Властивості торію

Торій (Thorium; по імені древнескандінавского бога-громовержця Тора), Th – радіоактивний хім. елемент III групи періодичної системи елементів; ат. н. 90, ат. м. 232,0381; відноситься до актиноїдів. Світло-сірий метал. У з’єднаннях виявляє ступінь окислення переважно. + 4, а також + 2 і +3. Природний торій складається практично з ізотопу 232Th з періодом напіврозпаду 1,39 X 10 10 років. Відомо 13 ізотопів торію з масовими числами 223-235. Торій відкрив (1828) швед, хімік Й. Я. Берцеліус в мінералі торіте ThSiО4.

Вміст у земній корі 8х10-4%. Торій виявлений більш ніж в 120 мінералах, з яких брало монацит служить головним джерелом його отримання. Торій – поліморфний метал. Низькотемпературна альфа-модифікація торію, що має гранецентрированную кубічну грати з періодом а = 5,086 А (т-ра 25 ° С), перетворюється при т-рі 1360 ° С в бета-модифікацію з об’емноцентрірованной кубічної гратами і періодом а = 4,11 А ( т-ра 1450 ° С). Щільність (т-ра 25 ° С) 11,72 г / см3; tпл 1750 ° С.
Теплоємність (температура 27 ° С) 6,54 ккал / моль • град; коеф. теплопровідності (т-ра 110 ° С) 0,090 кал / см-сек град; СР коеф. лінійного розширення 11,55 • 10-6 град-1 в інтервалі т-р 30-200 ° С; питомий електричний опір (т-ра 20 ° С) 13 мком • см.

При температурі нижче 1,3-1,4 До метал стає надпровідником. Робота виходу електронів 3,51 ев. Магнітна сприйнятливість 0,54 • 10-6 е.м.е. / г (т-ра 20 ° С). При кімнатній т-рі модуль нормальної пружності 7000 кгс / мм2, модуль зсуву 2800 кгс / мм2; коеф. Пуассона 0,27. Найбільш чистий йодідний торій малопрочен і пластичний при кімнатній т-рі. У деформованому і отожженном при т-рі 650 ° С стані його межа міцності на розтяг 12,2 кгс / мм2, відносне подовження 36%; відносне звуження 62%; HV = 45. Менш чистий спечений із електролітичного порошку торій, деформований і потім відпалений, має межу міцності на розтяг 16,6 кгс / мм2; межа плинності 8,0 кгс / мм2; відносне подовження 35%; НУ = 53,0.

Розчинення вуглецю в торії істотно підвищує його міцність. Внаслідок малої розчинності кисню та азоту в торій їх домішки майже не впливають на його механічні властивості. Йодідний торій не переходить в крихке стан. При вмісті 0,05% С перехід в крихке стан спостерігається нижче т-ри 0 ° С. Торій в порошкоподібному стані пірофорен на повітрі і кисні. Компактний метал peaгірует з киснем повільно при т-рі 250 ° С і швидко при т-рі 450 ° С. Торій утворює нітрид Th2N3 і гідрид ТhН2. Т. кородують в дистильованої воді до т-ри 100 ° С, стійкий в розплавлених лужних металах, що не містять кисень. Металевий торій, його сплави з ураном або плутонієм (до 10-15%) володіють великою стабільністю розмірів при опроміненні нейтронами.

Нейтронне опромінення упрочняет метал. Торій витягують з збагачених монацитових руд, обробляючи їх концентрованої сірчаної кислотою або міцним розчином їдкого натру при т-рі 140-200 ° С. Отримані розчинні сполуки торію відокремлюють селективним розчиненням і осадженням або екстракцією органічними розчинниками. Кінцевим продуктом хімічної переробки руди є окис торію або його галогеніди. Торій у вигляді порошку чистотою 99,6-99,8% отримують кальціетерміческім відновленням окису торію в присутності хлористого кальцію (т-ра 1100- 1200 ° С). Губчастий торій отримують відновленням ThF4 кальцієм з добавкою ZnCl2. Відновлення до металу здійснюють також електролізом ThF4 або KThF5 в розплаві хлоридів лужних металів при т-рі 750-800 ° С, що дає можливість отримати порошок торію чистотою більш 99,9%. Дуже чистий металевий торій отримують йодідного рафінуванням. Висока температура плавлення і хімічна активність торію ускладнюють його плавку і лиття.

Плавлять торій в дугових печах з мідним охолоджуваним водою тиглем-кристалізатором у вакуумі або середовищі інертного газу. Виплавлений в дугового печі йодідний торій можна прокатувати в холодному стані зі ступенем обтиснення до 99% без проміжних отжигов і розтріскування. Прутки і труби з торієвих злитків виготовляють гарячим пресуванням. Металевий торій має низькими антифрикційними властивостями і схильний до налипання на робочі поверхні інструменту. Рекрісталлізаціонний отжиг після холодного деформування здійснюють при т-рі 650-750 ° С (1 год) для кальціетерміческого металу і при т-рі 600-700 ° С для йодідного. Плакируют торій алюмінієм або цирконієм в процесі пресування або прокатки.

При роботі з торієм необхідне дотримання правил безпеки, передбачених для радіоактивних та пірофорних речовин. Торій застосовують для легування магнієвих сплавів, для збільшення їх міцності при підвищених т-рах, як присадний матеріал при зварюванні молібдену з метою підвищення пластичності шва. При виготовленні електровакуумних приладів використовують торійований вольфрам (1-2% Th02). Окис торію або її суміш з оксидами ін. Металів застосовують в якості каталізаторів окислення, гідрогенізації і крекінгу. З Th02 виготовляють тиглі, стійкі в розплавах хімічно активних металів, і високотемпературні керамічні нагрівачі (95% Th02 + 5% Y203 або La208; 85% Th02 + 15% Ce02). Перспективно застосування торію як ядерне пальне.

Посилання на основну публікацію