Диоксид тория
 | |
| Имена | |
|---|---|
| ИЮПАК имена Диоксид тория Оксид тория(IV) | |
| Другие имена Резать Ториевый ангидрид | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.013.842 |
| Номер ЕС |
|
| 141638 | |
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Число | 2910 2909 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| ТО 2 | |
| Молярная масса | 264.037 g/mol [1] |
| Появление | белое твердое вещество [1] |
| Запах | без запаха |
| Плотность | 10,0 г/см 3 [1] |
| Температура плавления | 3350 ° C (6060 ° F; 3620 К) [1] |
| Точка кипения | 4400 ° C (7950 ° F; 4670 К) [1] |
| нерастворимый [1] | |
| Растворимость | нерастворим в щелочах мало растворим в кислоте [1] |
| −16.0·10 −6 см 3 /моль [2] | |
Показатель преломления ( n D ) | 2.200 (торианит) [3] |
| Структура | |
| Флюорит (кубический), cF12 | |
| Фм 3 м, №225 | |
а = 559,74(6) пм [4] | |
| Тетраэдрический (О 2− ); кубический (Th IV ) | |
| Термохимия | |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 65,2(2) Дж К −1 моль −1 |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | −1226(4) кДж/моль |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : [5] | |
  | |
| Опасность | |
| Х301 , Х311 , Х331 , Х350 , Х373 | |
| P203 , P260 , P261 , P264 , P270 , P271 , P280 , P301+P316 , P302+P352 , P304+P340 , P316 , P318 , P319 , P321 , P330 , P361+P364 , P403+P2 33 , П405 , П501 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Невоспламеняющийся |
| Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛД 50 ( средняя доза ) | 400 мг/кг |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Сульфид тория(IV) |
Другие катионы | Оксид гафния(IV) Оксид церия(IV) |
Родственные соединения | Оксид протактиния(IV) Оксид урана(IV) |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Диоксид тория (ThO 2 ), также называемый оксидом тория (IV) , представляет собой кристаллическое твердое вещество, часто белого или желтого цвета. Также известный как торий , это главным образом побочный продукт производства лантаноидов и урана . [4] Торианит — название минералогической формы диоксида тория . Он умеренно редок и кристаллизуется в изометрической системе. Температура плавления оксида тория составляет 3300 °C – самая высокая из всех известных оксидов. Лишь несколько элементов (в том числе вольфрам и углерод ) и несколько соединений (в том числе карбид тантала ) имеют более высокие температуры плавления. [6] нет Все соединения тория, включая диоксид, радиоактивны, поскольку стабильных изотопов тория .
Структура и реакции
[ редактировать ]Тория существует в виде двух полиморфов. Один из них имеет кристаллическую структуру флюорита . Это редкость среди бинарных диоксидов. (Другие бинарные оксиды со структурой флюорита включают диоксид церия , диоксид урана и диоксид плутония .) [ нужны разъяснения ] Ширина запрещенной зоны тория составляет около 6 эВ . Известна также тетрагональная форма тория.
Диоксид тория более стабилен, чем монооксид тория (ThO). [7] Только при тщательном контроле условий реакции окисление металлического тория может привести к образованию монооксида, а не диоксида. При чрезвычайно высоких температурах диоксид может превратиться в монооксид либо в результате реакции диспропорционирования (равновесие с жидким металлическим торием) при температуре выше 1850 К (1580 ° C; 2870 ° F), либо в результате простой диссоциации (выделение кислорода) при температуре выше 2500 К (2230 К). °С; 4040 °Ф). [8]
Приложения
[ редактировать ]Ядерное топливо
[ редактировать ]Диоксид тория (тория) может использоваться в ядерных реакторах в качестве керамических топливных таблеток, обычно содержащихся в ядерных топливных стержнях, плакированных циркониевыми сплавами. Торий не делится (но «плодороден», образуя делящийся уран-233 под нейтронной бомбардировкой); следовательно, его необходимо использовать в качестве топлива ядерного реактора вместе с делящимися изотопами урана или плутония. Этого можно достичь путем смешивания тория с ураном или плутонием или использования его в чистом виде совместно с отдельными топливными стержнями, содержащими уран или плутоний. Диоксид тория имеет преимущества перед обычными топливными таблетками диоксида урана из-за его более высокой теплопроводности (более низкой рабочей температуры), значительно более высокой температуры плавления и химической стабильности (не окисляется в присутствии воды/кислорода, в отличие от диоксида урана).
Диоксид тория можно превратить в ядерное см. ниже и в статье о тории топливо, превратив его в уран-233 ( дополнительную информацию об этом ). Высокая термическая стабильность диоксида тория позволяет применять его при газопламенном напылении и высокотемпературной керамике.
Сплавы
[ редактировать ]Диоксид тория используется в качестве стабилизатора вольфрамовых электродов при сварке TIG , электронных лампах и авиационных газотурбинных двигателях. Как сплав, торированный вольфрам нелегко деформировать, поскольку торий из материала с высокой температурой плавления увеличивает механические свойства при высоких температурах, а торий помогает стимулировать эмиссию электронов ( термионов ). Это самая популярная оксидная добавка из-за ее низкой стоимости, но в настоящее время она постепенно вытесняется нерадиоактивными элементами, такими как церий , лантан и цирконий .
Никель с дисперсией тория находит свое применение в различных высокотемпературных операциях, например, в двигателях внутреннего сгорания, поскольку он является хорошим материалом, устойчивым к ползучести. Его также можно использовать для улавливания водорода. [9] [10] [11] [12] [13]
Катализ
[ редактировать ]Диоксид тория почти не имеет ценности в качестве коммерческого катализатора, но его применение хорошо изучено. Это катализатор в синтезе больших колец Ружички . Другие области применения, которые были изучены, включают крекинг нефти , преобразование аммиака в азотную кислоту и получение серной кислоты . [14]
Рентгеноконтрастные вещества
[ редактировать ]Диоксид тория был основным ингредиентом торотраста , когда-то распространенного радиоконтрастного вещества, используемого для церебральной ангиографии он вызывает редкую форму рака ( ангиосаркому печени). , однако через много лет после введения [15] Это использование было заменено инъекционным введением йода или пероральной суспензией сульфата бария в качестве стандартных рентгеноконтрастных веществ.
Колпаки ламп
[ редактировать ]Еще одним важным применением в прошлом была газовая оболочка фонарей, разработанная Карлом Ауэром фон Вельсбахом в 1890 году, которая на 99% состоит из ThO 2 и на 1% оксида церия (IV) . Еще в 1980-х годах было подсчитано, что ThO 2 (несколько сотен тонн в год). для этой цели использовалось около половины всего производимого [16] В некоторых мантиях все еще используется торий, но оксид иттрия (или иногда оксид циркония в качестве замены все чаще используется ).
Производство стекла
[ редактировать ]
Добавление в стекло диоксида тория помогает увеличить его показатель преломления и уменьшить дисперсию . Такое стекло находит применение в высококачественных линзах для фотоаппаратов и научных приборов. [17] Излучение этих линз может с течением времени потемнеть и пожелтеть, а также испортить пленку, но риск для здоровья минимален. [18] Пожелтевшие линзы можно вернуть в исходное бесцветное состояние путем длительного воздействия интенсивного ультрафиолетового излучения. Диоксид тория с тех пор был заменен оксидами редкоземельных элементов, такими как оксид лантана, почти во всех современных стеклах с высоким показателем преломления, поскольку они обеспечивают аналогичные эффекты и не являются радиоактивными. [19]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Хейнс, с. 4,95
- ^ Хейнс, с. 4.136
- ^ Хейнс, с. 4.144
- ^ Jump up to: а б Ямасита, Тосиюки; Нитани, Норико; Цудзи, Тошихидэ; Инагаки, Хироницу (1997). «Тепловые расширения NpO 2 и некоторых других диоксидов актинидов» Дж. Нукл. Матер 245 (1): 72–78. Бибкод : 1997JNuM..245...72Y . дои : 10.1016/S0022-3115(96) 00750-7
- ^ «Диоксид тория» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov .
- ^ Эмсли, Джон (2001). Строительные блоки природы (твердый переплет, первое изд.). Издательство Оксфордского университета . стр. 441 . ISBN 978-0-19-850340-8 .
- ^ Он, Хеминг; Маевский, Ярослав; Оллред, Дэвид Д.; Ван, Пэн; Вэнь, Сяодун; Ректор Кирк Д. (2017). «Образование твердого монооксида тория в условиях, близких к окружающей среде, наблюдаемое с помощью нейтронной рефлектометрии и интерпретируемое с помощью экранированных гибридных функциональных расчетов» . Журнал ядерных материалов . 487 : 288–296. Бибкод : 2017JNuM..487..288H . дои : 10.1016/j.jnucmat.2016.12.046 .
- ^ Хох, Майкл; Джонстон, Херрик Л. (1954). «Реакция, происходящая на торированных катодах». Дж. Ам. хим. Соц . 76 (19): 4833–4835. дои : 10.1021/ja01648a018 .
- ^ Митчелл, Брайан С. (2004). Введение в материаловедение. и наука в области химии и материалов . Джон Уайли и сыновья. п. 473. ИСБН 978-0-471-43623-2 .
- ^ Робертсон, Уэйн М. (1979). «Измерение и оценка улавливания водорода в ториевом дисперсном никеле». Металлургические и сырьевые операции А . 10 (4): 489–501. Бибкод : 1979MTA....10..489R . дои : 10.1007/BF02697077 . S2CID 137105492 .
- ^ Кумар, Арун; Насралла, М.; Дуглас, Д.Л. (1974). «Влияние иттрия и тория на окислительное поведение сплавов Ni-Cr-Al». Окисление металлов . 8 (4): 227–263. дои : 10.1007/BF00604042 . hdl : 2060/19740015001 . ISSN 0030-770X . S2CID 95399863 .
- ^ Стрингер, Дж.; Уилкокс, бакалавр; Джаффи, Род-Айленд (1972). «Высокотемпературное окисление сплавов никель-20 мас.% хрома, содержащих дисперсные оксидные фазы». Окисление металлов . 5 (1): 11–47. дои : 10.1007/BF00614617 . ISSN 0030-770X . S2CID 92103123 .
- ^ Мурр, Л.Е. (1974). «Межфазная энергетика в системах ТД-никель и ТД-нихром». Журнал материаловедения . 9 (8): 1309–1319. Бибкод : 1974JMatS...9.1309M . дои : 10.1007/BF00551849 . ISSN 0022-2461 . S2CID 96573790 .
- ^ Столл, Вольфганг (2012) «Торий и соединения тория» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a27_001
- ^ Торотраст . Radiopaedia.org
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Пергамон Пресс . стр. 1425, 1456. ISBN. 978-0-08-022057-4 .
- ^ Хаммонд, ЧР (2004). Элементы в Справочнике по химии и физике (81-е изд.). ЦРК Пресс . ISBN 978-0-8493-0485-9 .
- ^ Ассоциированные университеты Ок-Риджа (1999). «Торированный объектив фотоаппарата (ок. 1970-е)» . Проверено 29 сентября 2017 г.
- ^ Столл, В. (2005). «Торий и ториевые соединения». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайли-ВЧ. п. 32. дои : 10.1002/14356007.a27_001 . ISBN 978-3-527-31097-5 .
Цитируемые источники
[ редактировать ]- Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). ЦРК Пресс . ISBN 978-1439855119 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|