Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Диоксид тория
Флюорит-элементарная-3D-ionic.png
Имена
Имена ИЮПАК
Диоксид
тория Оксид тория (IV)
Другие имена
Тория
Ториевый ангидрид
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ECHA InfoCard100.013.842 Отредактируйте это в Викиданных
UNII
  • InChI = 1S / 2O.Th
  • O = [Th] = O
Характеристики
ThO 2
Молярная масса264,037 г / моль [1]
Внешностьбелое твердое вещество [1]
Запахбез запаха
Плотность10,0 г / см 3 [1]
Температура плавления3350 ° С (6060 ° F, 3620 К) [1]
Точка кипения4400 ° C (7950 ° F, 4670 K) [1]
нерастворимый [1]
Растворимостьне растворим в щелочах,
мало растворим в кислоте [1]
−16,0 · 10 −6  см 3 / моль [2]
2.200 (торианит) [3]
Структура
Флюорит (кубический), cF12
Фм 3 м, №225
a  = 559,74 (6) вечера [4]
Тетраэдрический (O 2- ); кубический (Th IV )
Термохимия
65,2 (2) Дж  · К −1 моль −1
−1226 (4) кДж / моль
Опасности
NFPA 704 (огненный алмаз)
Flammability code 0: Will not burn. E.g. waterHealth code 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g. chloroformReactivity code 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazard RA: Radioactive. E.g. plutoniumNFPA 704 четырехцветный алмаз
0
2
0
точка возгоранияНегорючий
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
LD 50 ( средняя доза )
400 мг / кг
Родственные соединения
Другие катионы
Оксид гафния (IV) Оксид
церия (IV)
Родственные соединения
Оксид протактиния (IV) Оксид
урана (IV)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Диоксид тория (ThO 2 ), также называемый оксидом тория (IV) , представляет собой твердое кристаллическое вещество, часто белого или желтого цвета. Также известный как торий , он производится в основном как побочный продукт производства лантанидов и урана . [4] Торианит - это название минералогической формы диоксида тория. Он умеренно редок и кристаллизуется в изометрической системе. Температура плавления оксида тория 3300 ° C - самая высокая из всех известных оксидов. Только несколько элементов (включая вольфрам и углерод ) и несколько соединений (включая карбид тантала ) имеют более высокие температуры плавления. [5] Все соединения тория радиоактивны, потому что нет стабильных изотопов тория .

Структура и реакции [ править ]

Тория существует как два полиморфа. Один имеет кристаллическую структуру флюорита . Это редкость среди бинарных диоксидов. Другие бинарные оксиды со структурой флюорита , включают церий диоксид , двуокись урана и двуокись плутония ). [ Требуется уточнение ] ширина запрещенная зоны от тори составляет около 6  эВ . Известна также тетрагональная форма тория.

Диоксид тория более стабилен, чем монооксид тория (ThO). [6] Только при тщательном контроле условий реакции окисление металлического тория может дать моноксид, а не диоксид. При чрезвычайно высоких температурах диоксид может превращаться в монооксид либо путем реакции диспропорционирования (равновесие с жидким металлическим торием) при температуре выше 1850 К (1580 ° C; 2870 ° F), либо путем простой диссоциации (выделение кислорода) при температуре выше 2500 К (2230 ° C). ° С; 4040 ° F). [7]

Приложения [ править ]

Ядерное топливо [ править ]

Диоксид тория (торий) может использоваться в ядерных реакторах в виде керамических топливных таблеток, обычно содержащихся в ядерных топливных стержнях, плакированных циркониевыми сплавами. Торий не делящийся (но «плодородный», воспроизводящий делящийся уран-233при нейтронной бомбардировке); следовательно, его следует использовать в качестве топлива ядерного реактора вместе с делящимися изотопами урана или плутония. Это может быть достигнуто путем смешивания тория с ураном или плутонием или использования его в чистом виде вместе с отдельными топливными стержнями, содержащими уран или плутоний. Диоксид тория имеет преимущества перед обычными топливными таблетками из диоксида урана из-за его более высокой теплопроводности (более низкая рабочая температура), значительно более высокой точки плавления и химической стабильности (не окисляется в присутствии воды / кислорода, в отличие от диоксида урана).

Диоксид тория можно превратить в ядерное топливо, превратив его в уран-233 (см. Ниже и дополнительную информацию по этому вопросу см. В статье о тории ). Высокая термическая стабильность диоксида тория позволяет применять его при напылении пламенем и в высокотемпературной керамике.

Сплавы [ править ]

Двуокись тория используется в качестве стабилизатора вольфрамовых электродов при сварке TIG , электронных трубках и авиационных газотурбинных двигателях. В качестве сплава торированный вольфрам нелегко деформировать, потому что высокоплавкий торий усиливает высокотемпературные механические свойства, а торий помогает стимулировать эмиссию электронов ( термоионы ). Это самая популярная оксидная добавка из-за ее низкой стоимости, но от нее постепенно отказываются в пользу нерадиоактивных элементов, таких как церий , лантан и цирконий .

Дисперсный никель с торией находит применение в различных высокотемпературных операциях, например в двигателях внутреннего сгорания, поскольку это хороший материал, устойчивый к ползучести. Его также можно использовать для улавливания водорода. [8] [9] [10] [11] [12]

Катализ [ править ]

Диоксид тория почти не имеет ценности в качестве коммерческого катализатора, но такие применения хорошо изучены. Это катализатор в синтезе большого кольца Ружички . Другие области применения, которые были исследованы, включают крекинг нефти , преобразование аммиака в азотную кислоту и получение серной кислоты . [13]

Радиоконтрастные агенты [ править ]

Диоксид тория был основным ингредиентом Торотраста , некогда распространенного рентгеноконтрастного средства, используемого для церебральной ангиографии , однако он вызывает редкую форму рака (печеночную ангиосаркому ) через много лет после приема. [14] Это использование было заменено инъекционным йодом или пероральной суспензией сульфата бария в качестве стандартных рентгеноконтрастных агентов.

Покрытия для ламп [ править ]

Основная статья: Газовая мантия

Еще одно важное применение в прошлом было в газовой мантии фонарей , разработанных Ауэр фон Вельсбах в 1890 году, которые состоят из 99 процентов THO 2 и 1% оксида церия (IV) . Даже в конце 1980-х годов было подсчитано, что около половины всего производимого ThO 2 (несколько сотен тонн в год) использовалось для этой цели. [15] Некоторые мантии все еще используют торий, но оксид иттрия (или иногда оксид циркония ) все чаще используется в качестве замены.

Производство стекла [ править ]

Пожелтевшая линза из диоксида тория (слева), аналогичная линза, частично пожелтевшая от ультрафиолетового излучения (в центре), и линза без пожелтения (справа)

При добавлении в стекло диоксид тория помогает увеличить его показатель преломления и уменьшить дисперсию . Такое стекло находит применение в высококачественных линзах для фотоаппаратов и научных инструментов. [16] Излучение этих линз может затемнить их и пожелтеть в течение многих лет и испортить пленку, но риск для здоровья минимален. [17] Пожелтевшие линзы могут быть возвращены в их первоначальное бесцветное состояние путем длительного воздействия интенсивного ультрафиолетового излучения. С тех пор диоксид тория был заменен оксидами редкоземельных элементов, такими как оксид лантана, почти во всех современных высокоиндексных стеклах, поскольку они обеспечивают аналогичные эффекты и не являются радиоактивными. [18]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е ж Хейнс, стр. 4,95
  2. Перейти ↑ Haynes, p. 4,136
  3. Перейти ↑ Haynes, p. 4,144
  4. ^ a b Ямасита, Тошиюки; Нитани, Норико; Цудзи, Тошихидэ; Инагаки, Хироницу (1997). «Термическое расширение NpO 2 и некоторых других диоксидов актинидов». J. Nucl. Mater . 245 (1): 72–78. Bibcode : 1997JNuM..245 ... 72Y . DOI : 10.1016 / S0022-3115 (96) 00750-7 .
  5. ^ Эмсли, Джон (2001). Строительные блоки природы (твердый переплет, первое издание). Издательство Оксфордского университета . С.  441 . ISBN 978-0-19-850340-8.
  6. ^ Он, Хеминг; Маевский, Ярослав; Оллред, Дэвид Д.; Ван, Пэн; Вэнь Сяодун; Ректор, Кирк Д. (2017). «Образование твердого монооксида тория в условиях, близких к температуре окружающей среды, что наблюдается с помощью нейтронной рефлектометрии и интерпретируется экранированными гибридными функциональными расчетами» . Журнал ядерных материалов . 487 : 288–296. Bibcode : 2017JNuM..487..288H . DOI : 10.1016 / j.jnucmat.2016.12.046 .
  7. ^ Хох, Майкл; Джонстон, Херрик Л. (1954). «Реакция, протекающая на торированных катодах». Варенье. Chem. Soc . 76 (19): 4833–4835. DOI : 10.1021 / ja01648a018 .
  8. Перейти ↑ Mitchell, Brian S (2004). Введение в материаловедение. и наука о химии и материалах . п. 473. ISBN 978-0-471-43623-2.
  9. ^ Робертсон, Уэйн М. (1979). «Измерение и оценка улавливания водорода в никеле с дисперсным торием». Металлургическая и Транзакции материалов A . 10 (4): 489–501. Bibcode : 1979MTA .... 10..489R . DOI : 10.1007 / BF02697077 .
  10. ^ Кумар, Арун; Насралла, М .; Дуглас, DL (1974). «Влияние иттрия и тория на окислительное поведение сплавов Ni-Cr-Al». Окисление металлов . 8 (4): 227–263. DOI : 10.1007 / BF00604042 . ЛВП : 2060/19740015001 . ISSN 0030-770X . 
  11. ^ Стрингер, Дж .; Wilcox, BA; Джеффи, Р.И. (1972). «Высокотемпературное окисление сплавов никель-20 мас.% Хрома, содержащих дисперсные оксидные фазы». Окисление металлов . 5 (1): 11–47. DOI : 10.1007 / BF00614617 . ISSN 0030-770X . 
  12. Перейти ↑ Murr, LE (1974). «Межфазная энергетика в системах ТД-никель и ТД-нихром». Журнал материаловедения . 9 (8): 1309–1319. DOI : 10.1007 / BF00551849 . ISSN 0022-2461 . 
  13. ↑ Stoll, Wolfgang (2012) «Торий и соединения тория» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a27_001
  14. ^ Торотраст . radiopaedia.org
  15. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Pergamon Press . стр. 1425, 1456. ISBN 978-0-08-022057-4.
  16. Перейти ↑ Hammond, CR (2004). Элементы в Справочнике по химии и физике (81-е изд.). CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.
  17. Перейти ↑ Oak Ridge Associated Universities (1999). «Торированный объектив камеры (приблизительно 1970-е годы)» . Проверено 29 сентября 2017 года .
  18. Перейти ↑ Stoll, W. (2005). «Торий и соединения тория». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH. п. 32. DOI : 10.1002 / 14356007.a27_001 . ISBN 978-3-527-31097-5.

Цитированные источники [ править ]

  • Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). CRC Press . ISBN 978-1439855119.