Przejdź do zawartości

Tlenek toru(IV)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Tlenek toru(IV)
Ogólne informacje
Charakterystyka fizyczna
białe sześcienne kryształy[1.1]
Wzór chemiczny

ThO2

• zapis Hilla

O2Th

Masa molowa

264,04 g/mol

Identyfikacja
Numer CAS

1314-20-1

PubChem

14808

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
Więcej identyfikatorów i właściwości może znajdować się w Wikidanych

Tlenek toru(IV), ditlenek toru – nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków, w którym tor występuje na IV stopniu utlenienia.

Budowa cząsteczki

[edytuj | edytuj kod]

Krystalizuje w układzie regularnym, kryształy o strukturze fluorytu, grupa przestrzenna Fm3m[3].

Występowanie

[edytuj | edytuj kod]

W przyrodzie występuje naturalnie w postaci minerału – torianitu[4.1]. Wchodzi także w skład monacytu[2.2].

Otrzymywanie

[edytuj | edytuj kod]

Skala przemysłowa

[edytuj | edytuj kod]

Dwutlenek toru jest głównie otrzymywany z azotanu toru(inne języki) z pomocą kwasu szczawiowego[5][6][2.3]:

Th(NO3)4 + 2H2C2O4·6H2O → Th(C2O4)2·6H2O + 4HNO3 + 6H2O

Otrzymany w powyższej reakcji szczawian toru(inne języki) poddawany jest wieloetapowemu rozkładowi termicznemu. Sumaryczna reakcja wygląda następująco[6]:

Th(C2O4)2·6H2O → ThO2 + 6H2O + 2CO2 + 2CO

Właściwości otrzymanego produktu zależą od warunków początkowych syntezy i przebiegu procesu dekompozycji termicznej[6][2.3].

Skala laboratoryjna

[edytuj | edytuj kod]

Powstaje również przy ogrzewaniu metalicznego toru w powietrzu[7]:

Th + O2 → ThO2

Właściwości

[edytuj | edytuj kod]

Właściwości fizyczne

[edytuj | edytuj kod]

Materiał ceramiczny[2.4] o twardości 6,5 w skali Mohsa[4.1], ogniotrwały[7]. Radioaktywny, jak wszystkie inne związki toru[8].

Właściwości chemiczne

[edytuj | edytuj kod]

Nie reaguje z zimnymi kwasami i zasadami. Podgrzewając ThO2 ze stężonym kwasem siarkowym otrzymuje się siarczan toru(inne języki)[7]:

ThO2 + 2H2SO4 → Th(SO4)2 + 2H2O

Wykorzystywany w otrzymywaniu metalicznego toru w wysokotemperaturowej redukcji ciekłym wapniem[9][4.2]:

ThO2 + 2Ca → Th + 2CaO

Z tlenku toru(IV) otrzymuje się chlorek toru(IV)(inne języki), poprzez ogrzewanie ThO2 w gazowym chlorze i tlenku węgla[7]:

ThO2 + 2CO + 2Cl2 → ThCl4 + 2CO2

Zastosowanie

[edytuj | edytuj kod]

Paliwo jądrowe

[edytuj | edytuj kod]
 Zobacz też: Paliwo jądrowe.

Dwutlenek toru może być wykorzystywany w energetyce jądrowej jako materiał paliworodny, zazwyczaj w postaci pastylek. Z głównego izotopu toru, 232Th, otrzymuje się rozszczepialny izotop uranu 233U w wyniku bombardowania neutronami[2.5]:

232Th + 1n → 233Th + β− → 233Pa + β− → 233U

Tor nie był wykorzystywany komercyjnie jako paliwo ze względu na wystarczalność dotychczasowych zapasów uranu[10]. W XXI w. zwiększyło się zainteresowanie torem w energetyce jądrowej ze względu na:

Szacuje się, że tor występuje w naturze ok. 3–4 raza częściej niż uran[11].

Niektóre z problemów w wykorzystaniu toru jako paliwa jądrowego to:

  • niska rozpuszczalność ThO2 w HNO3[10];
  • wysoki poziom promieniowania gamma od produktów rozpadu 233U[10], przez co utylizacja i ponowne wykorzystanie zużytego paliwa torowego jest bardziej skomplikowane niż dla uranu[11]
  • konieczność dopasowania systemów kontroli istniejących reaktorów do nowego surowca[11].

Kataliza

[edytuj | edytuj kod]

Wykorzystywany w otrzymywaniu kwasu azotowego z amoniaku (metoda Ostwalda), produkcji kwasu siarkowego i krakingu ropy naftowej[1.3]. Może również pełnić rolę katalizatora w syntezie organicznej. Przykładowo, ogrzany ThO2 katalizuje reakcję utlenienia par metanolu do eteru dimetylowego[12]:

2CH3OH → (CH3)2O + H2O

Stosowany w metodzie syntezy makrocykli Ružički (dekarboksylacji wewnątrzcząsteczkowej)[13][14]:

Współcześnie, w większości przypadków zamiast tlenku toru wykorzystuje się tańsze katalizatory, np. oparte na metalach ziem rzadkich[2.6].

Produkcja szkła

[edytuj | edytuj kod]

Dodany do szkła dwutlenek toru pomaga zwiększyć jego współczynnik załamania i zmniejszyć dyspersję. Takie szkło znajduje zastosowanie w wysokiej jakości soczewkach, używanych w instrumentach naukowych(inne języki) i aparatach fotograficznych[1.3]. Na przestrzeni lat promieniowanie z tych soczewek może je przyciemnić i sprawić, że zżółkną, a także zniszczyć film, jeśli znajdował się w aparacie przez dłuższy czas[15]. Częściej niż dwutlenek toru stosowane są w tym celu tlenki metali ziem rzadkich, takie jak tlenek lantanu(inne języki), ponieważ zapewniają one podobne efekty i nie są radioaktywne[2.7].

Ceramika

[edytuj | edytuj kod]

Ze względu na niereaktywność i wysoką temperaturę topnienia, tygle z dwutlenku toru z dodatkiem dwutlenku cyrkonu są wykorzystywane do topienia czystych metali w temperaturze 2300 °C[16][2.7]. Stanowi ok. 10% przezroczystego materiału ceramicznego Yttralox(inne języki)[17].

Radiologia

[edytuj | edytuj kod]

Dawniej wykorzystywany jako środek kontrastujący w radiologii pod nazwą Thorotrast, obecnie zastąpiony przez nieradioaktywne substancje[2.6][18]. Stosowanie odczynnika wiązało się ze stukrotnym wzrostem ryzyka zachorowań na nowotwory (m.in. naczyniakomięsaki śledziony i wątroby, raka wątrobowokomórkowego i raka dróg żółciowych)[18].

Lampy gazowe

[edytuj | edytuj kod]
 Zobacz też: Koszulka Auera.

Dwutlenek toru znalazł zastosowanie w lampach gazowych. Siatka ThO2 umieszczona w płomieniu lampy zwiększa jego jasność. Zjawisko to zostało odkryte w 1892 roku przez austriackiego chemika Carla Auera von Welsbacha[2.8]. Nawet w latach 80. szacowano, że ok. połowa produkowanego toru była wykorzystywana w tym celu[19].

Przypisy

[edytuj | edytuj kod]
  1. CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M. Haynes (red.), wyd. 95, Boca Raton: CRC Press, 2014, ISBN 978-1-4822-0867-2, OCLC 911557441 (ang.).
    1. 1 2 3 4 5 6 S. 4-51.
    2. ↑ S. 4-144.
    3. 1 2 S. 4-37.
  2. Thorium and Thorium Compounds, [w:] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley‐VCH, 2003, DOI: 10.1002/14356007.a27_001, ISBN 978-3-527-30385-4 (ang.).
    1. ↑ S. 699.
    2. ↑ S. 691.
    3. 1 2 S. 698.
    4. ↑ S. 700.
    5. ↑ S. 714.
    6. 1 2 S. 717.
    7. 1 2 S. 716.
    8. ↑ S. 715.
  3. ↑ Hiroki Nakamura, Masahiko Machida, High-temperature properties of thorium dioxide: A first-principles molecular dynamics study, „Journal of Nuclear Materials”, 478, 2016, s. 56–60, DOI: 10.1016/j.jnucmat.2016.05.042, ISSN 0022-3115 [dostęp 2024-11-17].
  4. Pradyot Patnaik, Handbook of Inorganic Chemicals, London: McGraw-Hill, 2003, ISBN 0-07-049439-8 (ang.).
    1. 1 2 S. 931.
    2. ↑ S. 929–930.
  5. ↑ Michael D. Larrañaga, Richard J. Lewis, Robert A. Lewis, Hawley’s Condensed Chemical Dictionary, Sixteenth Edition, wyd. 1, Wiley, wrzesień 2016, s. 1339, DOI: 10.1002/9781119312468, ISBN 978-1-118-13515-0 [dostęp 2024-11-15] (ang.).
  6. 1 2 3 Narges Bagheri, Ferial Nosratinia, Fazel Zahakifar, Taher Yousefi, The co-precipitation method in the production of thorium oxide and uranium–thorium mixed oxide fuels – A review, „Nuclear Engineering and Design”, 426, 2024, s. 113366, DOI: 10.1016/j.nucengdes.2024.113366 [dostęp 2024-11-15] (ang.).
  7. 1 2 3 4 Adam Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, wyd. 6, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010, s. 1040, ISBN 978-83-01-16283-2.
  8. ↑ Heavy Metals Safety [online], UCSF Macromolecular Structure Group [dostęp 2024-11-15] (ang.).
  9. ↑ N. Fuhrman, R.B. Holden, C.I. Whitman, Production of Thorium Powder by Calcium Reduction of Thorium Oxide, „Journal of The Electrochemical Society”, 107 (2), 1960, s. 127, DOI: 10.1149/1.2427621 [dostęp 2024-11-14] (ang.).
  10. 1 2 3 4 5 6 Foreword, [w:] Thorium fuel cycle: potential benefits and challenges, Technical document / International Atomic Energy Agency, Vienna: International Atomic Energy Agency, 2005, s. IV, ISBN 978-92-0-103405-2 [dostęp 2024-11-17] (ang.).
  11. 1 2 3 4 5 Role of thorium to supplement fuel cycles of future nuclear energy systems, IAEA nuclear energy series, Vienna: International Atomic Energy Agency, 2012, s. 1–2, ISBN 978-92-0-125910-3 [dostęp 2024-11-17] (ang.).
  12. ↑ BS Bahl, Arun Bahl, A Textbook of Organic Chemistry, S. CHAND & COMPANY LTD, 1976, s. 396 (ang.).
  13. ↑ L. Ruzicka, M. Stoll, H. Schinz, Zur Kenntnis des Kohlenstoffringes II. Synthese der carbocyclischen Ketone vom Zehner- bis zum Achtzehnerring, „Helvetica Chimica Acta”, 9 (1), 1926, s. 249–264, DOI: 10.1002/hlca.19260090130, ISSN 0018-019X [dostęp 2024-11-15] (ang.).
  14. ↑ Bradford P. Mundy, Michael G. Ellerd, Frank G. Favaloro jr., Name Reactions and Reagents in Organic Synthesis, John Wiley & Sons, 6 maja 2005, s. 102, ISBN 978-0-471-73986-9 [dostęp 2024-11-15] (ang.).
  15. ↑ Thoriated Camera Lens (ca. 1970s) [online], Museum of Radiation and Radioactivity [dostęp 2024-11-14] (ang.).
  16. ↑ H.K. Richardson, SMALL CAST THORIUM OXIDE CRUCIBLES*, „Journal of the American Ceramic Society”, 18 (1–12), 1935, s. 65–69, DOI: 10.1111/j.1151-2916.1935.tb19355.x, ISSN 0002-7820 [dostęp 2024-11-17] (ang.).
  17. ↑ Sujarinee Kochawattana i inni, Sintering and grain growth in SiO2 doped Nd:YAG, „Journal of the European Ceramic Society”, 28 (7), Developments in Ceramic Science and Engineering: the last 50 years. A meeting in celebration of Professor Sir Richard Brook’s 70th Birthday, 2008, s. 1527–1534, DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2007.12.006, ISSN 0955-2219 [dostęp 2024-11-17].
  18. 1 2 Jonathan A. Flug i inni, Gone but Not Completely Forgotten: Pictorial Review of “Antiquated” Radiologic Procedures, „RadioGraphics”, 34 (5), 2014, s. 1442–1456, DOI: 10.1148/rg.345130033, ISSN 0271-5333 [dostęp 2024-11-15] (ang.).
  19. ↑ N.N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the elements, wyd. 2nd ed, Oxford ; Boston: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 1255, ISBN 978-0-7506-3365-9 [dostęp 2024-11-15] (ang.).
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Tlenek_toru(IV)&oldid=80270229”