Toryum elementi, 1828 yılında Berzelius tarafından Norveç'te bulunan ve daha sonra torit (ThSi04) olarak adlandırılan bir mineralde keşfedilmiştir. Element, adını İskandinav mitolojisindeki gök gürültüsü tanrısı Thor'dan almıştır.
Saf toryum ancak 1934 yılında van Arkel tarafından toryum iyodürün termal ayrışmasıyla elde edildi. Toryumun radyoaktivitesi 1896 yılında Curie tarafından keşfedilmiştir.
Uranyum, 1789 yılında Klaproth tarafından uranyum katranında (U3Og) keşfedildi. Keşfinden sonra 40 yılı aşkın bir süre boyunca "dioksit" metalik uranyumla karıştırıldı. Ancak 1841'de Peligot, klorürü potasyumla indirgeyerek metalik uranyum elde etti. Uranyum minerallerinin radyoaktivitesi 1896'da Becquerel tarafından keşfedildi. ve Pierre Curie uranyum cevherlerinde radyumu keşfetti.
1900 yılına kadar uranyum cevherleri küçük miktarlarda işlenerek uranyum bileşikleri elde edildi ve bu ürünler boyamada (uranyum sarısı) ve cam ve seramiklerin renklendirilmesinde kullanıldı. 1900'den 1942'ye kadar uranyum cevherleri öncelikle radyum çıkarmak için işlendi. 1942'den günümüze cevher işlemenin temel amacı nükleer reaktörlerde uranyumdur.
Toryum ve uranyumun özellikleri
1946'da G. Seaborg, Periyodik Tabloda, eylemden sonra, 5/ kabuğunun doldurulduğu lantanitlere benzer yeni bir geçiş element grubunun, aktinitlerin (veya aktinitlerin) başladığını öne süren bir hipotez ileri sürdü. Bu bakış açısı artık genel kabul görüyor. Aktinitler toryum, protaktinyum, üryum ve sauryum elementlerini (neptunyum, plütonyum, amerikyum, küriyum, berkelyum, kaliforniyum, aynştaynyum, fermiyum, mendelevyum, nobelyum) içerir. Bu serinin ilk üyeleri, genellikle Periyodik Tablonun sırasıyla IV, V ve VI yan gruplarına dahil edilen toryum, protaktinyum ve üryumdur, ancak temel kimyasal özelliklerine göre aktinyum ve lantanitlerin analogları olarak kabul edilemezler. . Ek olarak, spektral çalışmalar toryum ve protaktinyumda ve muhtemelen uranyumda da 5/-elektron bulunmadığını göstermektedir. Bununla birlikte, ağır elementlerin atomlarının Sf ve 6d seviyelerindeki elektron enerjilerinin yakınlığı dikkate alınmalıdır; bu, elektronun bir seviyeden diğerine geçiş kolaylığını belirler. Toryum ve uranyumun aktinit olarak sınıflandırılması lehine bir takım argümanlar vardır. Bu nedenle, metalik durumda, toryum ve uranyum (aynı zamanda traisuraidler) özellikleri bakımından lantanitlere benzer ve zirkonyum, tantal ve tungstenden keskin bir şekilde farklıdır. Uranyum kimyasal bileşiklerinin özellikleri, tungsten bileşiklerinin özelliklerinden önemli ölçüde farklıdır.
Toryumun kimyasal özellikleri şüphesiz zirkonyum ve hafniyuma yakın olmasına rağmen, toryum ve dört değerlikli seryum arasında daha büyük benzerlikler görülebilir. Lantanitler gibi aktivoidler de paramanyetik özelliklerle ayırt edilir. Uranyum ve traisuranit katyonlarının sulu çözeltilerdeki manyetik duyarlılığındaki değişiklik, bazı lantanitler için benzerdir.
Doğal toryum pratik olarak bir izotop 2^Th (Ti/Z = 1.39* * 1010 yıl) içerir; bu izotop kurşun izotop 2gfPb ile biten radyoaktif ailenin kurucusudur. Doğal uranyum kütle numaraları 238 (%99,28), 235 (%0,71) ve 234 (%0,005) olan üç izotoptan oluşur. İzotoplar 238U (Гi/2 = 4,5" 109 yıl) ve 235U (T\/r - 7,1 · 10*) yıl) sırasıyla (4n + 2) ve (4n + 3) serisinin radyoaktif ailelerinin atalarıdır.
Fiziki ozellikleri
Toryum yumuşak, gümüşi beyaz bir metaldir (taze kesildiğinde). Toryumun iki kristal modifikasyonu bilinmektedir. 1400 QC'ye kadar stabildir (yüz merkezli kübik kafesli X-formu; 1400 C'nin üzerinde, vücut merkezli kübik kafesli ^-formu).
Uranyum çelik-gri sünek bir metaldir. Bunun üç modifikasyonu bilinmektedir: a-uranyum 662 C'ye kadar stabildir, ortorombik sistemde kristalleşir; /3-uranyum 662 - 769 C aralığında stabildir, tetragonal yapıdadır; 769 C'nin üzerinde kararlı, kübik yüz merkezli yapıya sahip y-uranyum. Aşağıda toryum ve uranyumun bazı fiziksel özellikleri verilmiştir:
Toryum Uranyum
Atom numarası 90 92
Atom kütlesi "233.038 238.03
Yoğunluk р 0, g/cm3 11,7 18,5-19
Sıcaklık, °C:
TOC \o "1-3" \h \z erime 1750 ISO
Kaynatma 3500-4200 3700-4200
Elektriksel direnç
R o -106, Ohm-cm 13-18 30,0
Termal nötron yakalama kesiti
P-102", cm2 7,31 7,68
(izotopların doğal karışımı)
Elektron iş fonksiyonu, eV... 3,51 3,27
Çekme mukavemeti, MPa.... 200-220 400-800*
Sertlik NV, MPa 530-700 1500 *
Elastik modül E 0, GPa 70 190
Deforme olmuş metalin tavlama moduna bağlı olarak. Deforme olmuş metalin 770 °C'de tavlanmasından sonra. Uranyumun mekanik özellikleri büyük ölçüde (metal kristallerinin anizotropisi dikkate alınarak) mekanik ve ısıl işlem moduna bağlıdır. Uranyumun /3- ve ^-modifikasyonlarının stabilite sıcaklıklarında ısıtılması ve ardından söndürülmesi, /3- veya y-formlarının sabitlenmesine yol açmaz, ancak zeriumun öğütülmesine neden olur ve mekanik işlem sırasında ortaya çıkan dokuyu ortadan kaldırır. .
Kimyasal özellikler
Havada, toryum ve uranyum normal sıcaklıklarda yavaşça oksitlenir ve korozyonu engelleyen ancak durdurmayan siyah bir oksit filmi ile kaplanır. 150 C'nin üzerindeki sıcaklıklarda uranyum ve 400 C'nin üzerindeki toryum hızla oksitlenir.
Toryum-oksijen sisteminde yalnızca bir kararlı oksit ThOj bilinmektedir. Toryum dioksit 3200 C'de erir ve yüksek kimyasal dayanıma sahiptir.
Uranyum-oksijen sisteminde altı oksit bulunur; bunların arasında en önemlileri U02, U308 ve U03'tür. Oksijenin toryum ve uranyumdaki çözünürlüğü ihmal edilebilir düzeydedir. Urgn ve toryum, sırasıyla 250 - 300 ve 400 - 600 ° C'de hidrojen ile aktif olarak reaksiyona girerek hidritler (UH3, ThH2 ve ThH375) oluşturur. Bu durumda ilk iş parçası toza dönüşür. Uranyum hibriti 430 C'nin üzerinde, toryum hidrit - 700 - 800 C'de bir vakumda ayrışır.
600 - 800 C sıcaklıktaki metaller nitrojenle reaksiyona girerek nitrürler (U2N3, Th2N3, UN, ThN) oluşturur. Uranyum nitrürler asitlerde az çözünür ve alkali çözeltilere karşı inerttir. Toryum nitrürler suyla ayrışarak amonyak açığa çıkarır. Karbon ile uranyum ve toryum karbürleri oluşturur (UC, U2C3, UC2, ThC, ThC2). Karbürler suyla ayrışarak hidrokarbonları açığa çıkarır.
Uranyum ve toryum soğukta flor ile, ısıtıldığında diğer halojenlerle reaksiyona girer. Uranyum florürler arasında en önemlileri UF6'dır (uranyum izotoplarını ayırmak için kullanılır) ve UF4-^, uranyum üretimi için başlangıç bileşiği olarak görev yapar.
Her iki metal de 100 °C'ye kadar suda yavaşça paslanır; 200 °C'nin üzerindeki su buharı, U02 oluşumuyla uranyum ve toryumu aktif olarak oksitler; 200 °C'nin üzerindeki buhar, U02 ve Th02 oluşumuyla uranyum ve toryumu aktif olarak oksitler. Toryum soğukta nitrik, sülfürik ve hidroflorik asitlerde yavaş yavaş paslanır ve hidroklorik asitte kolayca çözünür. Alkali çözeltilerin toryum üzerinde çok az etkisi vardır.
Hidroflorik asitin uranyum üzerinde zayıf bir etkisi vardır (koruyucu bir UF4 filmi oluşur). Soğuktaki metal seyreltik sülfürik asitle reaksiyona girmez; ısıtıldığında korozyon hızı sudakiyle hemen hemen aynıdır. Hidroklorik asit uranyumu aktif olarak çözer; nitrik asitte çözünme orta hızda ilerler.
Toryumun kimyasal bileşikleri
En kararlı türevler toryum +4'ün en yüksek oksidasyon durumuna sahip olanlardır. Sulu çözeltilerde daha düşük oksidasyon durumlarına sahip bileşikler tespit edilmedi. Sulu çözeltilerdeki Th4+ iyonları karmaşık bileşikler oluşturma yeteneğiyle karakterize edilir. Sulu çözeltilerden izole edilen en önemli toryum bileşikleri şunları içerir:
Toryum hidroksit Th(OH)4 - pH = 3,5+3,6'da amorf bir çökelti formunda çökelir. Çözünürlük çarpımı ~1040;
Toryum nitrat, kristalin hidrat Th(NOj)4lH20 (l = 5 veya 6) içinde izole edilen yüksek oranda çözünür bir tuzdur. 160 C'nin üzerinde TiO2 oluşumuyla ayrışır;
Toryum sülfat Th(SOj2 pH20 - suda orta derecede çözünür, alkali metal sülfatlar Me2S04 "Thfcoj, /»H,0 ile az çözünür çift sülfatlar oluşturur;
Toryum florür ThF4 - farklı sayıda su molekülüyle çöker, sudaki çözünürlüğü 1,7 "10-4 g/l'dir. Tuz, mineral asitlerde az çözünür;
Toryum oksalat ThfCflJ "6H20 - suda ve 3 - 4 N asit çözeltilerinde pratik olarak çözünmez. Tuz, Afe4 tipi kompleks tuzlar oluşturmak üzere alkali metal ve amonyum oksalat çözeltilerinde çözünür;
Ana karbonat TNOSO - 8HgO - suda az çözünür, alkali metal ve amonyum karbonat çözeltilerinde MejThfcO^j komplekslerinin oluşumuyla çözünür;
Toryum fosfatlar TH3(P04)4 4HgO ve ThP207 2HgO, zayıf asidik çözeltilerden izole edilen, az çözünen tuzlardır.
Uranyumun kimyasal bileşikleri
Nötr ve asidik çözeltilerde altı değerlikli uranyum, sarı uranil iyonu VO§+ olarak bulunur. Hafifçe çözünen uranil hidroksit III2(OH)2, pH = 3,8+6,0 aralığındaki (uranyum konsantrasyonuna bağlı olarak) çözeltilerden salınır. Kolayca çözünebilen uranil tuzları şunları içerir: nitrat U02(N0j)2, sülfat U02S04, klorür Ш2С12, florür U02F2, asetat U02(CH3C00)2. Bu tuzlar, farklı sayıda su molekülüne sahip kristalin hidratlar formundaki çözeltilerden salınır.
Teknolojide kullanılan az çözünen uranil tuzları arasında uranil oksalat UOjCjO^ uranil fosfatlar U02HP04 ve (U02)2P207, amonyum uranil fosfat NH4U02P04, sodyum uranil vanadat NaU02U04, ferrosiyanür (U02)2 yer alır.
Uranil iyonu, karmaşık bileşikler oluşturma eğilimi ile karakterize edilir. Bu nedenle, ~, 3- ve 4-nitrat kompleksleri 2~ sülfürik asit kompleksleri 4-, karbonat kompleksleri tipinde flor iyonları içeren kompleksler bilinmektedir)
