Торий Спурий
То'рий Спурий (Spurius Torius), римский политический деятель, народный трибун 111 до н. э., проведший закон, по которому различные категории государственных земель (ager publicus) переходили в частную собственность, то есть их можно было продавать. Закон Т. завершал постепенную отмену реформ, проведённых Гракхами .
То'рий (лат. Thorium), Th, радиоактивный химический элемент, первый член семейства актиноидов , входящих в III группу периодической системы Менделеева; атомный номер 90, атомная масса 232,038; серебристо-белый пластичный металл. Природный Т. практически состоит из одного долгоживущего изотопа 232 Th — родоначальника одного из радиоактивных рядов — с периодом полураспада T 1/2 = 1,39×1010 лет (содержание изотопа 228 Th, находящегося с ним в равновесии, ничтожно — 1,37×10—8 %) и четырёх короткоживущих изотопов, два из которых относятся к радиоактивному ряду урана — радия: 234 Th (T 1/2 = 24,1 сут ) и 230 Th (T 1/2 = 8,0×104 лет), остальные — к ряду актиния: 231 Th (T 1/2 = 25,6 ч ) и 227 Th (T 1/2 = 18,17 сут ). Из искусственно полученных изотопов наиболее устойчив 229 Th (T 1/2 = 7340 лет).
Т. открыт в 1828 И. 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 магматических процессах, накапливаясь в гранитах, щелочных породах и пегматитах. Способность к концентрации слабая. Известно 12 собственных минералов Т. (см. Ториевые руды ). Т. содержится в монаците , уранините, цирконе, апатите, ортите и др. (см. Радиоактивные минералы ). Основной промышленный источник Т. — монацитовые россыпи (морские и континентальные). В природных водах содержится особенно мало Т.: в пресной воде 2×10—9 %, в морской воде 1×10—9 %. Он очень слабо мигрирует в биосфере и гидротермальных растворах.
Физические и химические свойства. Т. существует в виде двух модификаций: a-формы с гранецентрированной кубической решёткой при температуре до 1400 °С (а = 5,086 Å) и b-формы с объёмноцентрированной кубической решёткой при температуре выше 1400 °С (a = 4,11 Å). Плотность Т. (рентгено-графическая) 11,72 г/см3 (25 °С); атомный диаметр в a-форме 3,59 Å, в b-форме 3,56 Å; ионные радиусы Th3+ 1,08 Å, Th4+ 0,99 Å; t пл 1750 °С; t kип 3500— 4200 °C.
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; механические свойства Т. сильно зависят от его чистоты, поэтому предел прочности при растяжении Т. варьирует от 150 до 290 Мн /м 2 (15—29 кгс /мм 2 ), твёрдость по Бринеллю от 450 до 700 Мн /м 2 (45—70 кгс /мм 2 ). Конфигурация внешних электронов атома Th 6d 2 7s 2 .
Хотя Т. относится к семейству актиноидов, однако по некоторым свойствам он близок также к элементам второй подгруппы IV группы периодической системы Менделеева — Ti, Zr, Hf. В большинстве соединений Т. имеет степень окисления +4.
На воздухе при комнатной температуре Т. окисляется незначительно, покрываясь защитной плёнкой чёрного цвета; выше 400 °С быстро окисляется с образованием ThO2 — единственного окисла, который плавится при 3200 °С и обладает высокой химической устойчивостью. Получают ThO2 термическим разложением нитрата, оксалата или гидроокиси Т. С водородом при температурах выше 200 °С Т. реагирует с образованием порошкообразных гидридов ThH2 , ThH3 и др. состава. В вакууме при температуре 700—800 °С из Т. можно удалить весь водород. При нагревании в азоте выше 800 °С образуются нитриды ThN и Th2 N3 , которые разлагаются водой с выделением аммиака. С углеродом образует два карбида — ThC и ThC2 ; они разлагаются водой с выделением метана и ацетилена. Сульфиды ThS, Th2 S3 , Th7 S12 , ThS2 могут быть получены при нагревании металла с парами серы (600—800 °С). Т. реагирует с фтором при комнатной температуре, с остальными галогенами — при нагревании, с образованием галогенидов типа ThX4 (где Х — галоген). Наиболее важное промышленное значение из галогенидов имеют фторид ThF4 и хлорид ThCl4 . Фторид получают действием HF на ThO2 при повышенных температурах; хлорид — хлорированием смеси ThO2 с углём при повышенных температурах. Фторид мало растворим в воде и минеральных кислотах; хлорид, бромид и йодид — гигроскопичны и хорошо растворимы в воде. Для всех галогенидов известны кристаллогидраты, выделяемые кристаллизацией из водных растворов.
Компактный Т. при температурах до 100 °С медленно корродирует в воде, покрываясь защитной окисной плёнкой. Выше 200 °С активно реагирует с водой с образованием ThO2 и выделением водорода. Металл на холоду медленно реагирует с азотной, серной и плавиковой кислотами, легко растворяется в соляной кислоте и царской водке. Соли Т. образуются в виде кристаллогидратов. Растворимость солей в воде различна: хорошо растворимы нитраты Th (NO3 )4 ×n H2 O; труднорастворимы сульфаты Th (SO4 )2 ×n H2 O, основной карбонат ThOCO3 ×8H2 O, фосфаты Th3 (PO4 )4 ×4H2 O и ThP2 O7 ×2H2 O; практически нерастворим в воде оксалат Th (C2 O4 )2 ×6H2 O. Растворы щелочей слабо действуют на Т. Гидроокись Th (OH)4 осаждается из солей Т. в интервале pH = 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 главным образом из монацитовых концентратов, в которых он содержится в виде фосфата. Промышленное значение имеют два способа вскрытия (разложения) таких концентратов:
1) обработка концентрированной серной кислотой при 200 °С (сульфатизация);
2) обработка растворами щёлочи при 140 °С. В сернокислые растворы продуктов сульфатизации переходят все редкоземельные элементы, Т. и фосфорная кислота. При доведении pH такого раствора до 1 осаждается фосфат Т.; осадок отделяют и растворяют в азотной кислоте, а затем нитрат Т. экстрагируют органическим растворителем, из которого Т. легко вымывается в виде комплексных соединений. При щелочном вскрытии концентратов в осадке остаются гидроокиси всех металлов, а в раствор переходит тринатрий фосфат. Осадок отделяют и растворяют в соляной кислоте; понижая pH этого раствора до 3,6—5, осаждают Т. в виде гидроокиси. Из выделенных и очищенных соединений Т. получают ThO2 , ThCl4 и ThF4 — основные исходные вещества для производства металлического Т. металлотермическими методами или электролизом расплавленных солей. К металлотермическим методам относятся: восстановление ThO2 кальцием в присутствии CaCl2 в атмосфере аргона при 1100—1200 °С, восстановление ThCl4 магнием при 825—925 °С и восстановление ThF4 кальцием в присутствии ZnCl2 с получением сплава Т. и последующим отделением 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 ThCl4 и NaCI, или ванн, состоящих из смеси ThF4 , NaCI, KCl. Т. выделяется на катоде в 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 ZrO2 или BeO. Для получения Т. особо высокой чистоты используют метод термической диссоциации лодида Т.
