ТОРИЙ

ТОРИЙ (лат. Thorium),
Th, радиоактивный хим. элемент, первый член семейства актиноидов, входящих
в III группу периодич. системы Менделеева; ат. н. 90, ат. м. 232,038; серебристо-белый
пластичный металл. Природный Т. практически состоит из одного долгожи-вущего
изотопа ²³²Th - родоначальника одного из радиоактивных рядов
- с периодом полураспада Т = 1,39 *10¹⁰
лет (содержание изотопа ²²⁸Th, находящегося с ним в равновесии,
ничтожно - 1,37*10^-8 %) и четырёх короткоживущих изотопов,
два из которых относятся к радиоактивному ряду урана - радия: ²³⁴Th
(Тсут) и ²³⁰Th (Т= 8,0 *10⁴ лет), остальные - к ряду актиния: ^23lTh
(Т) и ²²⁷Th (Т18,17 сут). Из искусственно полученных изотопов наиболее устойчив
²²⁹Th (Т).

T. открыт в 1828 Й. Я. Берцелиусом
в одном из сиенитов в Норвегии. Элемент назван по имени бога
грома в скандинавской мифологии - Тора, а минерал - силикат тория - торитом.

Распространение в природе. Т.- характерный
элемент верхней части земной коры - гранитного слоя и осадочной оболочки,
где его в среднем содержится соответственно 1,8*10^-3 % и 1,3*10^-3
% по массе. Т. сравнительно слабомигрирующий элемент; в основном
он участвует в магматич. процессах, накапливаясь в гранитах, щелочных породах
и пегматитах. Способность к концентрации слабая. Известно
12 собственных минералов Т. (см. Торцевые руды). Т. содержится
в монаците, уранините, цирконе, апатите, ортите и др. (см. Радиоактивные
минералы). Осн. пром. источник Т.- монацитовые россыпи (морские и континентальные).
В природных водах содержится особенно мало Т.: в пресной воде 2*10^-9
%, в мор. воде 1*10^-9 %. Он очень слабо мигрирует в биосфере
и гидротермальных растворах.

Физические и химические свойства. Т.
существует в виде двух модификаций: а-формы с гранецентрированной кубич.
решёткой при темп-ре до 1400 °С (а = 5,086 А) и В-формы с
объёмноцентрированной кубич. решёткой при темп-ре выше 1400 °С (а =
4,11 А). Плотность Т. (рентгено-графич.) 11,72 г/см³
(25 °С); атомный диаметр в а-форме 3,59 А, в В-форме 3,56 А; ионные радиусы
Th³⁺ 1,08 А, Th⁴⁺ 0,99 А; tt3500-4200 °С.

Мольная теплоёмкость Т. 27,32 кдж/(кмоль*К)
[6,53 кал/(г-атом*°С)] при 25 °С; теплопроводность при 20
С 40,19 вт/(м*К) [0,096 кал/(см*сек*°С)]; температурный коэффициент
линейного расширения 12,5*10^-6 (25-100 °С); удельное электросопротивление
13*10^-6- 18*10^-6 ом*см (25 °С); температурный
коэффициент электросопротивления 3,6*10^-3-4*10^-3.
Т. парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость 0,54*10^-6
(20 °С). При 1,4К переходит в состояние сверхпроводимости.

Т. легко деформируется на холоду; механич.
свойства Т. сильно зависят от его чистоты, поэтому предел прочности при
растяжении Т. варьирует от 150 до 290 Мм/м² (15-29 кгс/мм²),
твёрдость по Бринеллю от 450 до 700 Мн/м² (45- 70 кгс/мм²).
Конфигурация внешних электронов атома Th 6d²7s².

Хотя Т. относится к семейству актиноидов,
однако по нек-рым свойствам он близок также к элементам второй подгруппы
IV группы периодич. системы Менделеева - Ti, Zr, Hf. В большинстве соединений
Т. имеет степень окисления + 4.

На воздухе при комнатной темп-ре Т.
окисляется незначительно, покрываясь защитной плёнкой чёрного цвета; выше
400 °С быстро окисляется с образованием ThOокисла, к-рый плавится при 3200 °С и обладает высокой хим. устойчивостью.
Получают ThOТ. С водородом при темп-pax выше 200 °С Т. реагирует с образованием порошкообразных
гидридов ThH. В вакууме
при темп-ре 700-800 °С из Т. можно удалить весь водород. При нагревании
в азоте выше 800 °С образуются нитриды ThN и Thк-рые разлагаются водой с выделением аммиака. С углеродом образует два
карбида - ThC и ThCи ацетилена. Сульфиды ThS, ThThS(600-800 °С). Т. реагирует с фтором при комнатной темп-ре, с остальными
галогенами - при нагревании, с образованием галогенидов типа ThX(где X - галоген). Наиболее важное пром. значение из галогенидов имеют
фторид ThFHF на ThOThOводе и минеральных к-тах; хлорид, бромид и иодид - гигроскопичны и хорошо
растворимы в воде. Для всех галогенидов известны кристаллогидраты, выделяемые
кристаллизацией из водных растворов.

Компактный Т. при темп-pax до 100 °С
медленно корродирует в воде, покрываясь защитной окисной плёнкой. Выше
200 °С активно реагирует с водой с образованием ThOводорода. Металл на холоду медленно реагирует с азотной, серной и плавиковой
к-тами, легко растворяется в соляной к-те и царской водке. Соли Т. образуются
в виде кристаллогидратов. Растворимость солей в воде различна: хорошо растворимы
нитраты Th(NOnHсульфаты Th(SOThOCOи ThPв воде ок-салат Th(CРастворы щелочей слабо действуют на Т. Гидроокись Th(OH)из солей Т. в интервале рН = 3,5-3,6 в виде аморфного осадка. Для ионов
Th⁴⁺ в водных растворах характерна ярко выраженная способность
к образованию комплексных соединений и двойных солей.

Получение. Т. извлекается гл. обр.
из монацитовых концентратов, в к-рых он содержится в виде фосфата. Пром.
значение имеют два способа вскрытия (разложения) таких концентратов:

1) обработка концентрированной
серной кислотой при 200 ⁰С (сульфатизация);

2) обработка растворами щёлочи
при 140 °С. В сернокислые растворы продуктов сульфатизации переходят все
редкоземельные элементы, Т. и фосфорная кислота. При доведении рН
такого раствора до 1 осаждается фосфат Т.; осадок отделяют и растворяют
в азотной кислоте, а затем нитрат Т. экстрагируют органич. растворителем,
из к-рого Т. легко вымывается в виде комплексных соединений. При щелочном
вскрытии концентратов в осадке остаются гидроокиси всех металлов, а в раствор
переходит тринатрийфосфат. Осадок отделяют и растворяют в соляной кислоте;
понижая рН этого раствора до 3,6-5, осаждают Т. в виде гидроокиси. Из выделенных
и очищенных соединений Т. получают ThOThFметодами или электролизом расплавленных солей. К металлотермич. методам
относятся: восстановление ThOв атмосфере аргона при 1100-1200 ⁰С, восстановление ТhС10С и восстановление ThFкальцием в присутствии ZnClотделением цинка нагреванием сплава в вакуумной печи при 1100 °С. Во всех
случаях получают Т. в форме порошка или губки. Электролиз расплавленных
солей ведётся из электролитов, содержащих ThClванн, состоящих из смеси ThFв виде порошка, отделяемого затем от электролита обработкой водой или разбавленными
щелочами. Для получения компактного Т. применяют метод порошковой металлургии
(спекание заготовок ведут в вакууме при 1100-1350 °С) или плавку
в индукционных вакуумных печах в тиглях из ZrOполучения Т. особо высокой чистоты используют метод термич. диссоциации
иодида Т.

Применение. Торированные катоды применяются
в электронных лампах, а оксидно-ториевые - в магнетронах и мощных генераторных
лампах. Добавка 0,8-1% ThOнитей ламп накаливания. ThOа также как элемент сопротивления в высокотемпературных печах. Т. и его
соединения широко применяют в составе катализаторов в органич. синтезе,
для легирования магниевых и др. сплавов, к-рые приобрели большое значение
в реактивной авиации и ракетной технике. Металлич. Т. используется в ториевых
реакторах.

При работе с Т. необходимо соблюдать
правила радиационной безопасности.

А. Н. Зеликман.

Т. в организме. Т. постоянно присутствует
в тканях растений и животных. Коэффициент накопления Т. (т. е. отношение
его концентрации в организме к концентрации в окружающей среде) в
мор. планктоне - 1250, в донных водорослях - 10, в мягких тканях беспозвоночных
- 50-300, рыб - 100. В пресноводных моллюсках (Unio mancus) его
концентрация колеблется от 3*10^-7 до 1*10^-5 %, в
мор. животных от 3*10^-7 до 3*10^-6 %. Т. поглощается
гл. обр. печенью и селезёнкой, а также костным мозгом, лимфатич. железами
и надпочечниками; плохо всасывается из желудочно-кишечного тракта. У человека
суточное поступление Т. с продуктами питания и водой составляет 3 мкг;
выводится из организма с мочой и калом (0,1 и 2,9 мкг соответственно).
Т.- малотоксичен, однако как природный радиоактивный элемент вносит свой
вклад в ес-теств. фон облучения организмов (см. Фон радиоактивный),
г. Г. Поликарпов.

Лит.: Торий, его сырьевые ресурсы,
химия и технология, М., 1960; Зеликман А. Н., Металлургия редкоземельных
металлов, тория и урана, М., 1961; Емельянов B.C., Евстюхин А. И., Металлургия
ядерного горючего, 2 изд., М., 1968; Сиборг Г. Т., Кац Дж., Химия актинидных
элементов, пер. с англ., М., 1960; Воwen Н. J. М., Trace elements in biochemistry,
L.- N. Y., 1966.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я