ثوريوم

الثُوريوم هو عنصر كيميائي من عناصر الجدول الدوري وله الرمز Th، وعدده الذري 90.[2][3][4] ونظرا لأنه فلز له نشاط إشعاعي طفيف، ويوجد بصورة طبيعية فإنه يعد من أنواع الوقود النووي البديلة لليورانيوم.

بروتكتينيوم → ثوريوم ← أكتينيوم
Ce
↑
Th
↓
-
Element 1: هيدروجين (H), لا فلز
Element 2: هيليوم (He), غاز نبيل
Element 3: ليثيوم (Li), فلز قلوي
Element 4: بيريليوم (Be), فلز قلوي ترابي
Element 5: بورون (B), شبه فلز
Element 6: كربون (C), لا فلز
Element 7: نيتروجين (N), لا فلز
Element 8: أكسجين (O), لا فلز
Element 9: فلور (F), هالوجين
Element 10: نيون (Ne), غاز نبيل
Element 11: صوديوم (Na), فلز قلوي
Element 12: مغنيسيوم (Mg), فلز قلوي ترابي
Element 13: ألومنيوم (Al), فلز ضعيف
Element 14: سيليكون (Si), شبه فلز
Element 15: فسفور (P), لا فلز
Element 16: كبريت (S), لا فلز
Element 17: كلور (Cl), هالوجين
Element 18: آرغون (Ar), غاز نبيل
Element 19: بوتاسيوم (K), فلز قلوي
Element 20: كالسيوم (Ca), فلز قلوي ترابي
Element 21: سكانديوم (Sc), فلز انتقالي
Element 22: تيتانيوم (Ti), فلز انتقالي
Element 23: فاناديوم (V), فلز انتقالي
Element 24: كروم (Cr), فلز انتقالي
Element 25: منغنيز (Mn), فلز انتقالي
Element 26: حديد (Fe), فلز انتقالي
Element 27: كوبالت (Co), فلز انتقالي
Element 28: نيكل (Ni), فلز انتقالي
Element 29: نحاس (Cu), فلز انتقالي
Element 30: زنك (Zn), فلز انتقالي
Element 31: غاليوم (Ga), فلز ضعيف
Element 32: جرمانيوم (Ge), شبه فلز
Element 33: زرنيخ (As), شبه فلز
Element 34: سيلينيوم (Se), لا فلز
Element 35: بروم (Br), هالوجين
Element 36: كريبتون (Kr), غاز نبيل
Element 37: روبيديوم (Rb), فلز قلوي
Element 38: سترونشيوم (Sr), فلز قلوي ترابي
Element 39: إتريوم (Y), فلز انتقالي
Element 40: زركونيوم (Zr), فلز انتقالي
Element 41: نيوبيوم (Nb), فلز انتقالي
Element 42: موليبدنوم (Mo), فلز انتقالي
Element 43: تكنيشيوم (Tc), فلز انتقالي
Element 44: روثينيوم (Ru), فلز انتقالي
Element 45: روديوم (Rh), فلز انتقالي
Element 46: بلاديوم (Pd), فلز انتقالي
Element 47: فضة (Ag), فلز انتقالي
Element 48: كادميوم (Cd), فلز انتقالي
Element 49: إنديوم (In), فلز ضعيف
Element 50: قصدير (Sn), فلز ضعيف
Element 51: إثمد (Sb), شبه فلز
Element 52: تيلوريوم (Te), شبه فلز
Element 53: يود (I), هالوجين
Element 54: زينون (Xe), غاز نبيل
Element 55: سيزيوم (Cs), فلز قلوي
Element 56: باريوم (Ba), فلز قلوي ترابي
Element 57: لانثانوم (La), لانثانيدات
Element 58: سيريوم (Ce), لانثانيدات
Element 59: براسيوديميوم (Pr), لانثانيدات
Element 60: نيوديميوم (Nd), لانثانيدات
Element 61: بروميثيوم (Pm), لانثانيدات
Element 62: ساماريوم (Sm), لانثانيدات
Element 63: يوروبيوم (Eu), لانثانيدات
Element 64: غادولينيوم (Gd), لانثانيدات
Element 65: تربيوم (Tb), لانثانيدات
Element 66: ديسبروسيوم (Dy), لانثانيدات
Element 67: هولميوم (Ho), لانثانيدات
Element 68: إربيوم (Er), لانثانيدات
Element 69: ثوليوم (Tm), لانثانيدات
Element 70: إتيربيوم (Yb), لانثانيدات
Element 71: لوتيشيوم (Lu), لانثانيدات
Element 72: هافنيوم (Hf), فلز انتقالي
Element 73: تانتالوم (Ta), فلز انتقالي
Element 74: تنجستن (W), فلز انتقالي
Element 75: رينيوم (Re), فلز انتقالي
Element 76: أوزميوم (Os), فلز انتقالي
Element 77: إريديوم (Ir), فلز انتقالي
Element 78: بلاتين (Pt), فلز انتقالي
Element 79: ذهب (Au), فلز انتقالي
Element 80: زئبق (Hg), فلز انتقالي
Element 81: ثاليوم (Tl), فلز ضعيف
Element 82: رصاص (Pb), فلز ضعيف
Element 83: بزموت (Bi), فلز ضعيف
Element 84: بولونيوم (Po), شبه فلز
Element 85: أستاتين (At), هالوجين
Element 86: رادون (Rn), غاز نبيل
Element 87: فرانسيوم (Fr), فلز قلوي
Element 88: راديوم (Ra), فلز قلوي ترابي
Element 89: أكتينيوم (Ac), أكتينيدات
Element 90: ثوريوم (Th), أكتينيدات
Element 91: بروتكتينيوم (Pa), أكتينيدات
Element 92: يورانيوم (U), أكتينيدات
Element 93: نبتونيوم (Np), أكتينيدات
Element 94: بلوتونيوم (Pu), أكتينيدات
Element 95: أمريسيوم (Am), أكتينيدات
Element 96: كوريوم (Cm), أكتينيدات
Element 97: بركيليوم (Bk), أكتينيدات
Element 98: كاليفورنيوم (Cf), أكتينيدات
Element 99: أينشتاينيوم (Es), أكتينيدات
Element 100: فرميوم (Fm), أكتينيدات
Element 101: مندليفيوم (Md), أكتينيدات
Element 102: نوبليوم (No), أكتينيدات
Element 103: لورنسيوم (Lr), أكتينيدات
Element 104: رذرفورديوم (Rf), فلز انتقالي
Element 105: دوبنيوم (Db), فلز انتقالي
Element 106: سيبورغيوم (Sg), فلز انتقالي
Element 107: بوريوم (Bh), فلز انتقالي
Element 108: هاسيوم (Hs), فلز انتقالي
Element 109: مايتنريوم (Mt), فلز انتقالي
Element 110: دارمشتاتيوم (Ds), فلز انتقالي
Element 111: رونتجينيوم (Rg), فلز انتقالي
Element 112: كوبرنيسيوم (Cn), فلز انتقالي
Element 113: نيهونيوم (Nh)
Element 114: فليروفيوم (Uuq)
Element 115: موسكوفيوم (Mc)
Element 116: ليفرموريوم (Lv)
Element 117: تينيسين (Ts)
Element 118: أوغانيسون (Og)
90Th
المظهر
أبيض فضي
الخواص العامة
الاسم، العدد، الرمز ثوريوم، 90، Th
تصنيف العنصر أكتينيدات
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي n/a, 7، f
الكتلة الذرية 232.0381 غ·مول−1
توزيع إلكتروني Rn]; 6d2 7s2]
توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2 (صورة)
الخواص الفيزيائية
الطور صلب
الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) 11.7 غ·سم−3
نقطة الانصهار 2115 ك، 1842 °س، 3348 °ف
نقطة الغليان 5061 ك، 4788 °س، 8650 °ف
حرارة الانصهار 13.81 كيلوجول·مول−1
حرارة التبخر 514 كيلوجول·مول−1
السعة الحرارية (عند 25 °س) 26.23 جول·مول−1·كلفن−1
ضغط البخار
ض (باسكال) 1 10 100 1 كيلو 10 كيلو 100 كيلو
عند د.ح. (كلفن) 2633 2907 3248 3683 4259 5055
الخواص الذرية
أرقام الأكسدة 4, 3, 2 (أكاسيده قاعدية ضعيفة)
الكهرسلبية 1.3 (مقياس باولنغ)
طاقات التأين الأول: 587 كيلوجول·مول−1
الثاني: 1110 كيلوجول·مول−1
الثالث: 1930 كيلوجول·مول−1
نصف قطر ذري 179 بيكومتر
نصف قطر تساهمي 206±6 بيكومتر
خواص أخرى
البنية البلورية مكعب مركزي الوجه
المغناطيسية مغناطيسية مسايرة[1]
مقاومة كهربائية 147 نانوأوم·متر (0 °س)
الناقلية الحرارية 54.0 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن)
التمدد الحراري 11.0 ميكرومتر·متر−1·كلفن−1 (25 °س)
سرعة الصوت (سلك رفيع) 2490 متر/ثانية (20 °س)
معامل يونغ 79 غيغاباسكال
معامل القص 31 غيغاباسكال
معامل الحجم 54 غيغاباسكال
نسبة بواسون 0.27
صلادة موس 3.0
صلادة فيكرز 350 ميغاباسكال
صلادة برينل 400 ميغاباسكال
رقم CAS 7440-29-1
النظائر الأكثر ثباتاً
المقالة الرئيسية: نظائر الثوريوم
النظائر الوفرة الطبيعية عمر النصف نمط الاضمحلال طاقة الاضمحلال MeV ناتج الاضمحلال
228Th نادر 1.9116 سنة α 5.520 224Ra
229Th نادر 7340 سنة α 5.168 225Ra
230Th نادر 75380 سنة α 4.770 226Ra
231Th نادر 25.5 ساعة β 0.39 231Pa
232Th 100% 1.405×1010 سنة α 4.083 228Ra
234Th نادر 24.1 يوم β 0.27 234Pa

الصفات المميزة

في حالة نقاءه فإن الثوريوم فلز أبيض فضي يحافظ على لمعانه لشهور عديدة. بينما عند وجود شوائب أكسيدية به فإن لمعانه يخبو في الهواء ويصبح رمادي ثم أخيرا يتحول للأسود. ولأكسيد الثوريم (ThO2) (يسمى أيضا ثوريا) درجة ذوبان عالية جدا مقارنة بباقى الأكاسيد (3300 °C). وعند تسخينه في الهواء، فإن فلز الثوريوم يشتعل ويحترق بلهب أبيض.

شاهد الأكتينيدات في الطبيعة لتفاصيل أكثر عن السمات المميزة للأكتينيدات في الطبيعة.

الاستخدامات

استخدامات الثوريوم:

  • يستخدم لعمل سبيكة مع المغنسيوم يكون لها مقاومة عالية لقوة الشد والزحف في درجات الحرارة العالية.
  • يستخدم الثوريوم لتغطية أسلاك التنجستين المستخدمة في المعدات الإلكترونية، مما يحسن الانبعاث الإلكتروني للكاثود عند تسخينه.
  • يستخدم الثوريوم في إلكترودات لحام القوس التنجستين الغازي والخزفيات المقاومة للحرارة.
  • تستخدم تقنية تحديد العمر بواسطة يورانيوم-ثوريوم لتحديد عمر الحفريات الأدمية.
  • كمادة خصبة لإنتاج الوقود النووي. وبالتحديد، في مفاعل مضخم الطاقة يجب الأخذ في الاعتبار استخدام الثوريوم حيث أنه متوافر عن اليورانيوم، كما أن بعض تصميمات المفاعلات النووية تأخذ في الاعتبار مساهمة الثوريوم في دورة وقودها النووي.
  • الثوريوم يعد واقي أشعة قوي، بالرغم من أنه لم يستخدم كواقي أشعة بطريقة فعلية مثل الرصاص أو اليورانيوم المستنزف.
  • يمكن استخدام الثوريوم في المفاعلات تحت الحرجة بدلا من اليورانيوم كوقود. وهذا يبنتج عنه نفايات أقل ولا يمكن أن يذوب.

استخدامات ثانى أكسيد الثوريوم (ThO2):

  • كمصدر إنارة في المصابيح الغازية المتنقلة. وهذه المصادر لها بريق ضوئي (لا يعتمد على النشاط الإشعاعي) عندما يتم تسخينها في لهب غازي.
  • يستخدم للتحكم في حجم حبيبات التنجستين المستخدم في المصابيح الكهربية.
  • يستخدم في البوتقات المعملية التي تتحمل درجات حرارة عالية.
  • بإضافته إلى الزجاج، ينتج زجاج له معامل انكسار عالي، وتشتت منخفض. وبالتالي تم استخدام الزجاج الناتج في عدسات الكاميرات والتطبيقات العلمية.
  • يستخدم كحفاز:
  • يعد المكون النشيط في الثوروستات، الذي يستخدم في التشخيصات التي تتم بواسطة الأشعة السينية. وقد تم البدء في التوقف عن استخدام الثوروستات لوجود خطر الإصابة بالسرطان بسببه.

الثوريوم تاريخيا

تم اكتشاف الثوريوم عام 1828 بواسطة الكيميائي السويدي جونز جاكوب بيرزيليوس، والذي قام بتسميته على اسم ثور إله الرعد الإسكندنافي. ولم يكن للثوريوم أي استخدامات حتى عام 1885 حيث تم اكتشاف المصباح المغطى.

طريقة القضيب البللوري (أو طريقة التأيد) تم اكتشافها بواسطة أنطون إدوارد فان أركيل وجان هنريك دي بوير في عام 1925. وكانت هذه هي أول طريقة صناعية للإنتاج التجارى للثوريوم الطيع الفلزي.

وكان الاسم أيونيوم تم اقتراحه عند دراسة العناصر المشعة لنظير 230Th الناتج من سلسلة الاضمحلال لل238U قبل أن يعرف أن الأيونيوم والثوريوم متطابقان كيميائيا. وتم اقتراح Io للعنصر المتوقع.

التواجد
مونازايت، معدن نادر يحتوى على الثوريوم والفوسفات، وهو المصدر الأساسي للثوريوم

ويوجد الثوريوم بكميات ضئيلة في معظم الصخور وأنواع التربة، ولكنه يتواجد ثلاث مرات أكثر من اليورانيوم، ويوجد بكمية تماثل الرصاص. وتحتوى التربة بصفة عامة على 6 أجزاء في المليون من الثوريوم في المتوسط. ويتواجد الثوريوم في عدة معادن، وأكثرها شهرة المونازايت والذي يحتوى على 12% تقريبا من أكسيد الثوريوم. ويوجد من هذا المعدن مخزون طبيعى في عديد من البلدان. ويضمحل 232Th ببطيء شديد (يصل عمر النصف له ثلاث مرات مثل عمر الأرض تقريبا) ولكن توجد نظائر أخرى للثوريوم تنتج من الإضمحلال التسلسلي لليورانيوم. ومعظمها له فترة عمر نصف قليلة وتكون مشعة، ولكنها ضيئلة عند مقارنتها مع 232Th.

الثوريوم كوقود نووي

الثوريوم مثل اليورانيوم والبلوتونيوم، يمكن أن يستخدم كوقود في المفاعلات النووية. بالرغم من أنه لا ينشطر بمفرده، حيث 232Th يقوم بامتصاص النيترونات البطيئة لإنتاج اليورانيوم-233 (233U)، والذي يحدث له انشطار. ومثله مثل 238U فإنه يورانيوم خصب. وبالترتيب طبق للأهمية فإن233U أفضل من النظيرين الأخريين المستخدمين كوقود، 235U والبلوتينيوم-239 (239Pu)، نظرا لإنتاجه العالي من النيترونات لكل نيترون ممتص. ويعطى بداية ببعض المواد المنشطرة (235U أو 239Pu) تنتج دورة مستمرة مشابهة، ولكن بكفاءة أعلى من الممكنة بواسطة 238U إلى 239Pu (في مفاعلات النيترون البطيء). يقوم 232Th بامتصاص النيترون ليصبح 233Th الذي ينحل تلقائيا إلى بروأكتينيوم-233 (233Pa) ثم 233U، ويمكن عندها الحصول على الوقود المشع من المفاعل، ويفصل 233U من الثوريوم (عملية مشابهة حيث أنها تتضمن فصل كيميائي بدلا من الفصل بواسطة النظائر)، ويتم تغذيته لمفاعل آخر كنوع من أنواع الدورة المغلقة في دورات الوقود النووي.

وتتضمن مشاكل تصنيع الوقود التكلفة العالية الناتجة من الإشعاع العالي لليورانيوم 233U والذي نظرا لتلوثه ببعض أجزاء من 232U القصير العمر، تحدث نفس المشكلة في إعادة تشكيل الثوريوم نظرا للإشعاع العالي للثوريوم 228Th، ويأتي خطر بعض الأسلحة من تكاثر 233U، ولم تحل المشاكل التقنية المتعلقة بهذا الموضوع للآن. ولا زال هناك عمل كثير لتطوير طريقة استخدام الثوريوم كوقود، بحيث يمكن استخدامه بطريقة تجارية. وبالرغم من ندرة وجود اليورانيوم، فلا زالت هذه الجهود غير كافية للاتجاه للثوريوم.

ومع ذلك، فإن دورة وقود الثوريوم، بقدرتها على توليد وقود متوالد بدون الحاجة لمفاعل نيترون سريع، ترجح باستخدامه على المدى البعيد. وبتوافر الثوريوم عن اليورانيوم، فإنه من أهم الركائز التي سيستند عليها الوقود النووي ومن بين الأساسيات التي سيتم الاعتماد على نمذجتها وتطبيقاتها من أجل الحفاظ على التماسك النوعي للمواد الكونية .

الهند لديها مخزون كبير من الثوريوم، ولذا فإنها تخطط لاستخدامه في برنامجها النووي، مستخدمة اليورانيوم كمادة مساعدة فقط. وهذه الخطة الطموحة تستخدم كل من المفاعل المولد السريع والحراري. ويقدم كل من مفاعل المياه الثقيلة المتقدمو مفاعل KAMINI جهود مبذولة في هذا الاتجاه.

والكميات الآتية تمثل المخزون الطبيعي للثوريوم مقدر بالطن :

  • 360000 الهند [5]
  • 300000 أستراليا
  • 170000 النرويج
  • 160000 الولايات المتحدة
  • 100000 كندا
  • 35000 جنوب أفريقيا
  • 16000 البرازيل
  • 95000 الدول الأخرى

النظائر

يتكون الثوريوم الموجود طبيعيا من نظير واحد 232Th. ويوجد للثوريوم 25 نظير مشع وأكثرهم ثباتا 232Th وله عمر نصف مقداره 14.05 مليار سنة، 230Th وله عمر نصف مقداره 75380 سنة، 229Th وله عمر نصف مقداره 7340 سنة، 228Th وله عمر نصف مقداره 1.92 سنة. أما بقية النظائر فلها عمر نصف أقل من 30 يوم ومعظم هذه النظائر أقل من 10 دقائق. وللعنصر أيزومر نووي واحد.

ويتراوح الوزن الذري لنظائر الثوريوم من 212 وحدة كتل ذرية (212Th) إلى 236 (236Th)

الاحتياطات

يشتعل مسحوق فلز الثوريوم تلقائيا في الهواء، ولذا يجب التعامل معه بحرص شديد.

كما يزيد معدل احتمال الإصابة بسرطان الرئة، والبنكرياس، الدم عند التعرض لدخان الثوريوم. كما أن تعرض الجسم من الداخل للثوريوم يؤدى لزيادة معدل الإصابة بأمراض الكبد. ولا يوجد للعنصر أي دور حيوي آخر معروف. شاهد أيضا ثوروتراست.

الثوريوم في الثقافة العامة

شاهد أيضا استخدامات الثوريوم الخيالية. دافيد هان، والذي يطلق عليه "الفتى سكوت المشع"، يقوم بإطلاق الثوريوم من خلال مصباح مع النيترونات لإنتاج كميات صغيرة من المواد الانشطارية في ساحة بيته الخلفية. وكان عليه أن لا يقوم بتطوير عمله نظرا لارتفاع مشتوى الإشعاع في البيوت المحيطة به.

وفي عام 1999، قامت مجموعة طلبة من جامعة شياغو بإنشاء مفاعل نووي صغير يعمل.

المصادر

المراجع
  1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  2. "معلومات عن ثوريوم على موقع mor.nlm.nih.gov". mor.nlm.nih.gov. مؤرشف من الأصل في 2019-04-07.
  3. "معلومات عن ثوريوم على موقع psh.techlib.cz". psh.techlib.cz. مؤرشف من الأصل في 2019-12-15.
  4. "معلومات عن ثوريوم على موقع roempp.thieme.de". roempp.thieme.de. مؤرشف من الأصل في 2016-07-30.
  5. "reference article 4 ( PRASAD)". web.archive.org. 11 نوفمبر 2007. مؤرشف من الأصل في 2020-03-18. اطلع عليه بتاريخ 2020-02-21.{{استشهاد ويب}}: صيانة الاستشهاد: BOT: original URL status unknown (link)

وصلات خارجية

انظر أيضا
  • أيقونة بوابةبوابة الكيمياء
  • أيقونة بوابةبوابة العناصر الكيميائية
  • أيقونة بوابةبوابة تقانة نووية
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.