de massa54 GPa
Coeficiente de Poisson0,27
Dureza de Mohs3,0
Dureza Vickers295-685 MPa
Dureza Brinell390-1500 MPa
Número CAS7440-29-1
História
Nomeaçãodepois de Thor , o deus nórdico do trovão
DescobertaJöns Jakob Berzelius (1829)
Isótopos principais de tório
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
227 th vestígio 18,68 d α 223 Ra
228 th vestígio 1,9116 a α 224 Ra
229 th vestígio 7917 anos α 225 Ra
230 th 0,02% 75400 y α 226 Ra
231 th vestígio 25,5 h β - 231 Pa
232 th 99,98% 1,405 × 10 10  y α 228 Ra
234 th vestígio 24,1 d β - 234 Pa
Category Categoria: Tório
| referências

Tório é um fracamente radioactivo metálico elemento químico com o símbolo Th e número atómico 90. tório é prateado e mancha negra quando é exposto ao ar, formando tório dióxido ; é moderadamente macio, maleável e tem um alto ponto de fusão . O 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 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 estáveis . Na Terra, o tório e o urânio são os únicos elementos significativamente radioativos que ainda ocorrem naturalmente em grandes quantidades como elementos primordiais . [a] O tório é estimado em mais de três vezes mais abundantecomo urânio na crosta terrestre, e é principalmente refinado nas areias monazíticas como 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 batizou 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 com sua radioatividade.

O tório ainda é usado como elemento de liga em eletrodos de soldagem TIG, mas está sendo lentamente substituído no campo por composições diferentes. Também era material em ótica de ponta e instrumentação científica, usado em alguns tubos de transmissão a vácuo e como fonte de luz em mantas de gás , mas esses usos tornaram-se 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 , revestindo fio de tungstênio em equipamentos elétricos, controlando o tamanho do grão de tungstênio em lâmpadas elétricas, cadinhos de alta temperatura e óculos, 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 relações de isótopos (231) Pa / (230) Th para compreender o oceano antigo. [5]

Propriedades a granel

O tório é um metal actinídeo radioativo prateado, moderadamente macio, paramagnético . Na tabela periódica , está à direita do actínio , à esquerda do protactínio e abaixo do cério . O tório puro é muito dúctil e, como é normal para os metais, pode ser laminado a frio , estampado e estirado . [6] À temperatura ambiente, o metal de tório tem uma estrutura cristalina cúbica centrada na face ; tem duas outras formas, uma em alta temperatura (acima de 1360 ° C; cúbica centrada no corpo) e uma em alta pressão (em torno de 100 GPa; tetragonal centrada no corpo ). [6]

O metal de tório tem um módulo de volume (uma medida de resistência à compressão de um material) de 54  GPa , quase o mesmo que o do estanho (58,2 GPa). O do alumínio é 75,2 GPa; 137,8 GPa do cobre; e o aço-carbono tem 160-169 GPa. [7] O tório é quase tão duro quanto o aço macio , portanto, quando aquecido, pode ser enrolado em folhas e transformado em arame. [8]

O tório tem quase a metade da densidade do urânio e do plutônio e é mais duro do que ambos. [8] Torna-se supercondutor abaixo de 1,4  K . [6] O ponto de fusão do tório de 1750 ° C está acima de ambos os do actínio (1227 ° C) e do protactínio (1568 ° C). No início do período 7 , do frânciopara o 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 como sua carga aumenta de um para quatro. Depois do tório, há uma nova tendência de queda nos pontos de fusão do tório ao plutônio , onde o número de elétrons f aumenta de cerca de 0,4 para cerca de 6: essa tendência é devido à hibridização crescente dos orbitais 5f e 6d e à formação de direcionais ligações resultando em estruturas de cristal mais complexas e ligações metálicas enfraquecidas. [8] [9] (A contagem de elétrons f para o metal de tório é um número não inteiro devido a uma sobreposição 5f-6d.) [9]Entre os actinídeos até o califórnio , que podem ser estudados em quantidades de pelo menos miligramas, o tório tem os pontos de fusão e ebulição mais altos e a segunda menor densidade; apenas o actínio é mais leve. O ponto de ebulição do tório de 4788 ° C é o quinto maior 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 as amostras de tório mais puras geralmente contêm cerca de um décimo de um por cento do dióxido. [6] Medições experimentais de sua densidade fornecem valores entre 11,5 e 11,66 g / cm 3 : estes são ligeiramente menores do que o 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 é lançado. [6] Esses valores estão 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. [6]

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. O tório forma misturas eutéticas com o cromo e o urânio e é completamente miscível nos estados sólido e líquido com seu cério congênere mais claro . [6]

Isótopos

Todos, exceto dois elementos até o bismuto (elemento 83), têm um isótopo que é praticamente estável para todos os fins ("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 sendo 238 U ) que tem meia-vida medida 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 do que a idade do universo. Quatro quintos do tório presente na formação da Terra sobreviveram até o presente. [11] [12] [13] 232 Th é o único isótopo de tório que ocorre em quantidade na natureza. [11] Sua estabilidade é atribuída à sua subcamada nuclear fechada com 142 nêutrons. [14] [15] O tório tem uma composição isotópica terrestre característica, com peso atômico 232,0377 (4). É um dos quatro elementos radioativos (junto com o bismuto, o protactínio e o urânio) que ocorrem em grandes quantidades na Terra para que um peso atômico padrão seja determinado. [2]

Os núcleos de tório são suscetíveis ao decaimento alfa porque a força nuclear forte não pode superar a repulsão eletromagnética entre seus prótons. [16] O decaimento 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 chamado de série de tório após seu progenitor). Esta cadeia de decaimentos alfa e beta consecutivos começa com o decaimento de 232 Th para 228 Ra e termina em 208 Pb. [11] Qualquer amostra de tório ou seus compostos contém traços dessas filhas, que são isótopos detálio , chumbo , bismuto, polônio, radônio , rádio e actínio. [11] As amostras de tório natural podem ser purificadas quimicamente para extrair nuclídeos filhos úteis, como o 212 Pb, que é usado na medicina nuclear para terapia do câncer . [17] [18] 227 Th (emissor alfa com meia-vida de 18,68 dias) também pode ser usado em tratamentos de câncer, como terapias alfa direcionadas . [19] [20] [21] 232 Th também, muito ocasionalmente, sofre fissão espontâneaao invés de decadência alfa, e deixou evidências disso em seus minerais (como gás xenônio aprisionado formado como um produto da fissão), mas a meia-vida parcial desse processo é muito grande em mais de 10 21  anos e a decadência alfa predomina. [22] [23]

Ball-and-arrow presentation of the thorium decay series
A cadeia de decaimento 4 n de 232 Th, comumente chamada de "série de tório"

Foram caracterizados trinta radioisótopos , que variam em número de massa de 209 [24] a 238. [22] Após 232 Th, os mais estáveis ​​deles (com respectivas meias-vidas) são 230 Th (75.380 anos), 229 Th (7.340 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 tempona natureza devido à sua meia-vida curta (2,14 milhões de anos), mas é continuamente produzida em vestígios 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 destes menos de dez minutos. [11]

Em águas profundas, o isótopo 230 Th compõe até 0,04% do tório natural. [2] Isso ocorre porque seu pai 238 U é solúvel em água, mas 230 Th é insolúvel e precipita no sedimento. Minerais de urânio com baixas concentrações de tório pode ser purificado para amostras de tório tamanho gram-produto de que mais de um quarto é a 230 isótopo Th, desde 230 Th é uma das filhas de 238 U. [22] A União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) reclassificou o tório como elemento binuclídico em 2013; anteriormente era considerado um elemento mononuclídico .[2]

Thorium 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, [25] medido para ser7,6 ± 0,5 eV . Isso é tão baixo que, quando passa por transição isomérica , a radiação gama emitida fica na faixa do ultravioleta . [26] [27] [c]

Isótopos diferentes de tório são quimicamente idênticos, mas têm propriedades físicas ligeiramente diferentes: por exemplo, espera-se que as densidades de 228 Th, 229 Th, 230 Th e 232 Th puros sejam, respectivamente, 11,5, 11,6, 11,6 e 11,7 g / cm 3 . [29] Espera-se que o isótopo 229 Th seja fissionável com uma massa crítica nua de 2839 kg, embora com refletores de aço este valor possa cair para 994 kg. [29] [d] 232 Th não é físsil, mas é fértil , pois pode ser convertido em físsil 233 Upor captura de nêutrons e subsequente decaimento beta. [29] [30]

Datação radiométrica

Dois métodos de datação radiométrica envolvem isótopos de tório: datação urânio-tório , baseada no decaimento de 234 U a 230 Th, e datação iônio-tório , que mede a proporção de 232 Th a 230 Th. [e] Estes contam com o fato de que 232 Th é um radioisótopo primordial, mas 230 Th só ocorre como um produto de decaimento intermediário na cadeia de decaimento de 238 U. [31] A datação de urânio-tório é um processo de alcance relativamente curto devido a as meias-vidas curtas de 234 U e 230Th em relação à idade da Terra: também é acompanhado por um processo irmão envolvendo a decadência 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 de datação de urânio-tório. A datação de urânio-tório é comumente usada para determinar a idade de materiais de carbonato de cálcio , como espeleotema ou coral , porque o urânio é mais solúvel em água do que o tório e o protactínio, que são precipitados seletivamente nos sedimentos do fundo do oceano , onde suas proporções são medidas. O esquema tem um alcance de várias centenas de milhares de anos. [31] [32]A datação de íônio-tório é um processo relacionado, que explora a insolubilidade do tório (tanto 232 Th como 230 Th) e, portanto, sua presença em sedimentos oceânicos até a data desses sedimentos medindo a proporção de 232 Th para 230 Th. [33] [34] Ambos os métodos de datação assumem que a proporção de 230 Th a 232 Th é uma constante durante o período em que a camada de sedimento foi formada, que o sedimento já não continha tório antes das contribuições da decomposição do urânio, e que o tório não pode migrar dentro da camada de sedimentos. [33] [34]

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. [35] Apesar da posição do tório no bloco f da tabela periódica, ele tem uma configuração de elétrons 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 de 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. Isso se deve a efeitos relativísticos, que se tornam mais fortes perto da parte inferior da tabela periódica, especificamente a interação spin-órbita relativística . 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. Isso 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: esse comportamento semelhante ao metal de transição é a norma na primeira metade da série dos actinídeos. [36] [37]

Crystal structure of fluorite
O dióxido de tório tem a estrutura de cristal de fluorita .
Th 4+ : __   / O 2− : __

Apesar da configuração eletrônica anômala para átomos de tório gasosos, o tório metálico mostra envolvimento 5f significativo. Um estado metálico hipotético de tório que tinha a configuração [Rn] 6d 2 7s 2 com os orbitais 5f acima do nível de Fermi deve ser hexagonal compactado como os elementos titânio, zircônio e háfnio do grupo 4 , e não cúbico centrado na face como ele 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. [9]

Os compostos tetravalentes de tório são geralmente incolores ou amarelos, como os de prata ou chumbo, pois o íon Th 4+ não possui elétrons 5f ou 6d. [8] A química do tório é, portanto, em grande parte a de um metal eletropositivo formando um único íon diamagnético com uma configuração de gás nobre estável, indicando uma semelhança entre o tório e os elementos do grupo principal do bloco s. [38] [f] Tório e urânio são os elementos radioativos mais investigados porque sua radioatividade é baixa o suficiente para não exigir manuseio especial em laboratório. [39]

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. [40] O metal de tório finamente dividido pode exibir piroforicidade , inflamando-se espontaneamente no ar. [6] Quando aquecidos no ar, as aparas de tório se acendem 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. [6]Essas amostras escurecem lentamente, tornando-se cinza e finalmente pretas na superfície. [6]

Na temperatura e pressão padrão , o tório é atacado lentamente pela água, mas não se dissolve prontamente na maioria dos ácidos comuns, com exceção do ácido clorídrico , onde se dissolve deixando um resíduo insolúvel preto de ThO (OH, Cl) H. [6] [41] Ele se dissolve em ácido nítrico concentrado contendo uma pequena quantidade de fluoreto catalítico ou íons de fluorossilicato ; [6] [42] se não estiverem presentes, pode ocorrer passivação pelo nitrato, como ocorre com o urânio e o plutônio. [6] [43] [44]

Crystal structure of thorium tetrafluoride
Estrutura de cristal de tetrafluoreto de tório
Th 4+ : __   / F - : __

Compostos inorgânicos

A maioria dos compostos binários de tório com não metais pode ser preparada aquecendo os elementos juntos. [45] No ar, o tório queima para formar ThO
2
, que tem a estrutura de fluorita . [46] O dióxido de tório é um material refratário , com o ponto de fusão mais alto (3390 ° C) de qualquer óxido conhecido. [47] É um tanto higroscópico e reage prontamente com água e muitos gases; [48] ele se dissolve facilmente em ácido nítrico concentrado na presença de flúor. [49]

Quando aquecido ao ar, o dióxido de tório emite luz azul intensa; a luz fica branca quando ThO
2
é misturado com seu homólogo mais leve dióxido de cério ( CeO
2
, ceria): esta é a base para a sua aplicação anteriormente comum em mantas de gás . [48] Uma chama não é necessária para este efeito: em 1901, foi descoberto que um manto de gás quente de Welsbach (usando ThO
2
com 1% CeO
2
) permaneceu com "brilho total" quando exposto a uma mistura fria não inflamável de gás inflamável e ar. [50] A luz emitida pelo dióxido de tório é maior em comprimento de onda do que a emissão do 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 nos mantos de gás, aumenta o efeito aumentando a emissividade na região visível do espectro; e porque o cério, ao contrário do tório, pode ocorrer em vários estados de oxidação, sua carga e, portanto, a emissividade visível dependerá da região da chama em que se encontra (visto que tais regiões variam em sua composição química e, portanto, quão oxidantes ou redutoras são) . [50]

Vários calcogenetos e oxicogenetos de tório binários também são conhecidos com enxofre , selênio e telúrio . [51]

Todos os quatro tetrahaletos de tório são conhecidos, assim como alguns brometos e iodetos de baixa valência: [52] os tetrahaletos são todos compostos higroscópicos coordenados em 8 que se dissolvem facilmente em solventes polares como a água. [53] Muitos íons polihaletos relacionados também são conhecidos. [52] O tetrafluoreto de tório tem uma estrutura de cristal 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 distorcidos . [52] Os outros tetrahaletos, em vez disso, têm geometria dodecaédrica. [53] Iodetos inferioresThI
3
(preto) e ThI
2
(dourado) também podem ser preparados reduzindo o tetraiodeto com o metal de tório: eles não contêm Th (III) e Th (II), mas em vez disso contêm Th 4+ e podem ser formulados mais claramente como compostos de eletrídeo . [52] Muitos haletos polinários com os metais alcalinos, bário , tálio e amônio, são conhecidos por fluoretos, cloretos e brometos de tório. [52] Por exemplo, quando tratado com fluoreto de potássio e ácido fluorídrico , Th 4+ forma o complexo ânion ThF2−
6
, que precipita como um sal insolúvel, K
2
ThF
6
. [42]

Boretos, carbonetos, silicetos e nitretos de tório são materiais refratários, como os do urânio e do plutônio, e por isso têm recebido atenção como possíveis combustíveis nucleares . [45] Todos os quatro pnictogênios mais pesados ( fósforo , arsênio , antimônio e bismuto) também formam compostos binários de tório. Os germanetos de tório também são conhecidos. [54] 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. [55] Os hidretos são termicamente instáveis ​​e se decompõem rapidamente quando expostos ao ar ou à umidade. [56]

Structure of thorocene
Estrutura da molécula em sanduíche do toroceno

Compostos de coordenação

Em uma solução aquosa ácida, o tório ocorre como o íon água tetrapositivo [Th (H
2
O)
9
] 4+
, que tem geometria molecular prismática trigonal tricapeada : [57] [58] em pH <3, as soluções de sais de tório são dominadas por este cátion. [57] 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. [57] É bastante ácido devido à sua alta carga, ligeiramente mais forte do que o ácido sulfuroso : portanto, tende a sofrer hidrólise e polimerização (embora em menor grau do que Fe 3+ ), predominantemente para [Th
2
(OH)
2
] 6+
em soluções com pH 3 ou inferior, mas em solução mais alcalina a polimerização continua até o hidróxido gelatinoso Th (OH)
4
se forma e precipita (embora o equilíbrio possa levar semanas para ser alcançado, porque a polimerização normalmente diminui antes da precipitação). [59] Como um ácido de Lewis duro , Th 4+ favorece ligantes duros com átomos de oxigênio como doadores: complexos com átomos de enxofre como doadores são menos estáveis ​​e são mais sujeitos à hidrólise. [36]

Números de coordenação elevados são a regra para o tório devido ao seu grande tamanho. Nitrato de tório pentahidratado foi o primeiro exemplo conhecido de coordenação número 11, o oxalato tetrahidratado tem coordenação número 10 e o borohidreto (preparado pela primeira vez no Projeto Manhattan ) tem coordenação número 14. [59] Esses sais de tório são conhecidos por sua alta solubilidade em água e solventes orgânicos polares. [8]

Muitos outros compostos de tório inorgânicos com ânions poliatômicos são conhecidos, como os percloratos , sulfatos , sulfitos , nitratos, carbonatos, fosfatos , vanadatos , molibdatos e cromatos e suas formas hidratadas. [60] Eles são importantes na purificação de tório e no descarte de resíduos nucleares, mas a maioria deles ainda não foi totalmente caracterizada, especialmente em relação às suas propriedades estruturais. [60]Por exemplo, o nitrato de tório é produzido pela reação do hidróxido de tório com o ácido nítrico: é solúvel em água e álcoois e é um importante intermediário na purificação do tório e seus compostos. [60] Complexos de tório com ligantes orgânicos, como oxalato , citrato e EDTA , são muito mais estáveis. Em águas naturais contendo tório, os complexos de tório orgânicos 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 aquelas de ligantes orgânicos. [57]

Piano-stool molecule structure of (η8-C8H8)ThCl2(THF)2
Estrutura da molécula de piano-fezes de ( η 8 -C
8
H
8
) ThCl
2
(THF)
2

Compostos Organothorium

A maior parte do trabalho sobre compostos organotório enfocou os complexos de ciclopentadienil e ciclooctatetraenil . Como muitos dos primeiros e intermediários actinídeos (até o amerício , e também esperado para o cúrio ), o tório forma um complexo ciclo-octatetraeneto: o amarelo Th (C
8
H
8
)
2
, toroceno . É isotípico com o composto de urânio análogo mais conhecido, o uranoceno . [61] Pode ser preparado reagindo K
2
C
8
H
8
com tetracloreto de tório em tetrahidrofurano (THF) na temperatura de gelo seco , ou pela reação de tetrafluoreto de tório com MgC
8
H
8
. [61] É instável ao ar e se decompõe na água ou a 190 ° C. [61] Compostos meio sanduíche também são conhecidos, como 8 -C
8
H
8
) ThCl
2
(THF)
2
, que tem uma estrutura de tamborete de piano e é feito pela reação do toroceno com tetracloreto de tório em tetra-hidrofurano. [36]

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 outra verde) é um exemplo raro de tório no estado formal de oxidação +3; [61] [62] um estado de oxidação +2 formal ocorre em um derivado. [63] O derivado de cloreto [Th (C
5
H
5
)
3
Cl]
é preparado por aquecimento de tório tetracloreto com limitação K (C
5
H
5
) usado (outros ciclopentadienilos de metal univalente também podem ser usados). Os alquilo e arilo derivados são preparados a partir do derivado de cloreto e têm sido usados para estudar a natureza da Th-C ligação sigma . [62]

Outros compostos organotório não são bem estudados. Tetrabenziltório, Th (CH
2
C
6
H
5
), e tetraaliltório, Th (C
3
H
5
)
4
, são conhecidos, mas suas estruturas não foram determinadas. Eles se decompõem lentamente em temperatura ambiente. Tório forma o ânion prismático trigonal monocapa [Th (CH
3
)
7
] 3−
, heptametiltorato, que forma o sal [Li (tmeda)]
3
[ThMe
7
]
(tmeda = Eu
2
NCH
2
CH
2
NMe
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. Tetrametiltório, Th (CH
3
)
4
, não é conhecido, mas seus adutos são estabilizados por ligantes de fosfina . [36]

Ocorrência

Formação

232 Th é um nuclídeo primordial, tendo existido em sua forma atual por mais de dez bilhões de anos; foi forjado nos núcleos de estrelas moribundas através do processo r e espalhado pela galáxia por supernovas e fusões de estrelas de nêutrons . [64] [65] A letra "r" significa "captura rápida de nêutrons" e ocorre em supernovas de colapso do núcleo, onde núcleos de sementes pesadas como 56 Fe capturam nêutrons rapidamente, indo contra a linha de gotejamento de nêutrons , como os nêutrons são capturado muito mais rápido do que os nuclídeos resultantes podem decair beta de volta para a estabilidade. A captura de nêutrons é a única maneira das estrelas sintetizarem elementos além do ferro devido ao aumentoBarreiras de Coulomb que tornam as interações entre partículas carregadas difíceis em números atômicos altos e o fato de que a fusão além do 56 Fe é endotérmica . [66] 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 lentos demais e os núcleos alfa intermediários decaem antes de capturar nêutrons suficientes para alcançar esses elementos. [64] [67] [68]

Histogram of estimated abundances of the 83 primordial elements in the Solar system
Abundâncias estimadas dos 83 elementos primordiais do sistema solar, plotadas em uma escala logarítmica . Thorium, no número atômico 90, é um dos elementos mais raros.

No universo, o tório está entre os mais raros dos elementos primordiais, porque é um dos dois elementos que podem ser produzidos apenas no processo-r (o outro é o urânio), e também porque vem lentamente decaindo do 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 imediatamente antes do terceiro pico de abundâncias do processo-r em torno dos metais pesados ​​do grupo da platina, bem como o urânio. [64] [66] [g] No passado distante, as abundâncias de tório e urânio eram enriquecidas pela decomposição dos isótopos de plutônio e cúrio, e o tório foi enriquecido em relação ao urânio pela degradação de 236 U a 232Th e o esgotamento natural de 235 U, mas essas fontes há muito decaíram e não contribuem mais. [69]

Na crosta terrestre, o tório é muito mais abundante: com abundância de 8,1  partes por milhão (ppm), é um dos mais abundantes dos elementos pesados, quase tão abundante quanto o chumbo (13 ppm) e mais abundante que o estanho ( 2,1 ppm). [70] Isso ocorre porque o tório provavelmente forma minerais de óxido que não penetram no núcleo; é classificado como litófilo . Os compostos comuns de tório também são pouco solúveis em água. Assim, embora os elementos refratários tenham as mesmas abundâncias relativas na Terra e no Sistema Solar como um todo, há tório mais acessível do que metais pesados ​​do grupo da platina na crosta. [71]

Heat produced by the decay of K-40, Th-232, U-235, U-238 within the Earth over time
O calor radiogênico da decomposição de 232 Th (violeta) é um dos principais contribuintes para o orçamento interno de calor da Terra . Dos quatro principais nuclídeos que fornecem esse calor, 232 Th cresceu para fornecer mais calor, pois os outros decaíram mais rápido do que o tório. [72] [73] [74] [75]

Na Terra

O tório é o 41º elemento mais abundante na crosta terrestre. O tório natural é geralmente 232 Th quase puro , que é o isótopo de tório de vida mais longa e mais estável, tendo uma meia-vida comparável à idade do universo. [22] Sua decadência radioativa é o maior contribuinte individual para o calor interno da Terra ; os outros contribuintes principais 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 235U contribuiu muito mais em virtude de suas curtas meias-vidas, mas eles decaíram mais rapidamente, deixando a contribuição de 232 Th e 238 U predominante.) [76] Sua decadência é responsável por uma diminuição gradual do conteúdo de tório da Terra: o planeta atualmente tem cerca de 85% do montante presente na formação da Terra. [47] 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. [22] [h]

O tório ocorre apenas como um constituinte menor da maioria dos minerais e, por esse motivo, antes era considerado raro. [78] O solo normalmente contém cerca de 6 ppm de tório. [79]

Na natureza, tório ocorre no estado de oxidação +4, em conjunto com urânio (IV), zircónio (IV), háfnio (IV), e de cério (IV), e também com o escândio , ítrio , os lantanídeos e trivalentes que têm semelhante iónico raios . [78] Por causa da radioatividade do tório, os minerais que o contêm são frequentemente metamitos (amorfos), sua estrutura cristalina foi danificada pela radiação alfa produzida pelo tório. [80] Um exemplo extremo é ekanite , (Ca, Fe, Pb)
2
(Th, U) Si
8
O
20
, que quase nunca ocorre na forma não metamítica devido ao tório que contém. [81]

A 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 . Ele contém cerca de 2,5% de tório em média, embora alguns depósitos possam conter até 20%. [78] [82] Monazita é um mineral quimicamente não reativo encontrado como areia amarela ou marrom; sua baixa reatividade torna difícil extrair o tório dele. [78] A 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. [78]

O dióxido de tório ocorre como a torianita mineral rara . Por serem isotípicos 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 ThO
2
contente. [78] [i] Thorite (principalmente silicato de tório , ThSiO
4
), também tem um alto teor de tório e é o mineral em que o tório foi descoberto pela primeira vez. [78] Em minerais de silicato de tório, o Th 4+ e SiO4−
4
íons são frequentemente substituídos por M 3+ (onde M = Sc, Y ou Ln) e fosfato ( PO3−
4
) íons, respectivamente. [78] 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, principalmente em solos ácidos, e nessas condições a concentração de tório pode chegar a 40 ppm. [47]

História

Thor raising his hammer in a battle against the giants
A luta de Thor com os gigantes (1872), de Mårten Eskil Winge ; Thor , o deus nórdico do trovão, erguendo seu martelo Mjölnir em uma batalha contra os gigantes . [83]

Relatório errônea

Em 1815, o químico sueco Jöns Jacob Berzelius analisou uma amostra incomum de gadolinita de uma mina de cobre em Falun , no centro da Suécia. Ele notou traços impregnados de um mineral branco, que ele cautelosamente presumiu 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, o gahnium , que acabou sendo óxido de zinco . [84] Berzelius denominou privadamente o elemento putativo de "tório" em 1817 [85] e seu suposto óxido de "torina" apósThor , o deus nórdico do trovão. [86] Em 1824, depois que mais depósitos do mesmo mineral em Vest-Agder , Noruega, foram descobertos, ele retirou suas descobertas, pois o mineral (mais tarde denominado xenotima ) provou ser principalmente ortofosfato de ítrio . [30] [84] [87] [88]

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 costumava enviar 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 ). [89]O velho Esmark determinou que não era um mineral conhecido e enviou uma amostra a Berzelius para exame. Berzelius determinou que continha um novo elemento. [30] Ele publicou suas descobertas em 1829, tendo isolado uma amostra impura reduzindo o KThF
5
com potássio metálico. [90] [91] [92] Berzelius reutilizou o nome da suposta descoberta anterior do elemento [90] [93] e nomeou o mineral de origem torita. [30]

Jöns Jacob Berzelius
Jöns Jacob Berzelius , que primeiro identificou o tório como um novo elemento

Berzelius fez algumas caracterizações iniciais do novo metal e seus compostos químicos: ele determinou corretamente que a proporção da 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 assim calculou que a massa atômica era 7,5 vezes a do oxigênio (120 amu ); na verdade, é 15 vezes maior. [j] Ele determinado que tório foi muito electropositivo do metal, à frente de e atrás de cério zircónio em electropositivity. [94] O tório metálico foi isolado pela primeira vez em 1914 pelos empresários 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 na 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 mudou o cério e o tório para o grupo IV em 1871, que também continha o grupo de carbono moderno (grupo 14) e o grupo de titânio (grupo 4), por causa de sua oxidação máxima estado era +4. [97] [98]Cério foi logo removido do corpo principal da mesa e colocado em uma série separada de lantanídeos; o tório ficou com o grupo 4, pois tinha propriedades semelhantes aos seus supostos congêneres mais leves nesse grupo, como o titânio e o zircônio. [99] [l]

Primeiros usos

Gas mantle
Manto de gás de dióxido de tório da Segunda Guerra Mundial

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. [30] Muitas aplicações foram subsequentemente 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. [100]

Radioatividade

O tório foi observado pela primeira vez como radioativo em 1898, pelo químico alemão Gerhard Carl Schmidt e, mais tarde naquele ano, de forma independente, pela física polonesa-francesa Marie Curie . Foi o segundo elemento radioativo encontrado, após a descoberta de 1896 de radioatividade no urânio pelo físico francês Henri Becquerel . [101] [102] [103] A partir de 1899, o físico da Nova Zelândia Ernest Rutherford e o engenheiro elétrico americano Robert Bowie Owensestudou a radiação do tório; as observações iniciais mostraram que variou significativamente. Determinou-se que essas variações vinham de uma filha gasosa de tório, de vida curta, que eles descobriram ser um novo elemento. Esse elemento agora é chamado de radônio , o único dos raros radioelementos a ser descoberto na natureza como filha do tório em vez do urânio. [104]

Depois de 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. Esta observação levou à identificação de a meia-vida como um dos resultados dos experimentos com partículas alfa que levaram à teoria da desintegração da radioatividade . [105] O efeito biológico da radiação foi descoberto em 1903. [106] O fenômeno recém-descoberto da radioatividade excitou os cientistas e o público em geral. Na década de 1920, a radioatividade do tório foi promovida como uma cura para o 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. [107] 10.000 indivíduos nos Estados Unidos foram injetados com tório durante o diagnóstico de raios-X; mais tarde, descobriu-se que eles sofriam de problemas de saúde, como leucemia e cromossomos anormais. [47] O interesse público pela radioatividade diminuiu no final da década de 1930. [107]

Glenn T. Seaborg
Glenn T. Seaborg , que definiu a localização do tório no bloco f

Classificação adicional

Até o final do século 19, os químicos concordavam unanimemente que o tório e o urânio eram análogos ao háfnio e ao tungstênio; a existência de lantanídeos na sexta linha foi considerada um acaso único. Em 1892, o químico britânico Henry Bassett postulou uma segunda linha da tabela periódica extralonga para acomodar elementos conhecidos e não descobertos, considerando o tório e o urânio como 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 indicou que a sétima linha da tabela periódica também deve ter preenchimento de cascas f antes das cascas d que foram preenchidas nos elementos de transição, como a sexta linha com os lantanídeos precedendo os metais de transição 5d.[97] 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; [108] Bohr sugeriu que o preenchimento dos orbitais 5f pode ser adiado para depois do urânio. [97]

Foi somente com a descoberta dos primeiros elementos transurânicos , que a partir do plutônio em diante têm estados de oxidação +3 e +4 dominantes como os lantanídeos, que se percebeu que os actinídeos estavam de fato preenchendo os orbitais f em vez dos orbitais d, com o A química semelhante ao metal de transição dos primeiros actinídeos sendo a exceção e não a regra. [109] 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 de bloco f análoga aos lantanídeos, em vez de ser o congênere mais pesado do háfnio em uma quarta fileira do bloco d. [99][m]

Phasing out

Na década de 1990, a maioria das aplicações que não dependem da radioatividade do tório diminuiu rapidamente devido a questões de segurança e ambientais, pois foram encontrados substitutos mais seguros. [30] [112] Apesar de sua radioatividade, o elemento permaneceu em uso para aplicações onde nenhuma alternativa adequada poderia ser encontrada. Um estudo de 1981 do Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos, estimou que usar um manto de gás tório todo fim de semana seria seguro para uma pessoa, [112] mas este não foi o caso para a dose recebida pelas pessoas que fabricam os mantos ou para o solos ao redor de algumas fábricas. [113] Alguns fabricantes mudaram para outros materiais, como ítrio. [114]Ainda em 2007, algumas empresas continuaram a fabricar e vender mantos de tório sem fornecer informações adequadas sobre sua radioatividade, com algumas até alegando falsamente que não eram radioativos. [112] [115]

A energia nuclear

Indian Point Energy Center
O Indian Point Energy Center ( Buchanan, Nova York , Estados Unidos), lar do primeiro reator de tório do mundo

O tório tem sido usado como fonte de energia em escala de protótipo. O mais antigo reator baseado em tório foi construído no Indian Point Energy Center localizado em Buchanan , Nova York, Estados Unidos em 1962. [116] A China pode ser a primeira a ter uma chance de comercializar a tecnologia. [117] O país com as maiores reservas estimadas de tório no mundo é a Índia , que possui reservas esparsas de urânio. Na década de 1950, a Índia buscou alcançar a independência energética com seu programa de energia nuclear de três estágios . [118] [119]Na maioria dos países, o urânio era relativamente abundante e o progresso dos reatores baseados em tório era lento; no século 20, três reatores foram construídos na Índia e doze em outros lugares. [120] A pesquisa em grande 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 suas pesquisas. Alvin Radkowsky, da Universidade de Tel Aviv, em Israel, foi o projetista-chefe da Estação de Energia Atômica Shippingport na Pensilvânia, o primeiro reator civil americano a produzir tório. [121]Ele fundou um consórcio para desenvolver reatores de tório, que incluía outros laboratórios: Raytheon Nuclear Inc. e Laboratório Nacional de Brookhaven nos Estados Unidos, e o Instituto Kurchatov na Rússia. [122]

No século 21, o potencial do tório para reduzir a proliferação nuclear e suas características de resíduos levaram a um interesse renovado no ciclo do combustível do tório. [123] [124] [125] 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 projeto mais recente para um "reator nuclear de próxima geração" que queima tório como minério de combustível, chamando-o de reator avançado de água pesada(AHWR). Em 2009, o presidente da Comissão Indiana de Energia Atômica disse que a Índia tem uma "meta de objetivo de longo prazo de se tornar independente de energia com base em seus vastos recursos de tório."

Armas nucleares

Quando quantidades de gramas de plutônio 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 alimentada por plutônio . Enquanto a equipe de Los Alamos começava a trabalhar na arma de implosão para contornar esse problema, a equipe de Chicago discutiu as soluções de projeto do reator. Eugene Wigner propôs usar o plutônio contaminado com 240 Pu para conduzir a conversão de tório em 233U em um reator conversor especial. Foi hipotetizado que o 233 U seria então utilizável em uma arma do tipo revólver, embora tenham sido levantadas preocupações sobre a contaminação do 232 U. O progresso na arma de implosão foi suficiente, e este conversor não foi mais desenvolvido, mas o projeto teve enorme influência no desenvolvimento da energia nuclear. Foi a primeira descrição detalhada de um reator moderado por água altamente enriquecido, resfriado por água, semelhante aos futuros reatores navais e comerciais. [126]

Durante a Guerra Fria, os Estados Unidos exploraram a possibilidade de usar 232 Th como uma fonte de 233 U para ser usado em uma bomba nuclear ; eles dispararam uma bomba de teste em 1955. [127] Eles concluíram que uma bomba disparada de 233 U seria uma arma muito potente, mas trazia poucas "vantagens técnicas" sustentáveis ​​sobre as bombas contemporâneas de urânio-plutônio, [128] especialmente desde 233 U é difícil de produzir na forma isotopicamente pura. [127]

Thorium metal foi usado no caso de radiação de pelo menos um projeto de arma nuclear implantado pelos Estados Unidos (o W71 ). [129]

Produção

Estimativas do limite inferior das reservas de tório em milhares de toneladas , 2014 [127]
País Reservas
Índia 1070
Brasil 632
Austrália 595
Estados Unidos 595
Egito 380
Turquia 374
Venezuela 300
Canadá 172
Rússia 155
África do Sul 148
China 100
Noruega 87
Groenlândia 86
Finlândia 60,5
Suécia 50
Cazaquistão 50
Outros países 1.725
Total mundial 6579,5

A baixa demanda faz com que as minas de exploração apenas para a extração de tório não sejam lucrativas, e quase sempre é extraído com as terras raras, que podem ser subprodutos da produção de outros minerais. [130] A dependência atual da monazita para a produção se deve ao fato de o tório ser amplamente produzido como um subproduto; outras fontes, como torita, contêm mais tório e podem ser facilmente usadas para produção se a demanda aumentar. [131] O conhecimento atual da distribuição dos recursos de tório é insuficiente, pois a baixa demanda fez com que os esforços de exploração fossem relativamente menores. [132] Em 2014, a produção mundial do concentrado de monazita, do qual o tório seria extraído, foi de 2.700 toneladas. [133]

A rota de produção comum 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. [134]

Concentração

Existem duas categorias de minerais de tório para extração de tório: primários e secundários. 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 montanhosas graníticas. Nestes depósitos, o tório é enriquecido junto com outros minerais pesados. [40] A concentração inicial varia com o tipo de depósito. [134]

Para os depósitos primários, os pegmatitos de origem, geralmente obtidos por mineração, são divididos em pequenas partes e depois passam por flotação . Os carbonatos de metal alcalino-terroso podem ser removidos após a reação com cloreto de hidrogênio ; em seguida, segue-se o espessamento , filtração e calcinação. O resultado é um concentrado com teor de terras raras de até 90%. [134] Materiais secundários (como areias costeiras) passam por separação por gravidade. Segue-se a separação magnética, com uma série de ímãs de força crescente. A monazita obtida por este método pode ser tão pura quanto 98%. [134]

A produção industrial do século XX dependia do tratamento com ácido sulfúrico concentrado a quente em vasos de ferro fundido, seguido de precipitação seletiva por diluição com água, como nas etapas subsequentes. Este método contou com as especificidades da técnica e o tamanho do grão do concentrado; muitas alternativas foram propostas, mas apenas uma se mostrou eficaz economicamente: digestão alcalina com solução quente de hidróxido de sódio. É mais caro do que o método original, mas produz uma pureza mais elevada de tório; em particular, remove os fosfatos do concentrado. [134]

Digestão ácida

A digestão ácida é um processo de duas etapas, envolvendo o uso de até 93% de ácido sulfúricoa 210–230 ° C. Primeiro, ácido sulfúrico em excesso de 60% da massa de areia é adicionado, engrossando a mistura de reação conforme os produtos são formados. Em seguida, adiciona-se ácido sulfúrico fumante e a mistura é mantida à mesma temperatura por mais cinco horas para reduzir o volume de solução remanescente 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 elas 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 é rápida o suficiente para que o processo seja prático.Para garantir que nenhum precipitado se forma para bloquear a superfície da monazita reativa, a massa de ácido usada deve ser o dobro da areia, em vez dos 60% que seriam esperados da estequiometria. A mistura é então resfriada a 70 ° C e diluída com dez vezes seu volume de água fria, de modo que qualquer monazita remanescente afunda enquanto as terras raras e o tório permanecem em solução. O tório pode então ser separado por precipitação como fosfato em pH 1,3, uma vez que as terras-raras não precipitam até pH 2.de modo que qualquer monazita remanescente afunda para o fundo enquanto as terras raras e o tório permanecem em solução. O tório pode então ser separado por precipitação como fosfato em pH 1,3, uma vez que as terras-raras não precipitam até pH 2.de modo que qualquer monazita remanescente afunda para o fundo enquanto as terras raras e o tório permanecem em solução. O tório pode então ser separado por precipitação como fosfato em pH 1,3, uma vez que as terras-raras não precipitam até pH 2.[134]

Digestão alcalina

A digestão alcalina é realizada em solução de hidróxido de sódio a 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. Estas condições de reação são bastante suaves e requerem areia monazítica com um tamanho de partícula abaixo de 45 μm. Após a filtração, a torta de filtro inclui tório e terras raras como seus hidróxidos, urânio como diuranato de sódio e fosfato como fosfato trissódico . Este cristaliza o deca-hidrato de fosfato trissódico quando resfriado abaixo de 60 ° C; As impurezas de urânio neste produto aumentam com a quantidade de dióxido de silíciona 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 hidróxido de sódio a 47% resulta na precipitação de tório e urânio a cerca de pH 5,8. A secagem completa do precipitado deve ser evitada, pois o ar pode oxidar 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. Extração de solventetambém pode ser usado para separar o tório e o urânio, dissolvendo a torta de filtro resultante em ácido nítrico. A presença de hidróxido de titânio é deletéria, pois liga o tório e evita que se dissolva totalmente. [134]

Purificação

Altas concentrações de tório são necessárias em aplicações nucleares. Em particular, as concentrações de átomos com seções transversais de alta captura de nêutrons devem ser muito baixas (por exemplo, as concentrações de gadolínio devem ser menores do que uma parte por milhão por peso). Anteriormente, repetidas dissoluções e recristalizações 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 do fosfato, os complexos de nitrato resultantes de tório, urânio e terras raras podem ser separados por extração com fosfato de tributila em querosene . [134]

As aplicações modernas

Os usos não relacionados com a radioatividade do tório estão em declínio desde a década de 1950 [135] devido a preocupações ambientais em grande parte decorrentes da radioatividade do tório e seus produtos de decomposição. [30] [112]

A maioria das aplicações de tório usa seu dióxido (às vezes chamado de "thoria" 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. [47] Isso ajuda o composto a permanecer sólido na 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 . [136] 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. [50]

A energia, parte dela na forma de luz visível, é emitida quando o tório é exposto a uma fonte de energia, como um raio catódico, calor ou luz ultravioleta . Esse efeito é compartilhado pelo dióxido de cério, que converte a luz ultravioleta em luz visível com mais eficiência, mas o dióxido de tório fornece uma temperatura de chama mais alta, emitindo menos luz infravermelha . [136] Tório em mantos, embora ainda comum, foi progressivamente substituído por ítrio desde o final dos anos 1990. [137] De acordo com a revisão de 2005 do Conselho Nacional de Proteção Radiológica do Reino Unido , "embora [mantas de gás thoriated] estivessem amplamente disponíveis há alguns anos, não estão mais." [138]O tório também é usado para fazer geradores de íons negativos permanentes baratos , como pulseiras pseudocientíficas . [139]

Durante a produção de filamentos incandescentes , a recristalização de tungstênio é significativamente reduzida pela adição de pequenas quantidades de dióxido de tório ao pó de sinterização de tungstênio antes de extrair os filamentos. [135] 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. [30] O tório forma uma camada de um átomo de espessura na superfície do tungstênio. A função de trabalho de uma superfície de tório é diminuída possivelmente devido ao campo elétrico na interface entre o tório e o tungstênio formado devido à maior eletropositividade do tório.[140] Desde a década de 1920, fios de tungstênio toriado têm sido usados ​​em tubos eletrônicos e nos cátodos e anticátodos de tubos de raios-X e retificadores. Graças à reatividade do tório com o oxigênio e nitrogênio atmosféricos, o tório também atua como absorvedor de impurezas nos tubos evacuados. A introdução de transistores na década de 1950 diminuiu significativamente esse uso, mas não totalmente. [135] O dióxido de tório é usado na soldagem a arco com gás tungstênio (GTAW) para aumentar a força de alta temperatura dos eletrodos de tungstênio e melhorar a estabilidade do arco. [30] O óxido de tório está sendo substituído neste uso por outros óxidos, como os de zircônio, cério e lantânio . [141] [142]

O dióxido de tório é encontrado em cerâmicas resistentes ao calor , como cadinhos de laboratório de alta temperatura , [30] como ingrediente principal 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 por causa de suas melhores propriedades mecânicas e maior durabilidade. [135]

Three lenses from yellowed to transparent left-to-right
Lente amarelada de dióxido de tório (esquerda), uma lente semelhante parcialmente desamarelada com radiação ultravioleta (centro) e lente sem amarelecimento (direita)

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. [41] A radiação dessas lentes pode escurecê-las e torná-las amarelas ao longo dos anos e degrada o filme, mas os riscos à saúde são mínimos. [143] As lentes amareladas podem ser restauradas ao seu estado original incolor por uma longa exposição à intensa radiação ultravioleta. Desde então, 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. [135]

O tetrafluoreto de tório é usado como um material anti-reflexo 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. [144] Substituições para tetrafluoreto de tório estão sendo desenvolvidas a partir da década de 2010, [145] que incluem trifluoreto de lantânio .

Ligas de Mag-Thor (também chamadas de magnésio thoriated) encontraram uso em algumas aplicações aeroespaciais, embora tais usos tenham sido eliminados devido a preocupações com a radioatividade.

Uso potencial para a energia nuclear

A principal fonte de energia nuclear em um reator é a fissão induzida por nêutrons de um nuclídeo; os núcleos sintéticos físseis [d] 233 U e 239 Pu podem ser gerados a partir da captura de nêutrons pelos nuclídeos de quantidade de ocorrência natural 232 Th e 238 U. 235 U ocorre naturalmente e também é físsil. [146] [147] [n] No ciclo de combustível de tório, o isótopo fértil 232 Th é bombardeado por nêutrons lentos , passando por captura de nêutrons para se tornar 233 Th, que sofre dois decaimentos beta consecutivos para se tornar os primeiros 233 Pae então o físsil 233 U: [30]

232
90
º
+ 3n → 233
90
º
+ γ + 2nβ -21,8 min 233
91
Pa
+ n β -27,0 dias 233
92
você
α1,60 × 105
y
237 Np
231 U 232 U 233 U 234 U 235 U 236 U 237 U
231 Pa 232 Pa 233 Pa 234 Pa
230 th 231 th 232 th 233 th
  • Nuclídeos com fundo amarelo em itálico têm meia-vida inferior a 30 dias
  • Nuclídeos em negrito têm meia-vida de mais de 1.000.000 de anos
  • Nuclídeos em molduras vermelhas são físseis

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 mais 232 Th núcleos, continuando o ciclo. [30] 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 o beta para primeiro 239 Np e depois 239 Pu físsil . [148]

Vantagens

O tório é mais abundante que o urânio e pode satisfazer as demandas mundiais de energia por mais tempo. [149] É particularmente adequado para ser usado como material fértil em reatores de sal fundido .

232 Th absorve nêutrons mais prontamente do que 238 U, e 233 U tem uma probabilidade maior de fissão após a captura de nêutrons (92,0%) do que 235 U (85,5%) ou 239 Pu (73,5%). [150] Ele também libera mais nêutrons após a fissão, em média. [149] Uma única captura de nêutrons por 238 U produz resíduos transurânicos junto com o fusível 239 Pu, mas 232 Th só produz esses resíduos após cinco capturas, formando 237 Np. Este número de capturas não acontece para 98-99% dos 232 Th núcleos porque os produtos intermediários 233 U ou 235U sofre 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 . [151]

Os combustíveis de tório resultam em um núcleo de reator mais seguro e de melhor desempenho [30] porque o dióxido de tório tem um ponto de fusão mais alto, maior condutividade térmica e um coeficiente de expansão térmica mais baixo . É mais estável quimicamente do que o dióxido de urânio combustível, agora comum, porque este se oxida em octoóxido de triurânio ( U
3
O
8
), tornando-se substancialmente menos denso. [152]

Desvantagens

O combustível usado é difícil e perigoso de reprocessar porque muitas das filhas de 232 Th e 233 U são fortes emissores de gama. [149] Todos os métodos de produção de 233 U resultam em impurezas de 232 U , tanto de reações de nocaute parasitária (n, 2n) em 232 Th, 233 Pa ou 233 U que resultam na perda de um nêutron, ou de nêutron duplo captura de 230 Th, uma impureza em 232 Th natural : [153]

230
90
º
+ n → 231
90
º
+ γ β -25,5 h 231
91
Pa
α3,28 × 104
y
­ 231
91
Pa
+ n → 232
91
Pa
+ γ β -1,3 d 232
92
você
α69 anos

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.) [154] Essas impurezas de 232 U tornam 233 U fácil de detectar e perigoso de trabalhar, e o a impraticabilidade de sua separação limita as possibilidades de proliferação nuclear usando 233 U como material físsil. [153] 233 Pa tem uma meia-vida relativamente longa de 27 dias e uma seção transversal altapara 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 a chance de capturar um nêutron e decairá apenas para 233 U. [155]

A irradiação de 232 Th com nêutrons, seguida de seu processamento, precisa ser dominada antes que essas vantagens possam ser percebidas, e isso requer tecnologia mais avançada do que o ciclo de combustível de urânio e plutônio; [30] a pesquisa continua nesta área. Outros citam a baixa viabilidade comercial do ciclo de combustível de tório: [156] [157] [158] 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 "em nas próximas décadas ". [159] Os isótopos produzidos no ciclo de combustível do tório não são na maioria transurânicos, mas alguns deles ainda são muito perigosos, como o 231Pa, que tem meia-vida de 32.760 anos e é um dos principais contribuintes para a radiotoxicidade de longo prazo do combustível nuclear usado. [155]

Riscos

Thorium mantle installed over a small sprout of grass
Experiência sobre o efeito da radiação (de um manto de gás tório não queimado) na germinação e crescimento de sementes de capim-rabo- de -gato

Radiológico

O tório natural decai muito lentamente em comparação com muitos outros materiais radioativos, e a radiação alfa emitida não pode penetrar na pele humana. Como resultado, o manuseio de pequenas quantidades de tório, como aquelas em mantas de gás, é considerado seguro, embora o uso de tais itens possa apresentar alguns riscos. [160] A exposição a um aerossol de tório, como poeira contaminada, pode aumentar o risco de câncer de pulmão , pâncreas e sangue , pois os pulmões e outros órgãos internos podem ser penetrados pela radiação alfa. [160] A exposição interna ao tório aumenta o risco de doenças hepáticas . [161]

Os produtos da decomposição do 232 Th incluem radionuclídeos mais perigosos, como rádio e radônio. Embora relativamente poucos desses produtos sejam criados como resultado da decadência lenta do tório, uma avaliação adequada da toxicidade radiológica de 232 Th deve incluir a contribuição de suas filhas, algumas das quais são perigosas emissoras gama , [162] e que são acumulou-se rapidamente após o decaimento inicial de 232 Th devido à ausência de nuclídeos de vida longa ao longo da cadeia de decaimento. [163]Como as perigosas filhas 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 de tório 224 Ra, 228 Ra, 212 Pb e 212 Bi são liberadas. [164] A maior parte da dose de radiação por um usuário normal surge da inalação do rádio, resultando em uma dose de radiação de até 0,2  milisieverts por uso, cerca de um terço da dose sustentada durante uma mamografia . [165]

Algumas agências de segurança nuclear fazem recomendações sobre o uso de mantas de tório e levantaram questões 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, sim. [161]

Biológico

O tório é inodoro e insípido. [166] A toxicidade química do tório é baixa porque o tório e seus compostos mais comuns (principalmente o dióxido) são pouco solúveis em água, [167] precipitando-se antes de entrar no corpo como o hidróxido. [168] 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. [163] Se um objeto que contém tório for mastigado ou chupado, ele perde 0,4% do tório e 90% de suas filhas perigosas para o corpo. [115] Três quartos do tório que penetrou no corpo acumulam-se no esqueleto. A absorção pela pele é possível, mas não é um meio provável de exposição. [160] A baixa solubilidade do tório em água também significa que a excreção do tório pelos rins e fezes é bastante lenta. [163]

Testes sobre a absorção de tório de trabalhadores envolvidos no processamento de monazita mostraram níveis de tório acima dos limites recomendados em seus corpos, mas nenhum efeito adverso sobre a saúde foi encontrado nessas concentrações moderadamente baixas. Nenhuma toxicidade química foi ainda observada no trato traqueobrônquico e nos pulmões devido à exposição ao tório. [168] Pessoas que trabalham com compostos de tório correm o risco de dermatite . Pode levar até trinta anos após a ingestão de tório para que os sintomas se manifestem. [47] O tório não tem função biológica conhecida. [47]

Química

O metal tório em pó é pirofórico: ele se inflama espontaneamente no ar. [6] 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 / pés cúbicos (0,075 kg / m 3 ); a energia mínima de ignição para poeira (não submicrônica) foi listada como 5  mJ . [169]

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; um morreu de complicações causadas por queimaduras de terceiro grau . [170] [171] [172]

Vias de exposição

O tório existe em quantidades muito pequenas em todos os lugares da 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. [47] A maior parte da exposição ao tório ocorre por inalação de poeira; algum tório vem com comida e água, mas por causa de sua baixa solubilidade, essa exposição é insignificante. [163]

A exposição é aumentada para pessoas que vivem perto de depósitos de tório ou locais de eliminação de resíduos radioativos, aqueles que vivem perto ou trabalham em fábricas de processamento de urânio, fosfato ou estanho e para aqueles que trabalham na produção de manto de gás. [173] O tório é especialmente comum nas áreas costeiras de Tamil Nadu , na Índia, onde os residentes podem ser expostos a uma dose de radiação que ocorre naturalmente dez vezes mais do que a média mundial. [174] Também é comum nas áreas costeiras do norte do Brasil , do sul da Bahia a Guarapari , uma cidade com praias de areia monazítica radioativa, com níveis de radiação até 50 vezes maiores do que a radiação de fundo média mundial. [175]

Outra possível fonte de exposição é a poeira de tório produzida em estandes de teste de armas, uma vez que o tório é usado nos sistemas de orientação de alguns mísseis. Isso foi responsabilizado pela alta incidência de defeitos de nascença e câncer em Salto di Quirra, na ilha italiana da Sardenha . [176]

Veja também

Notas

  1. ^ O bismuto é ligeiramente radioativo, mas sua meia-vida (1,9 × 10 19 anos) é tão longa que sua decomposição é insignificante, mesmo em períodos geológicos.
  2. ^ Atrás do ósmio , tântalo , tungstênio e rênio ; [6] pontos de ebulição mais altos são especulados para serem encontrados nos metais de transição 6d, mas eles não foram produzidos em quantidades grandes o suficiente para testar esta previsão. [10]
  3. ^ Os raios gama são diferenciados por sua origem no núcleo, não por seu comprimento de onda; portanto, não há limite inferior para a energia gama derivada do decaimento radioativo. [28]
  4. ^ a b Um nuclídeo fissionável é capaz de sofrer fissão (mesmo com uma probabilidade baixa) após capturar um nêutron de alta energia. Alguns desses nuclídeos podem ser induzidos à fissão com nêutrons térmicos de baixa energia com uma 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 em cadeia nuclear contínua .
  5. ^ 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.
  6. ^ Ao contrário da semelhança anterior entre os actinídeos e os metais de transição, a semelhança do grupo principal termina amplamente 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 urânio (VI) e urânio (IV); essas são duas unidades de oxidação à parte, com o estado de oxidação mais alto correspondendo à perda formal de todos os elétrons de valência, que é semelhante ao comportamento dos elementos pesados ​​do grupo principal no bloco p . [38]
  7. ^ Um número par de prótons ou nêutrons geralmente aumenta a estabilidade nuclear dos isótopos, em comparação com os isótopos com números ímpares. Elementos com números atômicos ímpares não têm mais do que dois isótopos estáveis; Os elementos de número par têm vários isótopos estáveis, com o estanho (elemento 50) tendo dez. [11]
  8. ^ Outros isótopos podem ocorrer ao lado de 232 Th, mas apenas em quantidades vestigiais. Se a fonte não contiver urânio, o único outro isótopo de tório presente seria 228 Th, que ocorre na cadeia de decaimento de 232 Th (a série do tório ): a proporção de 228 Th para 232 Th seria inferior a 10 −10 . [22] Se o urânio estiver presente, pequenos traços de vários outros isótopos também estarão presentes: 231 Th e 227 Th da cadeia de decaimento de 235 U (a série do actínio ), e traços ligeiramente maiores, mas ainda pequenos, de 234Th e 230 Th da cadeia de decaimento de 238 U (a série do urânio ). [22] O 229 Th também foi 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. [77] 229 Th é produzido principalmente como filho de 233 U artificial feito por irradiação de nêutrons de 232 Th, e é extremamente raro na natureza. [22]
  9. ^ Torianita refere-se a minerais com 75-100 mol%  ThO
    2
    ; uranothorianita, 25-75 mol%  ThO
    2
    ; uraninita toriana , 15-25 mol%  ThO
    2
    ; uraninita , 0-15 mol%  ThO
    2
    . [78]
  10. ^ Na época, os elementos de terras raras , entre os quais o tório foi encontrado e com os quais está intimamente associado na natureza, eram considerados divalentes; as terras raras receberamvalores de peso atômico dois terços de seus reais, e o tório e o urânio receberam valores da metade dos reais.
  11. ^ 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 teve sucesso em alcançar um alto grau de pureza. [95] Lely e Hamburger obtiveram 99% de tório metálico puro reduzindo o cloreto de tório com sódio metálico. [96] 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.[96]
  12. ^ 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 peso atômico em torno de 120: esta é a metade de seu valor real, pois 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 . 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 Meyerem 1870, todos os quais excluem as terras raras e o tório. [97]
  13. ^ O preenchimento da subcamada 5f do início da série de actinídeos foi confirmado em 1964 quando o próximo elemento, rutherfórdio , foi sintetizado pela primeira vez e se comportou como háfnio, como seria de esperar se o preenchimento dos orbitais 5f já tivesse terminado em então. [110] Hoje, as semelhanças do tório com o háfnio ainda são algumas vezes reconhecidas ao chamá-lo de "elemento do pseudo grupo 4". [111]
  14. ^ Os treze isótopos actinídeos físseis com meia-vida ao longo de 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 ocorre naturalmente, e apenas 233 U e 239Pu pode ser gerado a partir de núcleos de ocorrência natural com uma única captura de nêutrons. [147]

Referências

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