თორიუმი

თორიუმი, ₉₀Th
ზოგადი თვისებები
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა	მოვერცხლისფრო-მოთეთრო პლასტიური ლითონი
სტანდ. ატომური ; წონა Ar°(Th)	232.0377±0.0004; 232.04±0.01 (დამრგვალებული)
თორიუმი პერიოდულ სისტემაში
	აქტინიუმი ← თორიუმი → პროტაქტინიუმი
ატომური ნომერი (Z)	90
პერიოდი	7 პერიოდი
ბლოკი	f-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია	[Rn] 6d2 7s2
ელექტრონი გარსზე	2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
	ელემენტის ატომის სქემა;
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში	მყარი სხეული
დნობის; ტემპერატურა	1750 °C (2023 K, 3182 °F)
დუღილის; ტემპერატურა	4788 °C (5061 K, 8650 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.)	11.7 გ/სმ3
დნობის კუთ. სითბო	13.81 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო	514 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა	26.230 ჯ/(მოლი·K)
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი	+1, +2, +3, +4
ელექტროდული პოტენციალი	−0.7 ვ;
ელექტროუარყოფითობა	პოლინგის სკალა: 1.3
იონიზაციის ენერგია	1: 587 კჯ/მოლ ; 2: 1110 კჯ/მოლ ; 3: 1930 კჯ/მოლ ; ;
ატომის რადიუსი	ემპირიული: 179.8 პმ
კოვალენტური რადიუსი (rcov)	206±6 პმ
იონური ; რადიუსი (rion)	(+4e) 102 პმ
მოლური მოცულობა	19.8 სმ3/მოლი
	; თორიუმის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
ბუნებაში გვხვდება	პირველადი ნუკლიდების სახით
მესრის სტრუქტურა	კუბური წახნაგცენტრირებული
მესრის პერიოდი	5.080 Å
ბგერის სიჩქარე	2490 მ/წმ (20 °C)
თერმული გაფართოება	11.0 µმ/(მ·K) (25 °C)
ხვედრითი თბოტევადობა	26.23 ჯ/(K·მოლ)
თბოგამტარობა	54.0 ვტ/(მ·K)
მაგნეტიზმი	პარამაგნეტიკი
მაგნიტური ამთვისებლობა	132.0·10−6 სმ3/მოლ
იუნგას მოდული	79 გპა
წანაცვლების მოდული	31 გპა
დრეკადობის მოდული	54 გპა
პუასონის კოეფიციენტი	0.27
მოოსის მეთოდი	3.0
ვიკერსის მეთოდი	295–685 მპა
ბრინელის მეთოდი	390–1500 მპა
CAS ნომერი	7440-29-1
ისტორია
სახელწოდება მომდინარეობს	სკანდინავიური ღმერთის „თორის“ პატივსაცემად
აღმომჩენია	იენს იაკობ ბერცელიუსი (1829)
თორიუმის მთავარი იზოტოპები
	თორიუმი ვიკისაწყობში •

თორიუმი

90Th

232.04

6d² 7s²

თორიუმი^[1]^[2] (ლათ. Thorium; ქიმიური სიმბოლო — ${\ce {Th}}$ ) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეშვიდე პერიოდის, ჯგუფგარეშე (ძველი კლასიფიკაციით მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, IIIბ) რადიოაქტიური ქიმიური ელემენტი. განეკუთვნება აქტინოიდების ოჯახს. მისი ატომური ნომერია — 90, ატომური მასა — 232.04, t_დნ — 1750 °C, t_დუღ — 4788 °C, სიმკვრივე — 11.7 გ/სმ³. მოვერცხლისფრო-მოთეთრო პლასტიური ლითონი. ბუნებრივი თორიუმი შედგება დიდი სიცოცხლის ხანგძლივობის მქონე 1 იზოტოპისა ${\ce {^{232}Th}}$ და მცირე სიცოცხლის ხანგძლივობის 4 იზოტოპისაგან. 1829 წელს თორიუმი აღმოაჩინა ი. ბერცელიუსმა მინერალ თორიტში. ცნობილია თორიუის მინერალები, მათგან მნიშვნელოვანია მონაციტი. ჩეულებრივ პირობებში ჰაერზე თორიუმი იფარება თხელი აფსკით. ნაერთებში იგი ძირითადად ოთხვალენტოვანია. 400°C-ზე თორიუმი ადვილად იჟანგება და წარმოქმნის ${\ce {THO2}}$ (t_დნ 3200°C). მაღალ ტემპერატურაზე თორიუმი ურთიერთქმედებს წყალბადთან, ნახშირბადთან, გოგირდთან, ჰალოგენებთან (ფთორთან ოთახის ტემპერატურაზე). ${\ce {ThF4}}$ და ${\ce {ThCl4}}$ სამრეწველო მნიშვნელობს ნაერთებია. თორიუმი ურთიერთქმედებს მჟავებთან. მისი მარილები გვხვდება კრისტალჰიდრატების სახით.

თორიუმის მიღების ძრითადი სამრეწველო წყაროა მონაციტიანი კონცენტრატი. ლითონურ თორიუს ღებულობენ ორმაგი ფთორიდის ელექტროლიზით, თორიუმის ჟანგის — ${\ce {THO2}}$ აღდგენით, ${\ce {ThI4}}$ -ის თერმული დისოციაციით და სხვა. თორიუმს იყენებენ სარაკეტო ტექნიკაში, თორიუმის რეაქტორებში და სხვა.

ისტორია რედაქტირება

პირველად თორიუმი გამოჰყო ი. ბერცელიუსმა 1829 წელს მინერალისაგან, რომელმაც მოგვიანებით მიიღო სახელწოდება თორიტი (შიცავს თორიუმის სილიკატს).

სახელწოდების წარმომავლობა რედაქტირება

თორიუმი ეწოდა მისი პირველაღმომჩენის მიერ სკანდინავიური მითოლოგიით მეხის ღმერთის თორის (ტორის) პატივსაცემად.

ბუნებაში რედაქტირება

თორიუმი თითქმის ყოველთვისაა იშვიათმიწა ელემენტების მინერალებში, რომლებისგანაც უმეტესწილად ხდება მათი მიღება. დედამიწის ქერქში თორიუმის შემცველობა მიახლოებით არის 8 — 13 გრ/ტ, ზღვის წყალში 0,05 მკგ/ლ. მაგმატიურ ქანებში თორიუმის შემცველობა მცირდება მჟავებიდან (18 გ/ტ) ფუძეებამდე (3 გ/ტ). თორიუმის მნიშვნელოვანი ნაწილი გროვდება პეგმატიტური და პოსტმაგმატიტური პროცესებისას, ამასთან მისი შემცველობა იზრდება ქანებში კალიუმის ზრდასთან ერთად. თორიუმის არსებობის ძირითადი ფორმა ქანებში არის ურან-თორიუმის ქანების უმეტეს შემცველ ნაწილი ან იზომორფული მინარევები აქცესორებელ მინერალებში. თორიუმის მთავარ მინერალებს წარმოადგენს მონაციტის ქვიშა და ფერიტორიტი. ასევე თორიუმი გროვდება ზოგიერთ გრეიზენობრივ საბადოებში, სადაც ის კონცენტრირდება ფერიტორიტებში ან წარმოქმნის მინერალებს, რომლებიც შეიცავენ ტიტანს, ურანს და ა.შ. შედის თითქმის ყველა ქარსის შემადგენლობაში, როგორც მინარევი ურანთან ერთად.

საბადოები რედაქტირება

თორიუმი ძირითადად შედის 12 მინერალში.

ამ მინერალების საბადოები ცნობილია ავსტრალიაში, ინდოეთში, ნორვეგიაში, აშშ-ში, კანადაში, სამხრეთ აფრიკის რესპუბლიკაში, ბრაზილიაში, პაკისტანში, მალაიზიაში, შრი-ლანკაში, ყირგიზეთში და სხვა ქვეყნებში^[3].

იზოტოპები რედაქტირება

მთავარი სტატია: თორიუმის იზოტოპები.

2012 წ-თვის. ცნობილია თორიუმის 30 იზოტოპი და კიდევ ზოგიერთი მისი ნუკლიდების 3 აღგზნებული მეტასტაბილური მდგომარეობა.

თორიუმის მხოლოდ ერთი ნუკლიდი (თორიუმ-232) ფლობს საკმარისად მაღალ ნახევარდაშლის პერიოდს დედამიწის ხნოვანებასთან შედარებით, ამიტომაც ბუნებრივი თორიუმი თითქმის მთლიანად შედგება ამ ნუკლიდისაგან. ზოგიერთი მისი იზოტოპი შეიძლება კვალის სახით აღმოჩნდნენ ბუნებრივ სინჯებში, რადგანაც ის შედის რადიუმის, აქტინიუმის და თოტიუმის რადიოქტიურ რიგში:

რადიოაქტიური ²²⁷Th
რადიოთორიუმი ²²⁸Th
იონიუმი ²³⁰Th
ურან Y ²³¹Th
ურან X1 ²³⁴Th

ყველაზე სტაბილურ იზოტოპებს წარმოადგენენ ²³²Th (ნახევარდაშლის პერიოდი შეადგენს 14,05 მილიარდ წელს), ²³⁰Th (75 380 წელი), ²²⁹Th (7 340 წელი), ²²⁸Th (1,9116 წელი). დარჩენილ იზოტოპებს აქვთ 30 დღეზე ნაკლები ნახევარდაშლის პერიოდი (მათ უმეტესობას 10 წთ-ზე ნაკლები ნახევარდაშლის პერიოდი აქვს)^[4].

მიღება რედაქტირება

თორიუმის მიღებისას თორიუმშემცველ მონაციტურ კონცენტრატებს ხსნიან მჟავეებისა და ტუტეების მეშვეობით. იშვიათმიწა ელემენტები გამოჰყავთ ტრიბუტილფოსფატით ექსტრაქციით და სორბციით. შემდგომ თორიუმს ლითონების ნაერთების ნარევებიდან გამოყოფენ დიოქსიდის ტეტრაქლორიდის ან ტეტრაფტორიდის სახით.

ლითონურ თორიუმს შემდგომ გამოყოფენ ჰალოგენიდებიდან ან ოქსიდიდან მეტალოთერმიის მეთოდით (კალციუმ-, მაგნიუმ- ან ნატრიუმთერმიით) 900—1000 °С-ზე:

{\mathsf {ThF_{4}+2Ca\longrightarrow Th+2CaF_{2}}}

ელექტროლიზით ThF₄ ან KThF₅ ნადნობში KF 800 °С-ზე გრაფიტის ანოდზე.

გამოყენება რედაქტირება

თორიუმს გამოიყენებენ რამდენიმე დარგში, სადაც უმეტესწილად შეუცვლელია. ამ ლითონის პერიოდულ სისტემაში ადგილმდებარეობამ და ატომის ბირთვის სტრუქტურამ განაპირობა მისი გამოყენება მშვიდობიან ატომურ ენერგიაში.

თორიუმ-232 — წყვილ-წყვილი იზოტოპია (პროტონებისა და ნეიტრონების წყვილი რაოდენობა), ამიტომ არ შეუძლია დაყოფა სითბური ნეიტრონებით და იყოს ბირთვულ საწვავად. მაგრამ სითბური ნეიტრონის მიტაცების შემთხვევაში ²³²Th გარდაიქმნება ²³³U-ად შემდეგი სქემით:

²³²Th + n → ²³³Th — (β-) → ²³³Pa — (β-) → ²³³U.

ურან-233-ს შეუძლია დაშლა როგორც ურან-235 და პლუტონიუმ-239-ს, რაც ხსნის უფრო მეტ სერიოზულ პერსპექტივებს ატომური ენერგეტიკის განვითარებისათვის (ურან-თორიუმის საწვავი ციკლი, ჩქარი ნეიტრონების რეაქტორები). ატომურ ენერგეტიკაში გამოიყენება თორიუმის კარბიდი, თორიუმის ოქსიდი და თორიუმის ფტორიდი (მაღალტემპერატურულ თხევადმჟავიან რეაქტორებში) ურანისა და პლუტონიუმის ნაერთებთან და დამხმარე დანამატებთან.

რადგანაც თორიუმის საერთო მარაგი დედამიწის ქერქში 3-4 ჯერ აღემატება ურანის მარაგს, მას შეუძლია ატომურ ენერგეტიკაში რამდენიმე ასეული წელით უზრუნველყოს კაცობრიობის ენერგომოთხოვნილება.

გარდა ატომური ენერგეტიკისა, თორიუმი ლითონის სახით წარმატებით გამოიყენება მეტალურგიაში (მაგნიუმის ლეგირება და სხვა.), რაც შენადნობს ანიჭებს მეტ ექსპლუატაციურ მახასიათებლებს, წინააღმდეგობა გახლეჩაზე, ცეცხლგამძლეობას). ნაწილობრივ თორიუმი მისი ჟანგის სახით გამოიყენება მაღალსიმტკიცის კომპოზიციებში როგორვ განმამტკიცებელი (ავიაციაში). თორიუმის ოქსიდი მისი დნობის უმაღლესი ტენპერატურის გამო ყველა ოქსიდს შორის (3350 °K) და უჟანგაობის გამო გამოიყენებენ ყველაზე საპასუხისმგებლო ნაკეთობების და კონსტრუქციების დასამზადებლად, რომლებიც მუშაობენ ზემძლავრ სითბურ დინებებზე, და შეიძლება იყოს იდეალურ მასალად წვის კამერების და გაზოდინამიკური არხების მოსაპირკეთებლად.

ღირებულება რედაქტირება

თორიუმზე ფასი შემცირდა 73,37 $/კგ (2009), ვიდრე 96,55 $ (2008).^[5]

ბიოლოგიური როლი რედაქტირება

თორიუმი ყოველთვისაა მცენარეებისა და ცხოველების ქსოვილებში. თორიუმის დაგროვების კოეფიციენტი (ანუ ორგანიზმში კონცენტრაციის შეფარდება გარემოში კონცენტრაციასთან) ზღვის პლანქტონში — 1250, ფსკერის წყალმცენარეებში — 10, უხერხემლოების რბილ ქსოვილებში - 50—300, თევზებშ — 100. მტკნარი წყლის მოლუსკებში მისი კონცენტრაცია მერყეობს 3×10⁻⁷-დან 1×10⁻⁵ %-მდე, ზღვის ცხოველებში 3×10⁻⁷-დან 3×10⁻⁶ %-მდე. თორიუმს უმთავრესად შთანთქავს ღვიძლი და ელენთა, ასევე ძვლის ტვინი, ლიმფური კვანძები და თირკმელზედა ჯირკვლები; ცუდად იწოვება კუჭ-ნაწლავის ტრაქტით. ადამიანი თორიუმს ყოველდღიურად მიიღებს წყალთან და საკვებთან ერთად და შეადგენს 3 მკგ; ორგანიზმიდან გამოდის შარდთან და კალთან ერთად (0,1 და 2,9 მკგ შესაბამისად). თორიუმი ნაკლებად ტოქსიკურია, თუმცა, როგორც ბუნებრივი რადიოაქტიური ელემენტი შეაქვს თავისი წვლილი ორგანიზმის დასხივების ფონში.

საინტერესო ფაქტები რედაქტირება

ცნობილია შემთხვევა, როდესაც თორიუმის მნიშვნელოვანი რაოდენობა მოპოვებულ იქნა არასპეციალისტის მიერ

რესურსები ინტერნეტში რედაქტირება

სქოლიო რედაქტირება

↑ დოლიძე ვ., ციციშვილი ვ., „ოთხენოვანი ქიმიური ლექსიკონი“, თბ., 2004, გვ. 222
↑ ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 4, თბ., 1979. — გვ. 694.
↑ http://profbeckman.narod.ru/RH0.files/25_1.pdf
↑ G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties“ (PDF). Nuclear Physics A. 729: 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.CS1-ის მხარდაჭერა: მრავალი სახელი: ავტორების სია (link)
↑ И.Н.Бекман: Торий. Курс лекций.

პორტალი ქიმია

[1] დოლიძე ვ., ციციშვილი ვ., „ოთხენოვანი ქიმიური ლექსიკონი“, თბ., 2004, გვ. 222

[2] ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 4, თბ., 1979. — გვ. 694.

[3] ttp://profbeckman.narod.ru/RH0.files/25_1.pdf

[Nubase2003-4] G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties“ (PDF). Nuclear Physics A. 729: 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.CS1-ის მხარდაჭერა: მრავალი სახელი: ავტორების სია (link)

[5] И.Н.Бекман: Торий. Курс лекций.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]