થોરિયમ: શું તે ગ્રહને ઊર્જા સંકટમાંથી બચાવશે? વિશ્વ થોરિયમ બજાર.

થોરિયમ તત્વ 1828 માં બર્ઝેલિયસ દ્વારા નોર્વેમાં મળી આવેલા ખનિજમાં શોધાયું હતું અને પછીથી તેને થોરાઇટ (ThSi04) નામ આપવામાં આવ્યું હતું. તત્વનું નામ સ્કેન્ડિનેવિયન પૌરાણિક કથાઓમાં ગર્જનાના દેવના નામ પરથી રાખવામાં આવ્યું છે - થોર.

શુદ્ધ થોરિયમ માત્ર 1934માં વાન આર્કેલ દ્વારા થોરિયમ આયોડાઇડના થર્મલ ડિસોસિએશન દ્વારા મેળવવામાં આવ્યું હતું. 1896 માં ક્યુરી દ્વારા થોરિયમની કિરણોત્સર્ગીતાની શોધ કરવામાં આવી હતી.

યુરેનિયમ ટાર (U3Og) માં ક્લાપ્રોથ દ્વારા 1789 માં યુરેનિયમની શોધ કરવામાં આવી હતી. તેની શોધના 40 થી વધુ વર્ષો સુધી, 1841 માં, પેલિગોટે 1896 માં બેકરેલ દ્વારા તેના ક્લોરાઇડને ઘટાડીને મેટાલિક યુરેનિયમ મેળવ્યું હતું અને પિયર ક્યુરીએ યુરેનિયમ અયસ્કમાં રેડિયમ શોધ્યું.

1900 સુધી, પેઇન્ટિંગ (યુરેનિયમ પીળો) અને કાચ અને સિરામિક્સને રંગવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા યુરેનિયમ સંયોજનો મેળવવા માટે યુરેનિયમ અયસ્કને ઓછી માત્રામાં પ્રક્રિયા કરવામાં આવતી હતી. 1900 થી 1942 સુધી, યુરેનિયમ અયસ્કની પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે રેડિયમ કાઢવા માટે કરવામાં આવી હતી. 1942 થી અત્યાર સુધી, અયસ્ક પ્રક્રિયાનો મુખ્ય હેતુ પરમાણુ રિએક્ટર માટે યુરેનિયમ છે.

થોરિયમ અને યુરેનિયમના ગુણધર્મો

1946 માં, જી. સીબોર્ગે એક પૂર્વધારણા આગળ મૂકી જે મુજબ સામયિક કોષ્ટકમાં, એક્ટિઆઈ પછી, તત્વોનું નવું સંક્રમણ જૂથ, એક્ટિનાઇડ્સ (અથવા એક્ટિનાઇડ્સ), જે લેન્થેનાઇડ્સ જેવું જ છે, શરૂ થાય છે જેમાં 5/ શેલ ભરવામાં આવે છે. આ દૃષ્ટિકોણ હવે સામાન્ય રીતે સ્વીકારવામાં આવે છે. એક્ટિનાઇડ્સમાં થોરિયમ, પ્રોટેક્ટીનિયમ, યુરિયમ અને સૉરિયમ તત્વો (નેપટ્યુનિયમ, પ્લુટોનિયમ, અમેરિકિયમ, ક્યુરિયમ, બર્કેલિયમ, કેલિફોર્નિયમ, આઈન્સ્ટાઈનિયમ, ફર્મિયમ, મેન્ડેલેવિયમ, નોબેલિયમ)નો સમાવેશ થાય છે. આ શ્રેણીના પ્રથમ સભ્યો થોરિયમ, પ્રોટેક્ટીનિયમ અને યુરિયમ છે, જે સામાન્ય રીતે સામયિક કોષ્ટકના IV, V અને VI બાજુના જૂથોમાં અનુક્રમે સમાવિષ્ટ હતા, પરંતુ તેમના મૂળભૂત રાસાયણિક ગુણધર્મોને આધારે, એક્ટિનિયમ અને લેન્થેનાઇડ્સના એનાલોગ તરીકે ગણી શકાય નહીં. . વધુમાં, સ્પેક્ટ્રલ અભ્યાસ થોરિયમ અને પ્રોટેક્ટીનિયમમાં 5/-ઈલેક્ટ્રોનની ગેરહાજરી અને કદાચ યુરેનિયમમાં પણ સૂચવે છે. જો કે, ભારે તત્વોના અણુઓના Sf અને 6d સ્તરો પર ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જાની નિકટતાને ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ, જે એક સ્તરથી બીજા સ્તરે ઇલેક્ટ્રોન સંક્રમણની સરળતા નક્કી કરે છે. થોરિયમ અને યુરેનિયમને એક્ટિનાઇડ્સ તરીકે વર્ગીકૃત કરવાની તરફેણમાં ઘણી દલીલો છે. આમ, ધાતુની સ્થિતિમાં, થોરિયમ અને યુરેનિયમ (તેમજ ટ્રેસુરાઇડ્સ) લેન્થેનાઇડ્સના ગુણધર્મોમાં સમાન હોય છે અને ઝિર્કોનિયમ, ટેન્ટેલમ અને ટંગસ્ટનથી તીવ્ર રીતે અલગ પડે છે. યુરેનિયમ રાસાયણિક સંયોજનોના ગુણધર્મો ટંગસ્ટન સંયોજનોના ગુણધર્મોથી નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે.

જો કે થોરિયમ નિઃશંકપણે ઝિર્કોનિયમ અને હેફનિયમની રાસાયણિક ગુણધર્મોની નજીક છે, થોરિયમ અને ટેટ્રાવેલેન્ટ સેરિયમ વચ્ચે વધુ સમાનતાઓ જોઈ શકાય છે. એક્ટીવોઇડ્સ, જેમ કે લેન્થેનાઇડ્સ, પેરામેગ્નેટિક ગુણધર્મો દ્વારા અલગ પડે છે. જલીય દ્રાવણમાં યુરેનિયમ અને ટ્રેસુરાનાઇડ કેશનની ચુંબકીય સંવેદનશીલતામાં ફેરફાર સંખ્યાબંધ લેન્થેનાઇડ્સ માટે સમાન છે.

નેચરલ થોરિયમમાં વ્યવહારીક રીતે એક આઇસોટોપ 2^Th (Ti/Z = 1.39* * 1010 વર્ષ) હોય છે, જે લીડ આઇસોટોપ 2gfPb સાથે સમાપ્ત થતા કિરણોત્સર્ગી પરિવારના સ્થાપક છે. પ્રાકૃતિક યુરેનિયમમાં સમૂહ સંખ્યા 238 (99.28%), 235 (0.71%) અને 234 (0.005%) આઇસોટોપ 238U (Гi/2 = 4.5" 109 વર્ષ) અને 235U (T\/r - 0*7) હોય છે. વર્ષો) અનુક્રમે (4n + 2) અને (4n + 3) શ્રેણીના કિરણોત્સર્ગી પરિવારોના પૂર્વજો છે.

ભૌતિક ગુણધર્મો

થોરિયમ એ નરમ, ચાંદી-સફેદ ધાતુ છે (જ્યારે તાજી કાપવામાં આવે છે). થોરિયમના બે સ્ફટિકીય ફેરફારો જાણીતા છે. 1400 QC સુધી, તે સ્થિર છે (ચહેરા-કેન્દ્રિત ઘન જાળી સાથે X-સ્વરૂપ; 1400 C થી ઉપર, ^-સ્વરૂપ શરીર-કેન્દ્રિત ક્યુબિક જાળી સાથે.

યુરેનિયમ એ સ્ટીલ-ગ્રે ડક્ટાઇલ મેટલ છે. તેના ત્રણ ફેરફારો જાણીતા છે: એ-યુરેનિયમ 662 સી સુધી સ્થિર છે, ઓર્થોરોમ્બિક સિસ્ટમમાં સ્ફટિકીકરણ કરે છે; /3-યુરેનિયમ રેન્જ 662 - 769 C, ટેટ્રાગોનલ સ્ટ્રક્ચરમાં સ્થિર છે; વાય-યુરેનિયમ ક્યુબિક ફેસ-કેન્દ્રિત માળખું સાથે, 769 સીથી ઉપર સ્થિર છે. નીચે થોરિયમ અને યુરેનિયમના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો છે:

થોરિયમ યુરેનિયમ

અણુ ક્રમાંક 90 92

અણુ સમૂહ "233.038 238.03

ઘનતા р 0, g/cm3 11.7 18.5-19

તાપમાન, °C:

TOC \o "1-3" \h \z મેલ્ટિંગ 1750 ISO

ઉકળતા 3500-4200 3700-4200

વિદ્યુત પ્રતિકારકતા

R o -106, ઓહ્મ-સેમી 13-18 30.0

થર્મલ ન્યુટ્રોન કેપ્ચર ક્રોસ સેક્શન

P-102", cm2 7.31 7.68

(આઇસોટોપ્સનું કુદરતી મિશ્રણ)

ઇલેક્ટ્રોન વર્ક ફંક્શન, eV.... 3.51 3.27

તાણ શક્તિ, MPa.... 200-220 400-800*

કઠિનતા NV, MPa 530-700 1500 *

સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ E 0, GPa 70 190

વિકૃત ધાતુના એનેલીંગ મોડ પર આધાર રાખીને. વિકૃત ધાતુને 770 °C પર એન્નીલિંગ કર્યા પછી. યુરેનિયમના યાંત્રિક ગુણધર્મો યાંત્રિક અને થર્મલ સારવારના મોડ પર ખૂબ આધાર રાખે છે (ધાતુના સ્ફટિકોની એનિસોટ્રોપીને ધ્યાનમાં લેતા). યુરેનિયમને /3-ની સ્થિરતાના તાપમાને ગરમ કરવા અને અનુગામી શમન સાથે ^-સુધારાઓ /3- અથવા y-સ્વરૂપોના ફિક્સેશન તરફ દોરી જતા નથી, પરંતુ ઝેરિયમને પીસવાનું કારણ બને છે અને યાંત્રિક પ્રક્રિયા દરમિયાન દેખાતી રચનાને દૂર કરે છે. .

રાસાયણિક ગુણધર્મો

હવામાં, થોરિયમ અને યુરેનિયમ ધીમે ધીમે સામાન્ય તાપમાને ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, બ્લેક ઓક્સાઈડ ફિલ્મથી ઢંકાઈ જાય છે, જે અટકાવે છે પણ કાટ રોકતા નથી. 150 સે. ઉપરના તાપમાને યુરેનિયમ અને 400 સે.થી ઉપરનું થોરિયમ ઝડપથી ઓક્સિડાઇઝ થાય છે.

થોરિયમ-ઓક્સિજન સિસ્ટમમાં, માત્ર એક સ્થિર ઓક્સાઇડ ThOj જાણીતું છે. થોરિયમ ડાયોક્સાઇડ 3200 C તાપમાને પીગળે છે અને તે ઉચ્ચ રાસાયણિક શક્તિ ધરાવે છે.

યુરેનિયમ-ઓક્સિજન પ્રણાલીમાં છ ઓક્સાઈડ્સ સ્થાપિત છે, તેમાંથી સૌથી મહત્વપૂર્ણ U02, U308 અને U03 છે. થોરિયમ અને યુરેનિયમમાં ઓક્સિજનની દ્રાવ્યતા નહિવત છે. અર્ગન અને થોરિયમ અનુક્રમે 250 - 300 અને 400 - 600 C તાપમાને હાઇડ્રોજન સાથે સક્રિય રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે અને હાઇડ્રાઇડ્સ (UH3, ThH2 અને ThH375) બનાવે છે. આ કિસ્સામાં, પ્રારંભિક વર્કપીસ પાવડરમાં ફેરવાય છે. યુરેનિયમ હાઇબ્રિડ 430 C, થોરિયમ હાઇડ્રાઇડ - 700 - 800 C પર શૂન્યાવકાશમાં વિઘટિત થાય છે.

600 - 800 C ના તાપમાને ધાતુઓ નાઇટ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, નાઇટ્રાઇડ્સ (U2N3, Th2N3, UN, ThN) બનાવે છે. યુરેનિયમ નાઈટ્રાઈડ એસિડમાં ઓછા પ્રમાણમાં દ્રાવ્ય હોય છે અને આલ્કલી દ્રાવણમાં નિષ્ક્રિય હોય છે. થોરિયમ નાઇટ્રાઇડ્સ પાણી સાથે વિઘટન કરે છે, એમોનિયા મુક્ત કરે છે. કાર્બન, યુરેનિયમ અને થોરિયમ ફોર્મ કાર્બાઈડ (UC, U2C3, UC2, ThC, ThC2) સાથે. કાર્બાઇડ પાણી સાથે વિઘટન કરે છે, હાઇડ્રોકાર્બન મુક્ત કરે છે.

યુરેનિયમ અને થોરિયમ ઠંડા હોય ત્યારે ફ્લોરિન સાથે અને જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે અન્ય હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. યુરેનિયમ ફલોરાઈડ્સમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ UF6 (યુરેનિયમ આઇસોટોપ્સને અલગ કરવા માટે વપરાય છે) અને UF4 -^ યુરેનિયમના ઉત્પાદન માટે પ્રારંભિક સંયોજન તરીકે સેવા આપે છે.

100 °C સુધીની બંને ધાતુઓ 200 °C થી ઉપરની પાણીની વરાળને સક્રિયપણે U02 ની રચના સાથે યુરેનિયમ અને થોરિયમને સક્રિયપણે ઓક્સિડાઇઝ કરે છે અને U02 અને Th02 ની રચના કરે છે. નાઈટ્રિક, સલ્ફ્યુરિક અને હાઈડ્રોફ્લોરિક એસિડમાં ઠંડીમાં થોરિયમ ધીમે ધીમે કોરોડ થાય છે અને હાઈડ્રોક્લોરિક એસિડમાં સરળતાથી ઓગળી જાય છે. આલ્કલી સોલ્યુશન થોરિયમ પર ઓછી અસર કરે છે.

હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડ યુરેનિયમ પર નબળી અસર ધરાવે છે (એક રક્ષણાત્મક UF4 ફિલ્મ રચાય છે). ઠંડામાં ધાતુ પાતળું સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા આપતી નથી; જ્યારે ગરમ થાય છે, ત્યારે કાટનો દર લગભગ પાણીમાં સમાન હોય છે. હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ સક્રિયપણે યુરેનિયમને નાઈટ્રિક એસિડમાં ઓગાળે છે, વિસર્જન મધ્યમ ગતિએ આગળ વધે છે.

થોરિયમના રાસાયણિક સંયોજનો

સૌથી વધુ સ્થિર ડેરિવેટિવ્સ તે છે જે થોરિયમ +4 ની સૌથી વધુ ઓક્સિડેશન સ્થિતિ ધરાવે છે. જલીય દ્રાવણમાં નિમ્ન ઓક્સિડેશન અવસ્થાના સંયોજનો મળી આવ્યા ન હતા. જલીય દ્રાવણમાં Th4+ આયનો જટિલ સંયોજનો બનાવવાની ક્ષમતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. સૌથી મહત્વપૂર્ણ થોરિયમ સંયોજનો જે જલીય દ્રાવણમાંથી અલગ છે તેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

થોરિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ Th(OH)4 - આકારહીન અવક્ષેપના સ્વરૂપમાં pH = 3.5+3.6 પર અવક્ષેપ થાય છે. દ્રાવ્યતા ઉત્પાદન ~1040;

થોરિયમ નાઈટ્રેટ એ અત્યંત દ્રાવ્ય મીઠું છે, જે ક્રિસ્ટલ હાઈડ્રેટ Th(NOj)4 lH20 (l = 5 અથવા 6) ની રચનામાં અલગ પડે છે. 160 C થી ઉપર તે TiO2 ની રચના સાથે વિઘટિત થાય છે;

થોરિયમ સલ્ફેટ Th(SOj2 pH20 - પાણીમાં સાધારણ દ્રાવ્ય, આલ્કલી મેટલ સલ્ફેટ Me2S04 "Thfcoj, /»H,0 સાથે સહેજ દ્રાવ્ય ડબલ સલ્ફેટ બનાવે છે;

થોરિયમ ફ્લોરાઈડ ThF4 - પાણીના અણુઓની વિવિધ સંખ્યા સાથે અવક્ષેપ, પાણીમાં દ્રાવ્યતા 1.7 "10-4 g/l છે. મીઠું ખનિજ એસિડમાં થોડું દ્રાવ્ય છે;

Thorium oxalate ThfCflJ "6H20 - પાણીમાં વ્યવહારીક રીતે અદ્રાવ્ય અને 3 - 4 N એસિડના દ્રાવણમાં. મીઠું ક્ષારયુક્ત ધાતુ અને એમોનિયમ ઓક્સાલેટના દ્રાવણમાં ઓગળીને Afe4 પ્રકારના જટિલ ક્ષાર બનાવે છે;

મુખ્ય કાર્બોનેટ TNOSO - 8HgO - પાણીમાં થોડું દ્રાવ્ય છે, તે ક્ષારયુક્ત ધાતુ અને એમોનિયમ કાર્બોનેટના દ્રાવણમાં ઓગળી જાય છે અને કોમ્પ્લેક્સ MejThfcO^j] ની રચના કરે છે;

થોરિયમ ફોસ્ફેટ્સ TH3(P04)4 4HgO અને ThP207 2HgO નબળા દ્રાવ્ય ક્ષાર છે જે નબળા એસિડિક દ્રાવણથી અલગ પડે છે.

યુરેનિયમના રાસાયણિક સંયોજનો

તટસ્થ અને એસિડિક દ્રાવણમાં, હેક્સાવેલેન્ટ યુરેનિયમ પીળા યુરેનાઇલ આયન VO§+ તરીકે અસ્તિત્વમાં છે. સહેજ દ્રાવ્ય યુરેનાઇલ હાઇડ્રોક્સાઇડ III2(OH)2 pH શ્રેણી = 3.8+6.0 (યુરેનિયમ સાંદ્રતા પર આધાર રાખીને) માં ઉકેલોમાંથી મુક્ત થાય છે. સરળતાથી દ્રાવ્ય યુરેનાઇલ ક્ષારમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: નાઈટ્રેટ U02(N0j)2, સલ્ફેટ U02S04, ક્લોરાઈડ Ш2С12, ફ્લોરાઈડ U02F2, એસિટેટ U02(CH3C00)2. આ ક્ષાર વિવિધ સંખ્યામાં પાણીના અણુઓ સાથે સ્ફટિકીય હાઇડ્રેટના સ્વરૂપમાં ઉકેલોમાંથી મુક્ત થાય છે.

ટેક્નોલૉજીમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ઓછા પ્રમાણમાં દ્રાવ્ય યુરેનાઇલ ક્ષારોમાં યુરેનાઇલ ઓક્સાલેટ UOjCjO^ યુરેનાઇલ ફોસ્ફેટ્સ U02HP04 અને (U02)2P207, એમોનિયમ યુરેનાઇલ ફોસ્ફેટ NH4U02P04, સોડિયમ યુરેનાઇલ વેનાઇડ (Naadium 2002p04) નો સમાવેશ થાય છે.

યુરેનાઇલ આયન જટિલ સંયોજનો બનાવવાની વૃત્તિ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. આમ, ~, 3- અને 4-નાઇટ્રેટ સંકુલ 2~ સલ્ફ્યુરિક એસિડ સંકુલ 4-, કાર્બોનેટ સંકુલના ફ્લોરિન આયન ધરાવતા સંકુલ જાણીતા છે)