L'élément thorium a été découvert en 1828 par Berzelius dans un minéral trouvé en Norvège et nommé plus tard thorite (ThSi04). L'élément porte le nom du dieu du tonnerre de la mythologie scandinave - Thor.
Le thorium pur n'a été obtenu qu'en 1934 par van Arkel par dissociation thermique de l'iodure de thorium. La radioactivité du thorium a été découverte en 1896 par Curie.
L'uranium a été découvert en 1789 par Klaproth dans le goudron d'uranium (U3Og). Pendant plus de 40 ans après sa découverte, son « dioxyde » a été confondu avec de l'uranium métallique. Ce n'est qu'en 1841 que Peligot a obtenu de l'uranium métallique en réduisant son chlorure avec du potassium. La radioactivité des minéraux d'uranium a été découverte en 1896 par Becquerel. et Pierre Curie a découvert le radium dans les minerais d'uranium.
Jusqu'en 1900, les minerais d'uranium étaient traités en petites quantités pour obtenir des composés d'uranium utilisés dans la peinture (jaune d'uranium) et pour colorer le verre et la céramique. De 1900 à 1942, les minerais d’uranium étaient principalement traités pour extraire le radium. De 1942 à nos jours, le traitement du minerai a pour principal objectif l'uranium destiné aux réacteurs nucléaires.
Propriétés du thorium et de l'uranium
En 1946, G. Seaborg émettait une hypothèse selon laquelle dans le Tableau Périodique, après actii, commence un nouveau groupe transitionnel d'éléments, les actinides (ou actinides), semblables aux lanthanides, dans lequel la coquille 5/ est remplie. Ce point de vue est désormais généralement accepté. Les actinides comprennent les éléments thorium, protactinium, urium et saurium (neptunium, plutonium, américium, curium, berkelium, californium, einsteinium, fermium, mendelevium, nobelium). Les premiers membres de cette série sont le thorium, le protactinium et l'urium, qui étaient généralement inclus respectivement dans les groupes latéraux IV, V et VI du tableau périodique, mais ne peuvent pas être considérés, sur la base de leurs propriétés chimiques de base, comme des analogues de l'actinium et des lanthanides. . De plus, des études spectrales indiquent l'absence d'électrons 5/ dans le thorium et le protactinium, et peut-être aussi dans l'uranium. Cependant, il convient de prendre en compte la proximité des énergies électroniques aux niveaux Sf et 6d des atomes d'éléments lourds, qui détermine la facilité de transition des électrons d'un niveau à l'autre. Il existe un certain nombre d’arguments en faveur de la classification du thorium et de l’uranium parmi les actinides. Ainsi, à l'état métallique, le thorium et l'uranium (ainsi que les traisuraides) ont des propriétés similaires à celles des lanthanides et diffèrent fortement du zirconium, du tantale et du tungstène. Les propriétés des composés chimiques de l'uranium diffèrent considérablement de celles des composés du tungstène.
Bien que les propriétés chimiques du thorium soient sans aucun doute proches du zirconium et de l'hafnium, de plus grandes similitudes peuvent être observées entre le thorium et le cérium tétravalent. Les activoïdes, comme les lanthanides, se distinguent par leurs propriétés paramagnétiques. Le changement dans la susceptibilité magnétique des cations uranium et traisuranide dans les solutions aqueuses est similaire pour un certain nombre de lanthanides.
Le thorium naturel contient pratiquement un isotope 2^Th (Ti/Z = 1,39* * 1010 ans), fondateur de la famille radioactive se terminant par l'isotope du plomb 2gfPb. L'uranium naturel est constitué de trois isotopes de masse 238 (99,28 %), 235 (0,71 %) et 234 (0,005 %). Isotopes 238U (Гi/2 = 4,5" 109 ans) et 235U (T\/r - 7,1 10*). années) sont les ancêtres des familles radioactives des séries (4n + 2) et (4n + 3), respectivement.
Propriétés physiques
Le thorium est un métal mou et blanc argenté (lorsqu'il est coupé frais). Deux modifications cristallines du thorium sont connues. Jusqu'à 1400 QC, il est stable (forme X avec un réseau cubique à faces centrées ; au-dessus de 1400 C, forme ^ avec un réseau cubique centré sur le corps.
L'uranium est un métal ductile gris acier. Trois modifications en sont connues : l'uranium a est stable jusqu'à 662 C, cristallise dans le système orthorhombique ; L'uranium /3 est stable entre 662 et 769 °C, structure tétragonale ; y-uranium avec une structure cubique à faces centrées, stable au-dessus de 769 C. Ci-dessous quelques propriétés physiques du thorium et de l'uranium :
Thorium-Uranium
Numéro atomique 90 92
Masse atomique "233,038 238,03
Densité р 0, g/cm3 11,7 18,5-19
Température, °C :
COT \o "1-3" \h \z fondant 1750 ISO
Bouillante 3500-4200 3700-4200
Résistivité électrique
R o -106, Ohm-cm 13-18 30,0
Section efficace de capture de neutrons thermiques
P-102", cm2 7,31 7,68
(mélange naturel d'isotopes)
Fonction de travail électronique, eV.... 3,51 3,27
Résistance à la traction, MPa.... 200-220 400-800*
Dureté NV, MPa 530-700 1500 *
Module élastique E 0, GPa 70 190
En fonction du mode de recuit du métal déformé. Après recuit du métal déformé à 770 °C. Les propriétés mécaniques de l'uranium dépendent fortement (compte tenu de l'anisotropie des cristaux métalliques) du mode de traitement mécanique et thermique. Le chauffage de l'uranium à des températures de stabilité des modifications /3- et ^ avec trempe ultérieure ne conduit pas à la fixation des formes /3- ou y, mais provoque le broyage du zérium et élimine la texture qui apparaît lors du traitement mécanique .
Propriétés chimiques
Dans l'air, le thorium et l'uranium s'oxydent lentement aux températures ordinaires et se recouvrent d'un film d'oxyde noir qui inhibe mais n'arrête pas la corrosion. L'uranium à des températures supérieures à 150 °C et le thorium au-dessus de 400 °C s'oxydent rapidement.
Dans le système thorium-oxygène, un seul oxyde stable ThOj est connu. Le dioxyde de thorium fond à 3 200 °C et possède une résistance chimique élevée.
Il existe six oxydes installés dans le système uranium-oxygène, parmi lesquels les plus importants sont U02, U308 et U03. La solubilité de l'oxygène dans le thorium et l'uranium est négligeable. L'urgn et le thorium réagissent activement avec l'hydrogène à 250 - 300 et 400 - 600 C, respectivement, pour former des hydrures (UH3, ThH2 et ThH375). Dans ce cas, la pièce initiale se transforme en poudre. L'hybride d'uranium se décompose au-dessus de 430 C, l'hydrure de thorium - sous vide à 700 - 800 C.
Les métaux à des températures de 600 à 800 C réagissent avec l'azote pour former des nitrures (U2N3, Th2N3, UN, ThN). Les nitrures d'uranium sont peu solubles dans les acides et inertes vis-à-vis des solutions alcalines. Les nitrures de thorium se décomposent avec l'eau, libérant de l'ammoniac. Avec le carbone, l'uranium et le thorium forment des carbures (UC, U2C3, UC2, ThC, ThC2). Les carbures se décomposent avec l'eau, libérant des hydrocarbures.
L'uranium et le thorium réagissent avec le fluor lorsqu'ils sont froids et avec d'autres halogènes lorsqu'ils sont chauffés. Parmi les fluorures d'uranium, les plus importants sont l'UF6 (utilisé pour séparer les isotopes de l'uranium) et l'UF4 -^ sert de composé de départ pour la production d'uranium.
Les deux métaux jusqu'à 100 °C se corrodent lentement dans l'eau ; la vapeur d'eau au-dessus de 200 °C oxyde activement l'uranium et le thorium avec formation d'U02 ; la vapeur au-dessus de 200 °C oxyde activement l'uranium et le thorium avec formation d'U02 et de Th02. Le thorium se corrode lentement à froid dans les acides nitrique, sulfurique et fluorhydrique et se dissout facilement dans l'acide chlorhydrique. Les solutions alcalines ont peu d'effet sur le thorium.
L'acide fluorhydrique a un faible effet sur l'uranium (un film protecteur d'UF4 se forme). Le métal froid ne réagit pas avec l'acide sulfurique dilué ; lorsqu'il est chauffé, le taux de corrosion est à peu près le même que dans l'eau. L'acide chlorhydrique dissout activement l'uranium ; dans l'acide nitrique, la dissolution se déroule à une vitesse modérée.
Composés chimiques du thorium
Les dérivés les plus stables sont ceux ayant le degré d'oxydation le plus élevé du thorium +4. Les composés d’états d’oxydation inférieurs n’ont pas été détectés dans les solutions aqueuses. Les ions Th4+ dans les solutions aqueuses se caractérisent par leur capacité à former des composés complexes. Les composés du thorium les plus importants isolés des solutions aqueuses comprennent :
Hydroxyde de thorium Th(OH)4 - précipite à pH = 3,5+3,6 sous forme d'un précipité amorphe. Produit de solubilité ~1040 ;
Le nitrate de thorium est un sel hautement soluble, isolé dans la composition de l'hydrate cristallin Th(NOj)4 lH20 (l = 5 ou 6). Au-dessus de 160 C, il se décompose avec formation de TiO2 ;
Sulfate de thorium Th(SOj2 pH20 - modérément soluble dans l'eau, forme des sulfates doubles légèrement solubles avec les sulfates de métaux alcalins Me2S04 "Thfcoj, /»H,0;
Fluorure de thorium ThF4 - précipite avec un nombre différent de molécules d'eau, la solubilité dans l'eau est de 1,7 "10-4 g/l. Le sel est légèrement soluble dans les acides minéraux ;
Oxalate de thorium ThfCflJ "6H20 - pratiquement insoluble dans l'eau et les solutions acides 3 - 4 N. Le sel se dissout dans des solutions d'oxalates de métaux alcalins et d'ammonium pour former des sels complexes de type Afe4 ;
Le carbonate principal TNOSOЪ - 8НгО - est légèrement soluble dans l'eau, se dissout dans les solutions de carbonates de métaux alcalins et d'ammonium avec formation de complexes MejThfcO^j] ;
Les phosphates de thorium TH3(P04)4 4HgO et ThP207 2HgO sont des sels peu solubles isolés de solutions faiblement acides.
Composés chimiques de l'uranium
Dans les solutions neutres et acides, l'uranium hexavalent existe sous forme d'ion uranyle jaune VO§+. L'hydroxyde d'uranyle III2(OH)2 légèrement soluble est libéré à partir de solutions dans la plage de pH = 3,8+6,0 (en fonction de la concentration en uranium). Les sels d'uranyle facilement solubles comprennent : nitrate U02(N0j)2, sulfate U02S04, chlorure Ш2С12, fluorure U02F2, acétate U02(CH3C00)2. Ces sels sont libérés des solutions sous forme d’hydrates cristallins contenant différents nombres de molécules d’eau.
Parmi les sels d'uranyle peu solubles utilisés dans la technologie figurent l'oxalate d'uranyle UOjCjO^ les phosphates d'uranyle U02HP04 et (U02)2P207, le phosphate d'uranyle d'ammonium NH4U02P04, le vanadate d'uranyle de sodium NaU02U04, le ferrocyanure (U02)2.
L'ion uranyle se caractérise par une tendance à former des composés complexes. Ainsi, on connaît des complexes avec des ions fluor du type ~, complexes 3- et 4-nitrates 2~ complexes d'acide sulfurique 4-, complexes carbonates)
