Torio

elemento químico con número atómico 90

Elemento químico con número atómico 90

Torio,  ₉₀ mil

Torio
Pronunciación	/ Θ ɔr i ə m / ( THOR -ee-əm )
Apariencia	plateado, a menudo con deslustre negro
Peso atómico estándar A r, estándar (Th)	232.0377 (4) [1]
Torio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Ce ↑ Th ↓ (Uqq) actinio ← torio → protactinio
Número atómico ( Z )	90
Grupo	grupo n / a
Período	período 7
Cuadra	bloque f
Configuración electronica	[ Rn ] 6d 2 7s 2
Electrones por capa	2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
Propiedades físicas
Fase en  STP	sólido
Punto de fusion	2023  K (1750 ° C, 3182 ° F)
Punto de ebullición	5061 K (4788 ° C, 8650 ° F)
Densidad (cerca de  rt )	11,7 g / cm 3
Calor de fusión	13,81  kJ / mol
Calor de vaporización	514 kJ / mol
Capacidad calorífica molar	26,230 J / (mol · K)
Presión de vapor P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k en  T  (K) 2633 2907 3248 3683 4259 5055
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	+1, +2, +3, +4 (un óxido débilmente básico )
Electronegatividad	Escala de Pauling: 1.3
Energías de ionización	1 °: 587 kJ / mol 2do: 1110 kJ / mol 3ro: 1930 kJ / mol
Radio atómico	empírico: 179.8  pm
Radio covalente	206 ± 6 pm
Líneas espectrales de torio
Otras propiedades
Ocurrencia natural	primordial
Estructura cristalina	cara cúbica centrada (fcc)
Velocidad de sonido varilla fina	2490 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmica	11,0 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Conductividad térmica	54,0 W / (m⋅K)
Resistividad electrica	157 nΩ⋅m (a 0 ° C)
Orden magnético	paramagnético [2]
Susceptibilidad magnética molar	132,0 × 10 −6  cm 3 / mol (293 K) [3]
El módulo de Young	79 GPa
Módulo de corte	31 GPa
Módulo de volumen	54 GPa
Relación de Poisson	0,27
Dureza de Mohs	3,0
Dureza Vickers	295–685 MPa
Dureza Brinell	390-1500 MPa
Número CAS	7440-29-1
Historia
Nombrar	después de Thor , el dios nórdico del trueno
Descubrimiento	Jöns Jakob Berzelius (1829)
Isótopos principales del torio
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto 227 mil rastro 18,68 días α 223 Ra 228 mil rastro 1.9116 años α 224 Ra 229 mil rastro 7917 años α 225 Ra 230 mil 0,02% 75400 años α 226 Ra 231 mil rastro 25,5 horas β - 231 Pa 232 mil 99,98% 1,405 × 10 10  y α 228 Ra 234 mil rastro 24,1 días β - 234 Pa
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Torio es un débilmente radiactivo metálico elemento químico con el símbolo Th y número atómico 90. El torio es plateado y empaña negro cuando se expone al aire, formando dióxido de torio ; es moderadamente duro, maleable y tiene un alto punto de fusión . El torio es un actínido electropositivo cuya química está dominada por el estado de oxidación +4 ; es bastante reactivo y puede encenderse en el aire cuando se divide finamente.

Todos los isótopos de torio conocidos son inestables. El isótopo más estable, ²³² Th, tiene una vida media de 14.05 mil millones de años, o aproximadamente la edad del universo ; se desintegra muy lentamente a través de la desintegración alfa , comenzando una cadena de desintegración llamada serie de torio que termina en ²⁰⁸ Pb estables . En la Tierra, el torio y el uranio son los únicos elementos significativamente radiactivos que todavía se encuentran de forma natural en grandes cantidades como elementos primordiales . ^[a] Se estima que el torio es tres veces más abundante.como uranio en la corteza terrestre, y se refina principalmente a partir de arenas de monacita como subproducto de la extracción de metales de tierras raras .

El torio fue descubierto en 1828 por el mineralogista aficionado noruego Morten Thrane Esmark e identificado por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius , quien lo nombró en honor a Thor , el dios nórdico del trueno. Sus primeras aplicaciones se desarrollaron a finales del siglo XIX. La radiactividad del torio fue ampliamente reconocida durante las primeras décadas del siglo XX. En la segunda mitad del siglo, el torio fue reemplazado en muchos usos debido a preocupaciones sobre su radiactividad.

El torio todavía se utiliza como elemento de aleación en los electrodos de soldadura TIG, pero se está reemplazando lentamente en el campo con diferentes composiciones. También era material en óptica de alta gama e instrumentación científica, utilizado en algunos tubos de vacío de difusión y como fuente de luz en mantos de gas , pero estos usos se han vuelto marginales. Se ha sugerido como reemplazo del uranio como combustible nuclear en reactores nucleares y se han construido varios reactores de torio . El torio también se utiliza para fortalecer el magnesio , recubrir el alambre de tungsteno en equipos eléctricos y controlar el tamaño de grano del tungsteno en las lámparas eléctricas., crisoles de alta temperatura y anteojos, incluidos lentes para cámaras e instrumentos científicos. Otros usos del torio incluyen cerámicas resistentes al calor, motores de aviones y bombillas .

Propiedades masivas

El torio es un metal actínido radiactivo plateado brillante moderadamente duro ^{[ cita requerida ]} , paramagnético . En la tabla periódica , se encuentra a la derecha del actinio , a la izquierda del protactinio y debajo del cerio . El torio puro es muy dúctil y, como es habitual en los metales, se puede laminar en frío , estampar y estirar . ^[4] A temperatura ambiente, el torio metálico tiene una superficie cúbica centrada en la cara.estructura cristalina; tiene otras dos formas, una a alta temperatura (más de 1360 ° C; cúbica centrada en el cuerpo) y otra a alta presión (alrededor de 100 GPa; tetragonal centrada en el cuerpo ). ^[4]

El torio metálico tiene un módulo de volumen (una medida de resistencia a la compresión de un material) de 54  GPa , aproximadamente lo mismo que el estaño (58,2 GPa). El de aluminio es de 75,2 GPa; 137,8 GPa del cobre; y el de acero dulce es de 160–169 GPa. ^[5] El torio es tan duro como el acero blando , por lo que cuando se calienta se puede enrollar en láminas y enrollar en alambre. ^[6]

El torio es casi la mitad de denso que el uranio y el plutonio y es más duro que ambos. ^[6] Se convierte en superconductor por debajo de 1,4  K . ^[4] El punto de fusión del torio de 1750 ° C está por encima tanto del actinio (1227 ° C) como del protactinio (1568 ° C). Al comienzo del período 7 , de francioal torio, los puntos de fusión de los elementos aumentan (como en otros períodos), porque el número de electrones deslocalizados que aporta cada átomo aumenta de uno en francio a cuatro en torio, lo que lleva a una mayor atracción entre estos electrones y los iones metálicos como su carga. aumenta de uno a cuatro. Después del torio, hay una nueva tendencia a la baja en los puntos de fusión del torio al plutonio , donde el número de electrones f aumenta de aproximadamente 0,4 a aproximadamente 6: esta tendencia se debe a la creciente hibridación de los orbitales 5f y 6d y a la formación de electrones direccionales enlaces que dan como resultado estructuras cristalinas más complejas y enlaces metálicos debilitados. ^{[6] [7]} (El recuento de electrones f para el torio metálico no es un número entero debido a una superposición de 5f a 6d). ^[7]Entre los actínidos hasta el californio , que pueden estudiarse en cantidades de al menos miligramos, el torio tiene los puntos de fusión y ebullición más altos y la segunda densidad más baja; solo el actinio es más ligero. El punto de ebullición del torio de 4788 ° C es el quinto más alto entre todos los elementos con puntos de ebullición conocidos. ^[B]

Las propiedades del torio varían ampliamente según el grado de impurezas de la muestra. La principal impureza suele ser el dióxido de torio (ThO ₂ ); incluso las muestras más puras de torio suelen contener alrededor de una décima parte de un por ciento de dióxido. ^[4] Las mediciones experimentales de su densidad dan valores entre 11,5 y 11,66 g / cm ³ : estos son ligeramente inferiores al valor teóricamente esperado de 11,7 g / cm ³ calculado a partir de los parámetros de la red del torio , quizás debido a la formación de huecos microscópicos en el metal está echado. ^[4] Estos valores se encuentran entre los de sus vecinos actinio (10,1 g / cm ³ ) y protactinio (15,4 g / cm ³), parte de una tendencia entre los primeros actínidos. ^[4]

El torio puede formar aleaciones con muchos otros metales. La adición de pequeñas proporciones de torio mejora la resistencia mecánica del magnesio , y se han considerado las aleaciones de torio-aluminio como una forma de almacenar el torio en los futuros reactores nucleares de torio propuestos. Torio forma mezclas eutécticas con cromo y uranio, y es completamente miscible en ambos sólidos y líquidos estados con su encendedor congénere de cerio. ^[4]

Isótopos

Artículo principal: Isótopos de torio

Todos menos dos elementos hasta el bismuto (elemento 83) tienen un isótopo que es prácticamente estable para todos los propósitos ("clásicamente estable"), con las excepciones de tecnecio y prometio (elementos 43 y 61). Todos los elementos desde el polonio (elemento 84) en adelante son mediblemente radiactivos . ²³² Este es uno de los tres nucleidos más allá del bismuto (los otros dos son 235 U y 238 U ) que tienen vidas medias medidas en miles de millones de años; su vida media es de 14.05 mil millones de años, aproximadamente tres veces la edad de la tierra y un poco más larga que la edad del universo. Cuatro quintas partes del torio presente en la formación de la Tierra han sobrevivido hasta el presente. ^{[9] [10] [11] 232} Este es el único isótopo de torio que se encuentra en cantidad en la naturaleza. ^[9] Su estabilidad se atribuye a su subcapa nuclear cerrada con 142 neutrones. ^{[12] [13]} El torio tiene una composición isotópica terrestre característica, con un peso atómico 232.0377 (4). Es uno de los cuatro únicos elementos radiactivos (junto con el bismuto, el protactinio y el uranio) que se encuentran en cantidades suficientemente grandes en la Tierra como para determinar un peso atómico estándar. ^[1]

Los núcleos de torio son susceptibles a la desintegración alfa porque la fuerte fuerza nuclear no puede vencer la repulsión electromagnética entre sus protones. ^[14] La desintegración alfa de ²³² Th inicia la cadena de desintegración 4 n que incluye isótopos con un número de masa divisible por 4 (de ahí el nombre; también se le llama serie de torio en honor a su progenitor). Esta cadena de desintegraciones alfa y beta consecutivas comienza con la desintegración de ²³² Th a ²²⁸ Ra y termina en ²⁰⁸ Pb. ^[9] Cualquier muestra de torio o sus compuestos contiene trazas de estas hijas, que son isótopos del talio., plomo , bismuto, polonio, radón , radio y actinio. ^[9] Las muestras de torio natural se pueden purificar químicamente para extraer nucleidos hijos útiles, como ²¹² Pb, que se utiliza en medicina nuclear para la terapia del cáncer . ^{[15] [16] 227} Th (emisor alfa con una vida media de 18,68 días) también se puede utilizar en tratamientos contra el cáncer, como las terapias alfa dirigidas . ^{[17] [18] [19] 232} Th también muy ocasionalmente sufre fisión espontáneaen lugar de desintegración alfa, y ha dejado evidencia de hacerlo en sus minerales (ya que el gas xenón atrapado se formó como un producto de fisión), pero la vida media parcial de este proceso es muy grande en más de 10 ²¹  años y predomina la desintegración alfa. ^{[20] [21]}

La cadena de desintegración de 4 n de ²³² Th, comúnmente llamada "serie de torio"

Se han caracterizado treinta radioisótopos , que varían en número de masa de 209 ^[22] a 238. ^[20] Después de ²³² Th, los más estables de ellos (con vidas medias respectivas) son ²³⁰ Th (75,380 años), ²²⁹ Th (7,340 años), ²²⁸ miles (1,92 años), ²³⁴ miles (24,10 días) y ²²⁷ miles (18,68 días). Todos estos isótopos ocurren en la naturaleza como trazas de radioisótopos debido a su presencia en las cadenas de desintegración de ²³² Th, ²³⁵ U, ²³⁸ U y ²³⁷ Np : el último de ellos se extinguió hace mucho tiempo.en la naturaleza debido a su corta vida media (2,14 millones de años), pero se produce continuamente en diminutas trazas a partir de la captura de neutrones en los minerales de uranio. Todos los isótopos de torio restantes tienen vidas medias inferiores a treinta días y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a diez minutos. ^[9]

En profundas seawaters el isótopo ²³⁰ Th hace hasta 0,04% de torio natural. ^[1] Esto se debe a que su padre ²³⁸ U es soluble en agua, pero el ²³⁰ Th es insoluble y se precipita en el sedimento. Los minerales de uranio con concentraciones bajas de torio se pueden purificar para producir muestras de torio del tamaño de un gramo, de las cuales más de una cuarta parte es el isótopo ²³⁰ Th, ya que ²³⁰ Th es una de las hijas de ²³⁸ U. ^[20] La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) reclasificó el torio como elemento binuclídico en 2013; anteriormente se había considerado un elemento mononuclídico .^[1]

El torio tiene tres isómeros nucleares conocidos (o estados metaestables), ^216m1 Th, ^216m2 Th y ^229m Th. ^229m Th tiene la energía de excitación más baja conocida de cualquier isómero, ^[23] medido para ser7,6 ± 0,5 eV . Esto es tan bajo que cuando sufre una transición isomérica , la radiación gamma emitida está en el rango ultravioleta . ^{[24] [25] [c]}

Los diferentes isótopos de torio son químicamente idénticos, pero tienen propiedades físicas ligeramente diferentes: por ejemplo, se espera que las densidades de ²²⁸ Th, ²²⁹ Th, ²³⁰ Th y ²³² Th puros sean respectivamente 11,5, 11,6, 11,6 y 11,7 g / cm. ³ . ^[27] Se espera que el isótopo ²²⁹ Th sea fisionable con una masa crítica desnuda de 2839 kg, aunque con reflectores de acero este valor podría caer a 994 kg. ^{[27] [d] 232} Th no es fisionable, pero es fértil ya que puede convertirse en fisionable 233 Upor captura de neutrones y posterior desintegración beta. ^{[27] [28]}

Datación radiométrica

Dos métodos de datación radiométrica involucran isótopos de torio: la datación de uranio-torio , basada en la desintegración de 234 U a ²³⁰ Th, y la datación de ionio-torio , que mide la relación de ²³² Th a ²³⁰ Th. ^[e] Estos se basan en el hecho de que ²³² Th es un radioisótopo primordial, pero ²³⁰ Th solo ocurre como un producto de desintegración intermedio en la cadena de desintegración de ²³⁸ U. ^[29] La datación de uranio-torio es un proceso de rango relativamente corto debido a las vidas medias cortas de ²³⁴ U y ²³⁰Th relativo a la edad de la Tierra: también va acompañado de un proceso hermano que implica la desintegración alfa de ²³⁵ U en ²³¹ Th, que muy rápidamente se convierte en el ²³¹ Pa de mayor duración , y este proceso se utiliza a menudo para comprobar los resultados de datación por uranio-torio. La datación de uranio-torio se usa comúnmente para determinar la edad de los materiales de carbonato de calcio como el espeleotema o el coral , porque el uranio es más soluble en agua que el torio y el protactinio, que se precipitan selectivamente en los sedimentos del fondo del océano , donde se miden sus proporciones. El esquema tiene un rango de varios cientos de miles de años. ^{[29] [30]}La datación por ionio-torio es un proceso relacionado, que aprovecha la insolubilidad del torio (tanto ²³² Th como ²³⁰ Th) y, por lo tanto, su presencia en los sedimentos oceánicos para fechar estos sedimentos midiendo la relación de ²³² Th a ²³⁰ Th. ^{[31] [32]} Ambos métodos de datación asumen que la proporción de ²³⁰ Th a ²³² Th es una constante durante el período en que se formó la capa de sedimento, que el sedimento no contenía torio antes de las contribuciones de la desintegración del uranio, y que el torio no puede migrar dentro de la capa de sedimentos. ^{[31] [32]}

Química

Artículo principal: Compuestos de torio

Un átomo de torio tiene 90 electrones, de los cuales cuatro son electrones de valencia . En teoría, hay cuatro orbitales atómicos disponibles para que los ocupen los electrones de valencia: 5f, 6d, 7s y 7p. ^[33] A pesar de la posición del torio en el bloque f de la tabla periódica, tiene una configuración anómala ^de electrones [Rn] 6d ² 7s ² en el estado fundamental, ya que las subcapas 5f y 6d de los primeros actínidos tienen una energía muy cercana, incluso más que las subcapas 4f y 5d de los lantánidos: las subcapas 6d del torio son más bajas en energía que sus subcapas 5f, porque sus subcapas 5f no están bien protegidas por las subcapas 6s y 6p llenas y están desestabilizadas. Esto se debe a efectos relativistas., que se vuelven más fuertes cerca de la parte inferior de la tabla periódica, específicamente la interacción relativista espín-órbita . La proximidad en los niveles de energía de los niveles de energía 5f, 6d y 7s del torio da como resultado que el torio casi siempre pierda los cuatro electrones de valencia y ocurra en su estado de oxidación más alto posible de +4. Esto es diferente de su congénere lantánido cerio, en el que +4 es también el estado más alto posible, pero +3 juega un papel importante y es más estable. El torio es mucho más similar a los metales de transición circonio y hafnio que al cerio en sus energías de ionización y potenciales redox, y por lo tanto también en su química: este comportamiento similar al de un metal de transición es la norma en la primera mitad de la serie de actínidos. ^{[34] [35]}

El dióxido de torio tiene la estructura cristalina de fluorita .
Ju ⁴⁺ : __   / O ²⁻ : __

A pesar de la configuración electrónica anómala de los átomos de torio gaseoso, el torio metálico muestra una participación significativa de 5f. Un estado metálico hipotético de torio que tenía la configuración [Rn] 6d ² 7s ² con los orbitales 5f por encima del nivel de Fermi debería ser hexagonal compacto como los elementos del grupo 4 titanio, circonio y hafnio, y no cúbico centrado en la cara como en realidad es. La estructura cristalina real solo se puede explicar cuando se invocan los estados 5f, lo que demuestra que el torio es metalúrgicamente un verdadero actínido. ^[7]

Los compuestos de torio tetravalente suelen ser incoloros o amarillos, como los de la plata o el plomo, ya que el ion Th ⁴⁺ no tiene electrones 5f o 6d. ^[6] Por lo tanto, la química del torio es en gran parte la de un metal electropositivo que forma un único ion diamagnético con una configuración estable de gas noble, lo que indica una similitud entre el torio y los elementos del grupo principal del bloque s. ^{[36] [f]} El torio y el uranio son los elementos radiactivos más investigados porque su radiactividad es lo suficientemente baja como para no requerir una manipulación especial en el laboratorio. ^[37]

Reactividad

El torio es un metal altamente reactivo y electropositivo. Con un potencial de reducción estándar de -1,90 V para el par Th ⁴⁺ / Th, es algo más electropositivo que el circonio o el aluminio. ^[38] El torio metálico finamente dividido puede exhibir piroforicidad y se enciende espontáneamente en el aire. ^[4] Cuando se calienta en el aire, las virutas de torio se encienden y arden con una luz blanca brillante para producir el dióxido. A granel, la reacción del torio puro con el aire es lenta, aunque la corrosión puede ocurrir después de varios meses; la mayoría de las muestras de torio están contaminadas con diversos grados de dióxido, lo que acelera enormemente la corrosión. ^[4]Estas muestras se empañan lentamente, se vuelven grises y finalmente negras en la superficie. ^[4]

A temperatura y presión estándar , el torio es atacado lentamente por el agua, pero no se disuelve fácilmente en la mayoría de los ácidos comunes, con la excepción del ácido clorhídrico , donde se disuelve dejando un residuo negro insoluble de ThO (OH, Cl) H. ^{[4] [39]} Se disuelve en ácido nítrico concentrado que contiene una pequeña cantidad de iones de fluoruro catalítico o fluorosilicato ; ^{[4] [40]} si estos no están presentes, puede ocurrir pasivación por el nitrato, como ocurre con el uranio y el plutonio. ^{[4] [41] [42]}

Estructura cristalina del tetrafluoruro de torio
Th ⁴⁺ : __   / F ^- : __

Compuestos inorgánicos

La mayoría de los compuestos binarios de torio con no metales se pueden preparar calentando los elementos juntos. ^[43] En el aire, el torio se quema para formar ThO ₂ , que tiene la estructura de fluorita . ^[44] El dióxido de torio es un material refractario , con el punto de fusión más alto (3390 ° C) de cualquier óxido conocido. ^[45] Es algo higroscópico y reacciona fácilmente con agua y muchos gases; ^[46] se disuelve fácilmente en ácido nítrico concentrado en presencia de fluoruro. ^[47]

Cuando se calienta en el aire, el dióxido de torio emite una luz azul intensa; la luz se vuelve blanca cuando ThO ₂ se mezcla con su homólogo más ligero dióxido de cerio (CeO ₂ , ceria): esta es la base de su aplicación previamente común en mantos de gas . ^[46] Una llama no es necesaria para este efecto: en 1901, se descubrió que un manto de gas Welsbach caliente (que usaba ThO ₂ con 1% de CeO ₂ ) permanecía en "pleno brillo" cuando se exponía a una mezcla fría no encendida de gas inflamable. y aire. ^[48] La luz emitida por el dióxido de torio tiene una longitud de onda más alta que la emisión de cuerpo negro esperada de la incandescencia.a la misma temperatura, un efecto llamado candoluminiscencia . Ocurre porque ThO ₂  : Ce actúa como catalizador de la recombinación de radicales libres que aparecen en alta concentración en una llama, cuya desexcitación libera grandes cantidades de energía. La adición de dióxido de cerio al 1%, como en los mantos de gas, intensifica el efecto al aumentar la emisividad en la región visible del espectro; y debido a que el cerio, a diferencia del torio, puede ocurrir en múltiples estados de oxidación, su carga y, por lo tanto, su emisividad visible dependerá de la región de la llama en la que se encuentre (ya que dichas regiones varían en su composición química y, por lo tanto, en su grado de oxidación o reducción) . ^[48]

También se conocen varios calcogenuros y oxicálcogenuros de torio binarios con azufre , selenio y telurio . ^[49]

Se conocen los cuatro tetrahaluros de torio, al igual que algunos bromuros y yoduros de baja valencia: ^[50] los tetrahaluros son todos compuestos higroscópicos coordinados en 8 que se disuelven fácilmente en disolventes polares como el agua. ^[51] También se conocen muchos iones polihaluro relacionados. ^[50] El tetrafluoruro de torio tiene una estructura cristalina monoclínica como las del tetrafluoruro de circonio y el tetrafluoruro de hafnio , donde los iones Th ⁴⁺ se coordinan con los iones F ^- en antiprismas cuadrados algo distorsionados . ^[50] Los otros tetrahaluros en cambio tienen geometría dodecaédrica. ^[51] Yoduros inferiores ThI₃ (negro) y ThI ₂ (color dorado) también se pueden preparar reduciendo el tetrayoduro con torio metálico: no contienen Th (III) y Th (II), sino que contienen Th ⁴⁺ y podrían formularse más claramente como compuestos electridos . ^[50] Muchos haluros polinarios con metales alcalinos, bario , talio y amonio son conocidos por sus fluoruros, cloruros y bromuros de torio. ^[50] Por ejemplo, cuando se trata con fluoruro de potasio y ácido fluorhídrico , Th ⁴⁺ forma el anión complejo ThF²⁻
₆, que precipita como una sal insoluble, K ₂ ThF ₆ . ^[40]

Los boruros, carburos, siliciuros y nitruros de torio son materiales refractarios, como los del uranio y el plutonio, por lo que han recibido atención como posibles combustibles nucleares . ^[43] Los cuatro pnictógenos más pesados ( fósforo , arsénico , antimonio y bismuto) también forman compuestos binarios de torio. También se conocen germanuros de torio. ^[52] El torio reacciona con el hidrógeno para formar los hidruros de torio ThH ₂ y Th ₄ H ₁₅ , el último de los cuales es superconductor por debajo de 7,5–8 K; a temperatura y presión estándar, conduce la electricidad como un metal. ^[53]Los hidruros son térmicamente inestables y se descomponen fácilmente al exponerlos al aire o la humedad. ^[54]

Estructura de la molécula sándwich de toroceno

Compuestos de coordinación

En una solución acuosa ácida, el torio se presenta como el ion agua tetrapositivo [Th (H ₂ O) ₉ ] ⁴⁺ , que tiene una geometría molecular prismática trigonal tricotada : ^{[55] [56]} a pH <3, las soluciones de sales de torio son dominado por este catión. ^[55] El ion Th ⁴⁺ es el más grande de los iones actínidos tetrapositivos y, dependiendo del número de coordinación, puede tener un radio entre 0,95 y 1,14 Å. ^[55] Es bastante ácido debido a su alta carga, ligeramente más fuerte que el ácido sulfuroso : por lo tanto, tiende a sufrir hidrólisis y polimerización (aunque en menor medida que el Fe3+ ), predominantemente a [Th ₂ (OH) ₂ ] ⁶⁺ en soluciones con pH 3 o inferior, pero en una solución más alcalina la polimerización continúa hasta que el hidróxido gelatinoso Th (OH) _{4 se} forma y precipita (aunque el equilibrio puede llevar semanas alcanzar, porque la polimerización suele ralentizarse antes de la precipitación). ^[57] Como ácido de Lewis duro , Th ⁴⁺ favorece a los ligandos duros con átomos de oxígeno como donantes: los complejos con átomos de azufre como donantes son menos estables y más propensos a la hidrólisis. ^[34]

Los números de coordinación altos son la regla para el torio debido a su gran tamaño. El nitrato de torio pentahidratado fue el primer ejemplo conocido de coordinación número 11, el oxalato tetrahidrato tiene el número de coordinación 10 y el borohidruro (preparado por primera vez en el Proyecto Manhattan ) tiene el número de coordinación 14. ^[57] Estas sales de torio son conocidas por su alta solubilidad en agua y disolventes orgánicos polares. ^[6]

Se conocen muchos otros compuestos inorgánicos de torio con aniones poliatómicos, como los percloratos , sulfatos , sulfitos , nitratos, carbonatos, fosfatos , vanadatos , molibdatos y cromatos , y sus formas hidratadas. ^[58] Son importantes en la purificación de torio y la eliminación de desechos nucleares, pero la mayoría de ellos aún no se han caracterizado por completo, especialmente en lo que respecta a sus propiedades estructurales. ^[58]Por ejemplo, el nitrato de torio se produce haciendo reaccionar hidróxido de torio con ácido nítrico: es soluble en agua y alcoholes y es un intermedio importante en la purificación del torio y sus compuestos. ^[58] Los complejos de torio con ligandos orgánicos, como oxalato , citrato y EDTA , son mucho más estables. En aguas naturales que contienen torio, los complejos de torio orgánico suelen presentarse en concentraciones órdenes de magnitud superiores a las de los complejos inorgánicos, incluso cuando las concentraciones de ligandos inorgánicos son mucho mayores que las de los ligandos orgánicos. ^[55]

Estructura de la molécula de heces de piano de ( η ⁸ -C ₈ H ₈ ) ThCl ₂ (THF) ₂

Compuestos de organotorio

La mayor parte del trabajo sobre compuestos de organotorio se ha centrado en los complejos de ciclopentadienilo y ciclooctatetraenilos . Como muchos de los actínidos tempranos y medios (hasta el americio , y también esperado para el curio ), el torio forma un complejo ciclooctatetraenido: el Th (C ₈ H ₈ ) ₂ amarillo , toroceno . Es isotípico con el compuesto de uranio análogo más conocido uranoceno . ^[59] Puede prepararse haciendo reaccionar K 2 C 8 H 8 con tetracloruro de torio en tetrahidrofurano.(THF) a la temperatura del hielo seco , o haciendo reaccionar tetrafluoruro de torio con MgC ₈ H ₈ . ^[59] Es inestable en el aire y se descompone en agua oa 190 ° C. ^[59] compuesto sándwich mitad también son conocidos, tal como ( η ⁸ -C ₈ H ₈ ) ThCl ₂ (THF) ₂ , que tiene una estructura de taburete de piano y se hace por reacción de thorocene con torio tetracloruro en tetrahidrofurano. ^[34]

Los ciclopentadienilos más simples son Th (C ₅ H ₅ ) ₃ y Th (C ₅ H ₅ ) ₄ : se conocen muchos derivados. El primero (que tiene dos formas, una púrpura y una verde) es un raro ejemplo de torio en el estado formal de oxidación +3; ^{[59] [60]} un estado de oxidación formal +2 ocurre en un derivado. ^[61] El derivado de cloruro [Th (C ₅ H ₅ ) ₃ Cl] se prepara calentando tetracloruro de torio con K (C ₅ H ₅ ) limitante usado (también pueden usarse otros ciclopentadienilos de metales univalentes). LaLos derivados de alquilo y arilo se preparan a partir del derivado de cloruro y se han utilizado para estudiar la naturaleza del enlace sigma Th-C . ^[60]

Otros compuestos de organotorio no están bien estudiados. Se conocen tetrabenciltorio, Th (CH ₂ C ₆ H ₅ ) y tetraaliltorio, Th (C ₃ H ₅ ) ₄ , pero sus estructuras no se han determinado. Se descomponen lentamente a temperatura ambiente. El torio forma el anión prismático trigonal monocapitado [Th (CH ₃ ) ₇ ] ³⁻ , heptametiletorato, que forma la sal [Li (tmeda)] ₃ [ThMe ₇ ] (tmeda = Me ₂ NCH ₂ CH ₂ NMe ₂). Aunque un grupo metilo solo está unido al átomo de torio (distancia Th – C 257.1 pm) y los otros seis conectan los átomos de litio y torio (distancias Th – C 265.5–276.5 pm), se comportan de manera equivalente en solución. El tetrametiltorio, Th (CH ₃ ) ₄ , no se conoce, pero sus aductos son estabilizados por ligandos de fosfina . ^[34]

Ocurrencia

Artículo principal: presencia de torio

Formación

²³² Este es un nucleido primordial, que ha existido en su forma actual durante más de diez mil millones de años; se forjó en los núcleos de estrellas moribundas mediante el proceso r y se esparció por la galaxia mediante supernovas y fusiones de estrellas de neutrones . ^{[62] [63]} La letra "r" significa "captura rápida de neutrones", y ocurre en supernovas de colapso del núcleo, donde núcleos de semillas pesados ​​como el 56 Fe capturan rápidamente neutrones, corriendo contra la línea de goteo de neutrones , como lo son los neutrones. capturados mucho más rápido que los nucleidos resultantes pueden decaer beta hacia la estabilidad. La captura de neutrones es la única forma en que las estrellas sintetizan elementos más allá del hierro debido al aumentoBarreras de Coulomb que dificultan las interacciones entre partículas cargadas a números atómicos altos y el hecho de que la fusión más allá de ⁵⁶ Fe es endotérmica . ^[64] Debido a la abrupta pérdida de estabilidad después de ²⁰⁹ Bi, el proceso r es el único proceso de nucleosíntesis estelar que puede crear torio y uranio; todos los demás procesos son demasiado lentos y los núcleos alfa intermedios decaen antes de capturar suficientes neutrones para alcanzar estos elementos. ^{[62] [65] [66]}

Abundancias estimadas de los 83 elementos primordiales del sistema solar, trazadas en escala logarítmica . El torio, en número atómico 90, es uno de los elementos más raros.

En el universo, el torio se encuentra entre los elementos primordiales más raros, porque es uno de los dos elementos que solo se pueden producir en el proceso r (el otro es el uranio), y también porque se ha ido desintegrando lentamente desde el momento en que se formó. Los únicos elementos primordiales más raros que el torio son el tulio , el lutecio , el tantalio y el renio, los elementos impares justo antes del tercer pico de abundancia del proceso r alrededor de los metales pesados ​​del grupo del platino, así como el uranio. ^{[62] [64] [g]} En el pasado lejano, la abundancia de torio y uranio se enriqueció por la desintegración de los isótopos de plutonio y curio, y el torio se enriqueció en relación con el uranio por la desintegración de ²³⁶ U a ²³²Th y el agotamiento natural de ²³⁵ U, pero estas fuentes han decaído hace mucho tiempo y ya no contribuyen. ^[67]

En la corteza terrestre, el torio es mucho más abundante: con una abundancia de 8,1  partes por millón (ppm), es uno de los elementos pesados ​​más abundantes, casi tan abundante como el plomo (13 ppm) y más abundante que el estaño ( 2,1 ppm). ^[68] Esto se debe a que es probable que el torio forme minerales de óxido que no se hundan en el núcleo; se clasifica como litófilo . Los compuestos de torio comunes también son poco solubles en agua. Por lo tanto, aunque los elementos refractarios tienen la misma abundancia relativa en la Tierra que en el Sistema Solar en su conjunto, hay torio más accesible que los metales pesados ​​del grupo del platino en la corteza. ^[69]

El calor radiogénico de la desintegración de ²³² Th (violeta) es un contribuyente importante al balance de calor interno de la tierra . De los cuatro nucleidos principales que proporcionan este calor, ²³² Th ha crecido para proporcionar la mayor cantidad de calor, ya que los demás se descomponen más rápido que el torio. ^{[70] [71] [72] [73]}

En la Tierra

El torio es el elemento número 41 más abundante en la corteza terrestre. El torio natural suele ser ²³² Th casi puro , que es el isótopo de torio más estable y de mayor duración, con una vida media comparable a la edad del universo. ^[20] Su desintegración radiactiva es el mayor contribuyente al calor interno de la Tierra ; los otros contribuyentes importantes son los radionucleidos primordiales de vida más corta, que son ²³⁸ U, ⁴⁰ K y ²³⁵ U en orden descendente de su contribución. (En el momento de la formación de la Tierra, ⁴⁰ K y ²³⁵U contribuyó mucho más en virtud de su corta vida media, pero se han decaído más rápidamente, dejando predominante la contribución de ²³² Th y ²³⁸ U). ^[74] Su decaimiento explica una disminución gradual del contenido de torio de la Tierra: el El planeta tiene actualmente alrededor del 85% de la cantidad presente en la formación de la Tierra. ^[45] Los otros isótopos naturales de torio tienen una vida mucho más corta; de ellos, sólo ²³⁰ Th son generalmente detectables, que se encuentran en equilibrio secular con su padre ²³⁸ U, y constituyen como máximo el 0,04% del torio natural. ^{[20] [h]}

El torio solo se presenta como un componente menor de la mayoría de los minerales y, por esta razón, anteriormente se pensaba que era raro. ^{[76] El} suelo normalmente contiene alrededor de 6 ppm de torio. ^[77]

En la naturaleza, el torio se encuentra en el estado de oxidación +4, junto con el uranio (IV), el circonio (IV), el hafnio (IV) y el cerio (IV), y también con el escandio , el itrio y los lantánidos trivalentes que tienen iones iónicos similares. radios . ^[76] Debido a la radiactividad del torio, los minerales que lo contienen son a menudo metamict (amorfos), y su estructura cristalina ha sido dañada por la radiación alfa producida por el torio. ^[78] Un ejemplo extremo es la ekanita , (Ca, Fe, Pb) ₂ (Th, U) Si ₈ O ₂₀ , que casi nunca se presenta en forma no metamítica debido al torio que contiene. ^[79]

La monacita (principalmente fosfatos de varios elementos de tierras raras) es la fuente comercial más importante de torio porque se encuentra en grandes depósitos en todo el mundo, principalmente en India, Sudáfrica, Brasil, Australia y Malasia . Contiene alrededor de un 2,5% de torio en promedio, aunque algunos depósitos pueden contener hasta un 20%. ^{[76] [80] La} monacita es un mineral químicamente no reactivo que se encuentra en forma de arena amarilla o marrón; su baja reactividad dificulta la extracción del torio. ^{[76] La} allanita (principalmente silicatos-hidróxidos de varios metales) puede tener 0.1-2% de torio y circonio (principalmente silicato de circonio , ZrSiO ₄ ) hasta 0.4% de torio. ^[76]

El dióxido de torio se presenta como el raro mineral toriano . Debido a que es isotípico con el dióxido de uranio , estos dos dióxidos de actínidos comunes pueden formar soluciones en estado sólido y el nombre del mineral cambia según el contenido de ThO ₂ . ^{[76] [i]} Thorita (principalmente silicato de torio , ThSiO ₄ ), también tiene un alto contenido de torio y es el mineral en el que se descubrió el torio por primera vez. ^[76] En los minerales de silicato de torio, Th ⁴⁺ y SiO⁴⁻
₄Los iones a menudo se reemplazan con M ³⁺ (donde M = Sc, Y o Ln) y fosfato ( PO³⁻
₄) iones respectivamente. ^[76] Debido a la gran insolubilidad del dióxido de torio, el torio generalmente no se propaga rápidamente por el medio ambiente cuando se libera. El ion Th ⁴⁺ es soluble, especialmente en suelos ácidos, y en tales condiciones la concentración de torio puede llegar a 40 ppm. ^[45]

Historia

La lucha de Thor con los gigantes (1872) de Mårten Eskil Winge ; Thor , el dios nórdico del trueno, levanta su martillo Mjölnir en una batalla contra los gigantes . ^[81]

Informe erróneo

En 1815, el químico sueco Jöns Jacob Berzelius analizó una muestra inusual de gadolinita de una mina de cobre en Falun , en el centro de Suecia. Observó rastros impregnados de un mineral blanco, que supuso cautelosamente que era una tierra ( óxido en la nomenclatura química moderna) de un elemento desconocido. Berzelius ya había descubierto dos elementos, cerio y selenio , pero una vez cometió un error público al anunciar un nuevo elemento, gahnio , que resultó ser óxido de zinc . ^[82] Berzelius nombró en privado al elemento putativo "torio" en 1817 ^[83] y su supuesto óxido "thorina" después deThor , el dios nórdico del trueno. ^[84] En 1824, después de que se descubrieron más depósitos del mismo mineral en Vest-Agder , Noruega, se retractó de sus hallazgos, ya que el mineral (más tarde llamado xenotime ) resultó ser principalmente ortofosfato de itrio . ^{[28] [82] [85] [86]}

Descubrimiento

En 1828, Morten Thrane Esmark encontró un mineral negro en la isla de Løvøya , condado de Telemark , Noruega. Fue un sacerdote noruego y mineralogista aficionado que estudió los minerales en Telemark, donde se desempeñó como vicario . Por lo general, enviaba los especímenes más interesantes, como este, a su padre, Jens Esmark , un destacado mineralogista y profesor de mineralogía y geología en la Royal Frederick University en Christiania (hoy llamada Oslo ). ^[87]El anciano Esmark determinó que no era un mineral conocido y envió una muestra a Berzelius para que la examinara. Berzelius determinó que contenía un elemento nuevo. ^[28] Publicó sus hallazgos en 1829, después de haber aislado una muestra impura reduciendo KThF ₅ con potasio metálico. ^{[88] [89] [90]} Berzelius reutilizó el nombre del supuesto descubrimiento del elemento anterior ^{[88] [91]} y nombró al mineral de origen thorita. ^[28]

Jöns Jacob Berzelius , quien identificó por primera vez al torio como un nuevo elemento

Berzelius hizo algunas caracterizaciones iniciales del nuevo metal y sus compuestos químicos: determinó correctamente que la relación de masa torio-oxígeno del óxido de torio era 7.5 (su valor real es cercano a eso, ~ 7.3), pero asumió que el nuevo elemento era divalente. en lugar de tetravalente, por lo que se calculó que la masa atómica era 7,5 veces la del oxígeno (120 uma ); en realidad es 15 veces más grande. ^[j] Determinó que el torio era un metal muy electropositivo , por delante del cerio y detrás del circonio en la electropositividad. ^[92] El torio metálico fue aislado por primera vez en 1914 por los empresarios holandeses Dirk Lely Jr. y Lodewijk Hamburger. ^[k]

Clasificación química inicial

En la tabla periódica publicada por Dmitri Mendeleev en 1869, el torio y los elementos de tierras raras se colocaron fuera del cuerpo principal de la tabla, al final de cada período vertical después de los metales alcalinotérreos . Esto reflejaba la creencia en ese momento de que el torio y los metales de las tierras raras eran divalentes. Con el reconocimiento posterior de que las tierras raras eran en su mayoría trivalentes y el torio tetravalente, Mendeleev trasladó el cerio y el torio al grupo IV en 1871, que también contenía el grupo de carbono moderno (grupo 14) y el grupo de titanio (grupo 4), debido a que su oxidación máxima estado era +4. ^{[95] [96]}Pronto se extrajo el cerio del cuerpo principal de la mesa y se colocó en una serie separada de lantánidos; el torio se quedó con el grupo 4, ya que tenía propiedades similares a sus supuestos congéneres más ligeros de ese grupo, como el titanio y el circonio. ^{[97] [l]}

Primeros usos

Manto de gas de dióxido de torio de la Segunda Guerra Mundial

Si bien el torio se descubrió en 1828, su primera aplicación data solo de 1885, cuando el químico austriaco Carl Auer von Welsbach inventó el manto de gas , una fuente de luz portátil que produce luz a partir de la incandescencia del óxido de torio cuando se calienta mediante la quema de combustibles gaseosos. ^[28] Posteriormente se encontraron muchas aplicaciones para el torio y sus compuestos, incluida la cerámica, las lámparas de arco de carbón, los crisoles resistentes al calor y como catalizadores para reacciones químicas industriales como la oxidación del amoníaco a ácido nítrico. ^[98]

Radiactividad

Se observó por primera vez que el torio era radiactivo en 1898, por el químico alemán Gerhard Carl Schmidt y más tarde ese año, de forma independiente, por la física polaco-francesa Marie Curie . Fue el segundo elemento que se descubrió que era radiactivo, después del descubrimiento de la radiactividad en el uranio en 1896 por el físico francés Henri Becquerel . ^{[99] [100] [101]} A partir de 1899, el físico neozelandés Ernest Rutherford y el ingeniero eléctrico estadounidense Robert Bowie Owensestudió la radiación del torio; las observaciones iniciales mostraron que variaba significativamente. Se determinó que estas variaciones provenían de una hija gaseosa de torio de vida corta, que encontraron que era un elemento nuevo. Este elemento ahora se llama radón , el único de los raros radioelementos que se descubre en la naturaleza como una hija del torio en lugar del uranio. ^[102]

Después de tener en cuenta la contribución del radón, Rutherford, que ahora trabaja con el físico británico Frederick Soddy , mostró cómo el torio se descomponía a un ritmo fijo a lo largo del tiempo en una serie de otros elementos en un trabajo que data de 1900 a 1903. Esta observación condujo a la identificación de la vida media como uno de los resultados de los experimentos con partículas alfa que llevaron a la teoría de la desintegración de la radiactividad . ^[103] El efecto biológico de la radiación se descubrió en 1903. ^[104] El fenómeno recientemente descubierto de la radiactividad emocionó a los científicos y al público en general por igual. En la década de 1920, la radiactividad del torio se promovió como una cura para el reumatismo ,diabetes e impotencia sexual . En 1932, la mayoría de estos usos fueron prohibidos en los Estados Unidos después de una investigación federal sobre los efectos de la radiactividad en la salud. ^{[105] Se} inyectó torio a 10.000 personas en los Estados Unidos durante el diagnóstico por rayos X; Más tarde se descubrió que padecían problemas de salud como leucemia y cromosomas anormales. ^[45] El interés público por la radiactividad había disminuido a finales de la década de 1930. ^[105]

Glenn T. Seaborg , quien estableció la ubicación del torio en el bloque f

Clasificación adicional

Hasta finales del siglo XIX, los químicos acordaron unánimemente que el torio y el uranio eran análogos al hafnio y al tungsteno; la existencia de los lantánidos en la sexta fila se consideró una casualidad. En 1892, el químico británico Henry Bassett postuló una segunda fila de tabla periódica extralarga para acomodar elementos conocidos y no descubiertos, considerando que el torio y el uranio son análogos a los lantánidos. En 1913, el físico danés Niels Bohr publicó un modelo teórico del átomo y sus orbitales electrónicos, que pronto obtuvo una amplia aceptación. El modelo indicó que la séptima fila de la tabla periódica también debería tener carcasas f antes de las carcasas d que se rellenaron en los elementos de transición, como la sexta fila con los lantánidos que preceden a los metales de transición 5d.^[95] La existencia de una segunda serie de transición interna, en forma de actínidos, no fue aceptada hasta que se establecieron similitudes con las estructuras electrónicas de los lantánidos; ^[106] Bohr sugirió que el llenado de los orbitales 5f podría retrasarse hasta después del uranio. ^[95]

Fue solo con el descubrimiento de los primeros elementos transuránicos , que desde el plutonio en adelante tienen estados de oxidación dominantes +3 y +4 como los lantánidos, que se advirtió que los actínidos de hecho estaban llenando los orbitales f en lugar de los orbitales d, con la La química similar a un metal de transición de los primeros actínidos es la excepción y no la regla. ^[107] En 1945, cuando el físico estadounidense Glenn T. Seaborg y su equipo descubrieron los elementos transuránicos americio y curio, propuso el concepto de actínidos , al darse cuenta de que el torio era el segundo miembro de una serie de actínidos del bloque f análoga a los lantánidos, en lugar de ser el congénere más pesado del hafnio en una cuarta fila de bloques d. ^[97][metro]

Eliminación progresiva

En la década de 1990, la mayoría de las aplicaciones que no dependen de la radiactividad del torio disminuyeron rápidamente debido a preocupaciones ambientales y de seguridad, ya que se encontraron reemplazos adecuados más seguros. ^{[28] [110]} A pesar de su radiactividad, el elemento se ha mantenido en uso para aplicaciones en las que no se pudieron encontrar alternativas adecuadas. Un estudio de 1981 realizado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en los Estados Unidos estimó que usar un manto de gas de torio cada fin de semana sería seguro para una persona, ^[110] pero este no fue el caso de la dosis recibida por las personas que fabrican los mantos o suelos alrededor de algunas fábricas. ^[111] Algunos fabricantes han cambiado a otros materiales, como el itrio. ^[112]Tan recientemente como en 2007, algunas empresas continuaron fabricando y vendiendo mantos de torio sin proporcionar información adecuada sobre su radiactividad, y algunas incluso afirmaron falsamente que no eran radiactivos. ^{[110] [113]}

Energía nuclear

Artículos principales: Energía nuclear basada en torio y ciclo del combustible de torio.

El Indian Point Energy Center ( Buchanan, Nueva York , Estados Unidos), hogar del primer reactor de torio del mundo.

El torio se ha utilizado como fuente de energía a escala prototipo. El primer reactor a base de torio se construyó en el Indian Point Energy Center ubicado en Buchanan , Nueva York, Estados Unidos en 1962. ^[114] Uno de los mayores suministros de torio del mundo se encuentra en el país de la India , donde no existe mucho uranio. En la década de 1950, India apuntó a lograr la independencia energética con su programa de energía nuclear de tres etapas . ^{[115] [116]} En la mayoría de los países, el uranio era relativamente abundante y el progreso de los reactores a base de torio era lento; en el siglo XX, se construyeron tres reactores en la India y doce en otros lugares. ^[117]En 1996, el Organismo Internacional de Energía Atómica inició una investigación a gran escala para estudiar el uso de reactores de torio; un año después, el Departamento de Energía de Estados Unidos inició su investigación. Alvin Radkowsky de la Universidad de Tel Aviv en Israel fue el diseñador jefe de la Central de Energía Atómica Shippingport en Pensilvania, el primer reactor civil estadounidense en producir torio. ^[118] Fundó un consorcio para desarrollar reactores de torio, que incluía otros laboratorios: Raytheon Nuclear Inc. y el Laboratorio Nacional Brookhaven en los Estados Unidos, y el Instituto Kurchatov en Rusia.^[119]

En el siglo XXI, el potencial del torio para reducir la proliferación nuclear y sus características de desechos llevó a un renovado interés en el ciclo del combustible del torio. ^{[120] [121] [122]} India ha proyectado satisfacer hasta el 30% de su demanda eléctrica a través de energía nuclear basada en torio para 2050. En febrero de 2014, el Centro de Investigación Atómica Bhabha (BARC), en Mumbai , India, presentó su último diseño para un "reactor nuclear de próxima generación" que quema torio como mineral combustible, llamándolo Reactor Avanzado de Agua Pesada(AHWR). En 2009, el presidente de la Comisión de Energía Atómica de la India dijo que la India tiene un "objetivo a largo plazo de volverse independiente de la energía sobre la base de sus vastos recursos de torio".

Armas nucleares

Cuando se produjeron por primera vez cantidades de gramo de plutonio en el Proyecto Manhattan , se descubrió que un isótopo menor ( 240 Pu ) sufrió una fisión espontánea significativa , lo que puso en duda la viabilidad de un arma nuclear de tipo pistola alimentada con plutonio . Mientras que el equipo de Los Alamos comenzó a trabajar en el arma de tipo implosión para sortear este problema, el equipo de Chicago discutió las soluciones de diseño de reactores. Eugene Wigner propuso utilizar el plutonio contaminado con ²⁴⁰ Pu para impulsar la conversión de torio en ²³³U en un reactor convertidor especial. Se planteó la hipótesis de que el ²³³ U sería utilizable en un arma de tipo pistola, aunque se expresaron preocupaciones sobre la contaminación del ²³² U. El progreso en el arma de implosión fue suficiente y este convertidor no se desarrolló más, pero el diseño tuvo una enorme influencia en el desarrollo de la energía nuclear. Fue la primera descripción detallada de un reactor moderado por agua, altamente enriquecido, refrigerado por agua, similar a los futuros reactores de potencia navales y comerciales. ^[123]

Durante la Guerra Fría, Estados Unidos exploró la posibilidad de utilizar ²³² Th como fuente de ²³³ U para ser utilizado en una bomba nuclear ; dispararon una bomba de prueba en 1955. ^[124] Concluyeron que una bomba ²³³ U-disparada sería un arma muy potente, pero tenía pocas "ventajas técnicas" sostenibles sobre las bombas de uranio-plutonio contemporáneas, ^[125] especialmente desde ²³³ U es difícil de producir en forma isotópicamente pura. ^[124]

El torio metálico se utilizó en el caso de radiación de al menos un diseño de arma nuclear desplegado por los Estados Unidos (el W71 ). ^[126]

Producción

Ver también: Lista de países por recursos de torio

Estimaciones del límite inferior de las reservas de torio en miles de toneladas , 2014 ^[124]

País	Reservas
India	1070
Brasil	632
Australia	595
Estados Unidos	595
Egipto	380
pavo	374
Venezuela	300
Canadá	172
Rusia	155
Sudáfrica	148
porcelana	100
Noruega	87
Groenlandia	86
Finlandia	60,5
Suecia	50
Kazajstán	50
Otros paises	1,725
Total mundial	6579,5

La baja demanda hace que las minas en funcionamiento para la extracción de torio por sí solo no sean rentables, y casi siempre se extrae con las tierras raras, que en sí mismas pueden ser subproductos de la producción de otros minerales. ^[127] La dependencia actual de la monacita para la producción se debe a que el torio se produce en gran medida como subproducto; otras fuentes, como la torita, contienen más torio y podrían utilizarse fácilmente para la producción si aumentara la demanda. ^[128] El conocimiento actual de la distribución de los recursos de torio es escaso, ya que la baja demanda ha llevado a que los esfuerzos de exploración sean relativamente menores. ^[129] En 2014, la producción mundial de concentrado de monacita, del que se extraería el torio, fue de 2.700 toneladas. ^[130]

La ruta de producción común de torio constituye la concentración de minerales de torio; extracción de torio del concentrado; purificación de torio; y (opcionalmente) conversión en compuestos, tales como dióxido de torio. ^[131]

Concentración

Hay dos categorías de minerales de torio para la extracción de torio: primarios y secundarios. Los depósitos primarios ocurren en magmas graníticos ácidos y pegmatitas. Están concentrados, pero de pequeño tamaño. Los depósitos secundarios se encuentran en las desembocaduras de los ríos en las regiones montañosas graníticas. En estos depósitos, el torio se enriquece junto con otros minerales pesados. ^[38] La concentración inicial varía según el tipo de depósito. ^[131]

Para los depósitos primarios, las pegmatitas de origen, que generalmente se obtienen mediante minería, se dividen en pequeñas partes y luego se someten a flotación . Los carbonatos de metales alcalinotérreos se pueden eliminar después de la reacción con cloruro de hidrógeno ; luego sigue el espesamiento , la filtración y la calcinación. El resultado es un concentrado con un contenido de tierras raras de hasta el 90%. ^[131] Los materiales secundarios (como las arenas costeras) se separan por gravedad. Sigue la separación magnética, con una serie de imanes de fuerza creciente. La monacita obtenida por este método puede ser tan pura como el 98%. ^[131]

La producción industrial del siglo XX se basó en el tratamiento con ácido sulfúrico concentrado caliente en recipientes de hierro fundido, seguido de la precipitación selectiva por dilución con agua, como en los pasos posteriores. Este método se basó en los detalles de la técnica y el tamaño de grano del concentrado; Se han propuesto muchas alternativas, pero solo una ha demostrado su eficacia económica: la digestión alcalina con una solución caliente de hidróxido de sodio. Es más caro que el método original pero produce una mayor pureza de torio; en particular, elimina los fosfatos del concentrado. ^[131]

Digestión ácida

La digestión ácida es un proceso de dos etapas que implica el uso de hasta un 93% de ácido sulfúrico.a 210-230 ° C. Primero, se agrega ácido sulfúrico en exceso del 60% de la masa de arena, espesando la mezcla de reacción a medida que se forman los productos. Luego, se agrega ácido sulfúrico humeante y la mezcla se mantiene a la misma temperatura durante otras cinco horas para reducir el volumen de solución que queda después de la dilución. La concentración del ácido sulfúrico se selecciona en función de la velocidad de reacción y la viscosidad, que aumentan con la concentración, aunque la viscosidad retarda la reacción. El aumento de la temperatura también acelera la reacción, pero deben evitarse temperaturas de 300 ° C y superiores, ya que provocan la formación de pirofosfato de torio insoluble. Dado que la disolución es muy exotérmica, la arena de monacita no se puede agregar al ácido demasiado rápido. Por el contrario, a temperaturas inferiores a 200 ° C, la reacción no es lo suficientemente rápida como para que el proceso sea práctico.Para asegurar que no se formen precipitados que bloqueen la superficie reactiva de la monacita, la masa de ácido utilizada debe ser el doble que la de la arena, en lugar del 60% que se esperaría de la estequiometría. Luego, la mezcla se enfría a 70 ° C y se diluye con diez veces su volumen de agua fría, de modo que cualquier monacita restante se hunda hasta el fondo mientras que las tierras raras y el torio permanecen en solución. El torio puede separarse luego precipitándolo como fosfato a pH 1,3, ya que las tierras raras no precipitan hasta pH 2.de modo que cualquier resto de monacita se hunda hasta el fondo mientras que las tierras raras y el torio permanecen en solución. El torio puede separarse luego precipitándolo como fosfato a pH 1,3, ya que las tierras raras no precipitan hasta pH 2.de modo que cualquier resto de monacita se hunda hasta el fondo mientras que las tierras raras y el torio permanecen en solución. El torio puede separarse luego precipitándolo como fosfato a pH 1,3, ya que las tierras raras no precipitan hasta pH 2.^[131]

Digestión alcalina

La digestión alcalina se lleva a cabo en una solución de hidróxido de sodio al 30-45% a aproximadamente 140 ° C durante aproximadamente tres horas. Una temperatura demasiado alta conduce a la formación de óxido de torio poco soluble y un exceso de uranio en el filtrado, y una concentración demasiado baja de álcali conduce a una reacción muy lenta. Estas condiciones de reacción son bastante suaves y requieren arena de monacita con un tamaño de partícula inferior a 45 µm. Después de la filtración, la torta de filtración incluye torio y las tierras raras como sus hidróxidos, uranio como diuranato de sodio y fosfato como fosfato trisódico . Este cristaliza el fosfato trisódico decahidratado cuando se enfría por debajo de 60 ° C; Las impurezas de uranio en este producto aumentan con la cantidad de dióxido de silicio.en la mezcla de reacción, necesitando recristalización antes del uso comercial. Los hidróxidos se disuelven a 80 ° C en ácido clorhídrico al 37%. La filtración de los precipitados restantes seguida de la adición de hidróxido de sodio al 47% da como resultado la precipitación de torio y uranio a aproximadamente pH 5,8. Debe evitarse el secado completo del precipitado, ya que el aire puede oxidar el cerio del estado de oxidación +3 al +4, y el cerio (IV) formado puede liberar cloro libre del ácido clorhídrico. Las tierras raras precipitan nuevamente a un pH más alto. Los precipitados se neutralizan con la solución de hidróxido de sodio original, aunque la mayor parte del fosfato debe eliminarse primero para evitar la precipitación de fosfatos de tierras raras. Extraccion solventetambién se puede utilizar para separar el torio y el uranio, disolviendo la torta de filtración resultante en ácido nítrico. La presencia de hidróxido de titanio es perjudicial ya que se une al torio y evita que se disuelva por completo. ^[131]

Purificación

Se necesitan altas concentraciones de torio en aplicaciones nucleares. En particular, las concentraciones de átomos con secciones transversales de alta captura de neutrones deben ser muy bajas (por ejemplo, las concentraciones de gadolinio deben ser inferiores a una parte por millón en peso). Previamente, se utilizó la disolución y recristalización repetidas para lograr una alta pureza. En la actualidad, se utilizan procedimientos de extracción por solventes líquidos que implican la complejación selectiva de Th ⁴⁺ . Por ejemplo, después de la digestión alcalina y la eliminación de fosfato, los complejos de nitrato resultantes de torio, uranio y las tierras raras pueden separarse mediante extracción con tributilfosfato en queroseno . ^[131]

Aplicaciones modernas

Los usos del torio no relacionados con la radiactividad han disminuido desde el decenio de 1950 ^[132] debido a preocupaciones medioambientales derivadas en gran medida de la radiactividad del torio y sus productos de desintegración. ^{[28] [110]}

La mayoría de las aplicaciones de torio utilizan su dióxido (a veces llamado "toria" en la industria), en lugar del metal. Este compuesto tiene un punto de fusión de 3300 ° C (6000 ° F), el más alto de todos los óxidos conocidos; solo unas pocas sustancias tienen puntos de fusión más altos. ^[45] Esto ayuda a que el compuesto permanezca sólido en una llama y aumenta considerablemente el brillo de la llama; esta es la razón principal por la que el torio se utiliza en las cubiertas de las lámparas de gas . ^[133] Todas las sustancias emiten energía (resplandor) a altas temperaturas, pero la luz emitida por el torio está casi toda en el espectro visible , de ahí el brillo de los mantos de torio. ^[48]

La energía, parte de ella en forma de luz visible, se emite cuando el torio se expone a una fuente de energía en sí misma, como un rayo catódico, calor o luz ultravioleta . Este efecto es compartido por el dióxido de cerio, que convierte la luz ultravioleta en luz visible de manera más eficiente, pero el dióxido de torio da una temperatura de llama más alta y emite menos luz infrarroja . ^[133] El torio en los mantos, aunque todavía es común, ha sido reemplazado progresivamente por itrio desde finales de la década de 1990. ^[134] Según la revisión de 2005 de la Junta Nacional de Protección Radiológica del Reino Unido , "aunque [los mantos de gas toriado] estaban ampliamente disponibles hace unos años, ya no lo están". ^[135]

Durante la producción de filamentos incandescentes , la recristalización del tungsteno se reduce significativamente añadiendo pequeñas cantidades de dióxido de torio al polvo de sinterización de tungsteno antes de estirar los filamentos. ^[132] Una pequeña adición de torio a los termocátodos de tungsteno reduce considerablemente la función de trabajo de los electrones; como resultado, los electrones se emiten a temperaturas considerablemente más bajas. ^[28] El torio forma una capa de un átomo de espesor en la superficie del tungsteno. La función de trabajo de una superficie de torio se reduce posiblemente debido al campo eléctrico en la interfaz entre el torio y el tungsteno formado debido a la mayor electropositividad del torio.^[136] Desde la década de 1920, los alambres de tungsteno toriados se han utilizado en tubos electrónicos y en los cátodos y anticatodos de tubos de rayos X y rectificadores. Gracias a la reactividad del torio con el oxígeno y el nitrógeno atmosféricos, el torio también actúa como captador de impurezas en los tubos de vacío. La introducción de transistores en la década de 1950 disminuyó significativamente este uso, pero no del todo. ^[132] El dióxido de torio se utiliza en la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) para aumentar la resistencia a altas temperaturas de los electrodos de tungsteno y mejorar la estabilidad del arco. ^[28] En este uso, el óxido de torio está siendo reemplazado por otros óxidos, como los de circonio, cerio y lantano . ^{[137] [138]}

El dióxido de torio se encuentra en cerámicas resistentes al calor , como los crisoles de laboratorio de alta temperatura , ^[28] como ingrediente principal o como adición al dióxido de circonio . Una aleación de 90% de platino y 10% de torio es un catalizador eficaz para oxidar el amoníaco a óxidos de nitrógeno, pero esto ha sido reemplazado por una aleación de 95% de platino y 5% de rodio debido a sus mejores propiedades mecánicas y mayor durabilidad. ^[132]

Lente de dióxido de torio amarillenta (izquierda), una lente similar parcialmente des-amarillenta con radiación ultravioleta (centro) y lente sin amarillear (derecha)

Cuando se agrega al vidrio , el dióxido de torio ayuda a aumentar su índice de refracción y a disminuir la dispersión . Dicho vidrio encuentra aplicación en lentes de alta calidad para cámaras e instrumentos científicos. ^[39] La radiación de estos lentes puede oscurecerlos y volverlos amarillos durante un período de años y degrada la película, pero los riesgos para la salud son mínimos. ^{[139] Los} lentes amarillentos se pueden restaurar a su estado incoloro original mediante una exposición prolongada a una intensa radiación ultravioleta. Desde entonces, el dióxido de torio ha sido reemplazado en esta aplicación por óxidos de tierras raras, como el lantano , ya que proporcionan efectos similares y no son radiactivos. ^[132]

El tetrafluoruro de torio se utiliza como material antirreflectante en recubrimientos ópticos multicapa. Es transparente a las ondas electromagnéticas que tienen longitudes de onda en el rango de 0,350 a 12 µm, un rango que incluye la luz casi ultravioleta, visible e infrarroja media . Su radiación se debe principalmente a partículas alfa, que pueden detenerse fácilmente mediante una fina capa de cobertura de otro material. ^{[140] A} partir de la década de 2010 se están desarrollando reemplazos para el tetrafluoruro de torio, ^[141] que incluyen el trifluoruro de lantano .

Las aleaciones Mag-Thor (también llamadas magnesio toriado) encontraron uso en algunas aplicaciones aeroespaciales, aunque tales usos se han eliminado debido a preocupaciones sobre la radiactividad.

Uso potencial de la energía nuclear

Artículos principales: Energía nuclear basada en torio y ciclo del combustible de torio.

La principal fuente de energía nuclear de un reactor es la fisión de un nucleido inducida por neutrones; la fisionable sintético ^[d] núcleos ²³³ U y ²³⁹ Pu puede ser criado de captura de neutrones por los nucleidos de cantidad de origen natural ²³² Th y ²³⁸ U. ²³⁵ U se produce de forma natural y también es fisionable. ^{[142] [143] [n]} En el ciclo del combustible de torio, el isótopo fértil ²³² Th es bombardeado por neutrones lentos , y se somete a captura de neutrones para convertirse en ²³³ Th, que sufre dos desintegraciones beta consecutivas para convertirse en el primer 233 Pay luego el fisionable ²³³ U: ^[28]

²³²
₉₀Th
+ 3n → ²³³
₉₀Th
+ γ + 2nβ ^-→21,8 min ²³³
₉₁Pensilvania
+ n β ^-→27,0 días ²³³
₉₂U
α→1,60 × 10⁵
y

Transmutaciones en el ciclo del combustible de torio v t mi
														237 Np
														↑
		231 U	←	232 U	↔	233 U	↔	234 U	↔	235 U	↔	236 U	→	237 U
		↓		↑		↑		↑
		231 Pa	→	232 Pa	←	233 Pa	→	234 Pa
		↑				↑
230 mil	→	231 mil	←	232 mil	→	233 mil
Los nucleidos con un fondo amarillo en cursiva tienen vidas medias de menos de 30 días. Los nucleidos en negrita tienen vidas medias de más de 1,000,000 de años Los nucleidos en marcos rojos son fisionables

^{El 233} U es fisible y puede utilizarse como combustible nuclear de la misma forma que el ²³⁵ U o el 239 Pu . Cuando el ²³³ U sufre una fisión nuclear, los neutrones emitidos pueden atacar más núcleos de ²³² Th, continuando el ciclo. ^[28] Esto es paralelo al ciclo del combustible de uranio en los reactores reproductores rápidos donde ²³⁸ U se somete a captura de neutrones para convertirse en ²³⁹ U, beta que se descompone primero a ²³⁹ Np y luego a ²³⁹ Pu fisionable . ^[144]

Ventajas

El torio es más abundante que el uranio y puede satisfacer la demanda mundial de energía durante más tiempo. ^[145] Es particularmente adecuado para ser utilizado como material fértil en reactores de sales fundidas .

²³² Th absorbe neutrones más fácilmente que ²³⁸ U, y ²³³ U tiene una mayor probabilidad de fisión tras la captura de neutrones (92,0%) que ²³⁵ U (85,5%) o ²³⁹ Pu (73,5%). ^[146] También libera más neutrones en la fisión en promedio. ^[145] Una sola captura de neutrones por ²³⁸ U produce desechos transuránicos junto con el fisionable ²³⁹ Pu, pero ²³² Th solo produce estos desechos después de cinco capturas, formando ²³⁷ Np. Este número de capturas no ocurre para el 98-99% de los ²³² Th núcleos porque los productos intermedios ²³³ U o ²³⁵U se somete a fisión y se producen menos transuránicos de larga duración. Debido a esto, el torio es una alternativa potencialmente atractiva al uranio en combustibles de óxidos mixtos para minimizar la generación de transuránicos y maximizar la destrucción de plutonio . ^[147]

Los combustibles de torio dan como resultado un núcleo de reactor más seguro y de mejor rendimiento ^[28] porque el dióxido de torio tiene un punto de fusión más alto, una conductividad térmica más alta y un coeficiente de expansión térmica más bajo . Es más estable químicamente que el dióxido de uranio combustible ahora común, porque este último se oxida a octóxido de triuranio (U ₃ O ₈ ), volviéndose sustancialmente menos denso. ^[148]

Desventajas

El combustible usado es difícil y peligroso de reprocesar porque muchas de las hijas de ²³² Th y ²³³ U son fuertes emisores de rayos gamma. ^[145] Todos los métodos de producción de ²³³ U dan como resultado impurezas de 232 U , ya sea por reacciones de ^{desactivación} parasitaria (n, 2n) en ²³² Th, ²³³ Pa o ²³³ U que resultan en la pérdida de un neutrón, o por neutrones dobles captura de ²³⁰ Th, una impureza en ²³² Th naturales : ^[149]

²³⁰
₉₀Th
+ n → ²³¹
₉₀Th
+ γ β ^-→25,5 horas ²³¹
₉₁Pensilvania
α→3,28 × 10⁴
y ­ ²³¹
₉₁Pensilvania
+ n → ²³²
₉₁Pensilvania
+ γ β ^-→1,3 d ²³²
₉₂U
α→69 años

^{El 232} U por sí solo no es particularmente dañino, pero se desintegra rápidamente para producir el potente emisor gamma 208 Tl . ( ²³² Th sigue la misma cadena de desintegración, pero su vida media mucho más larga significa que las cantidades de ²⁰⁸ Tl producidas son insignificantes). ^[150] Estas impurezas de ²³² U hacen que ²³³ U sea fácil de detectar y peligroso para trabajar, y el la impracticabilidad de su separación limita las posibilidades de proliferación nuclear utilizando ²³³ U como material fisible. ^{[149] 233} Pa tiene una vida media relativamente larga de 27 días y una sección transversal altapara la captura de neutrones. Por lo tanto, es un veneno de neutrones : en lugar de decaer rápidamente a los ²³³ U útiles , una cantidad significativa de ²³³ Pa se convierte en ²³⁴ U y consume neutrones, degradando la eficiencia del reactor . Para evitar esto, se extraen ²³³ Pa de la zona activa de los reactores de sales fundidas de torio durante su operación, de modo que no tiene la posibilidad de capturar un neutrón y solo se desintegra a ²³³ U. ^[151]

La irradiación de ²³² Th con neutrones, seguida de su procesamiento, debe dominarse antes de que se puedan lograr estas ventajas, y esto requiere una tecnología más avanzada que el ciclo del combustible de uranio y plutonio; ^{[28] la} investigación continúa en esta área. Otros citan la escasa viabilidad comercial del ciclo del combustible del torio: ^{[152] [153] [154]} la Agencia Internacional de Energía Nuclear predice que el ciclo del torio nunca será comercialmente viable mientras haya uranio disponible en abundancia, situación que puede persistir "en las próximas décadas ". ^[155] Los isótopos producidos en el ciclo del combustible de torio en su mayoría no son transuránicos, pero algunos de ellos siguen siendo muy peligrosos, como ²³¹Pa, que tiene una vida media de 32.760 años y es uno de los principales contribuyentes a la radiotoxicidad a largo plazo del combustible nuclear gastado. ^[151]

Peligros

Experimento sobre el efecto de la radiación (de un manto de gas de torio sin quemar) sobre la germinación y el crecimiento de semillas de hierba timothy

Radiológico

El torio natural se desintegra muy lentamente en comparación con muchos otros materiales radiactivos, y la radiación alfa emitida no puede penetrar la piel humana. Como resultado, la manipulación de pequeñas cantidades de torio, como las que se encuentran en los mantos de gas, se considera segura, aunque el uso de dichos elementos puede presentar algunos riesgos. ^[156] La exposición a un aerosol de torio, como el polvo contaminado, puede aumentar el riesgo de cáncer de pulmón , páncreas y sangre , ya que la radiación alfa puede penetrar los pulmones y otros órganos internos. ^[156] La exposición interna al torio aumenta el riesgo de enfermedades hepáticas . ^[157]

Los productos de desintegración del ²³² Th incluyen radionucleidos más peligrosos como el radio y el radón. Aunque relativamente pocos de esos productos se crean como resultado de la lenta descomposición del torio, una evaluación adecuada de la toxicidad radiológica de ²³² Th debe incluir la contribución de sus hijas, algunas de las cuales son peligrosas emisoras de rayos gamma , ^[158] y que son se acumuló rápidamente después de la desintegración inicial de ²³² Th debido a la ausencia de nucleidos de larga vida a lo largo de la cadena de desintegración. ^[159]Como las peligrosas hijas del torio tienen puntos de fusión mucho más bajos que el dióxido de torio, se volatilizan cada vez que se calienta el manto para su uso. En la primera hora de uso se liberan grandes fracciones de las hijas de torio ²²⁴ Ra, ²²⁸ Ra, ²¹² Pb y ²¹² Bi. ^[160] La mayor parte de la dosis de radiación de un usuario normal proviene de la inhalación del radio, lo que resulta en una dosis de radiación de hasta 0,2  milisieverts por uso, aproximadamente un tercio de la dosis sostenida durante una mamografía . ^[161]

Algunas agencias de seguridad nuclear hacen recomendaciones sobre el uso de mantos de torio y han planteado preocupaciones de seguridad con respecto a su fabricación y eliminación; la dosis de radiación de un manto no es un problema grave, pero sí lo es el de muchos mantos reunidos en fábricas o vertederos. ^[157]

Biológico

El torio es inodoro e insípido. ^[162] La toxicidad química del torio es baja porque el torio y sus compuestos más comunes (principalmente el dióxido) son poco solubles en agua, ^[163] precipitándose antes de entrar al cuerpo como hidróxido. ^[164] Algunos compuestos de torio son químicamente moderadamente tóxicos , especialmente en presencia de iones fuertes que forman complejos, como el citrato, que transportan el torio al cuerpo en forma soluble. ^[159] Si un objeto que contiene torio ha sido masticado o chupado, pierde el 0,4% de torio y el 90% de sus peligrosas hijas para el cuerpo. ^[113] Tres cuartas partes del torio que ha penetrado en el cuerpo se acumula en el esqueleto.. La absorción a través de la piel es posible, pero no es un medio probable de exposición. ^[156] La baja solubilidad del torio en agua también significa que la excreción de torio por los riñones y las heces es bastante lenta. ^[159]

Las pruebas sobre la absorción de torio de los trabajadores involucrados en el procesamiento de monazita mostraron niveles de torio por encima de los límites recomendados en sus cuerpos, pero no se encontraron efectos adversos para la salud en esas concentraciones moderadamente bajas. Aún no se ha observado toxicidad química en el tracto traqueobronquial y los pulmones por exposición al torio. ^{[164] Las} personas que trabajan con compuestos de torio corren el riesgo de sufrir dermatitis . Pueden pasar hasta treinta años después de la ingestión de torio para que los síntomas se manifiesten. ^[45] El torio no tiene ningún papel biológico conocido. ^[45]

Química

El torio metálico en polvo es pirofórico: se enciende espontáneamente en el aire. ^[4] En 1964, el Departamento del Interior de los Estados Unidos enumeró el torio como "severo" en una tabla titulada "Ignición y explosibilidad de polvos metálicos". Su temperatura de ignición fue de 270 ° C (520 ° F) para las nubes de polvo y 280 ° C (535 ° F) para las capas. Su concentración mínima de explosivos se enumeró como 0.075 oz / pie cúbico (0.075 kg / m ³ ); la energía de ignición mínima para el polvo (no submicrónico) se enumeró como 5  mJ . ^[165]

En 1956, la explosión de Sylvania Electric Products ocurrió durante el reprocesamiento y quema de lodos de torio en la ciudad de Nueva York , Estados Unidos. Nueve personas resultaron heridas; uno murió por complicaciones causadas por quemaduras de tercer grado . ^{[166] [167] [168]}

Rutas de exposición

El torio existe en cantidades muy pequeñas en todas partes de la Tierra, aunque existen cantidades mayores en ciertas partes: el ser humano promedio contiene alrededor de 40  microgramos de torio y normalmente consume tres microgramos por día. ^[45] La mayor parte de la exposición al torio ocurre por inhalación de polvo; algo de torio viene con alimentos y agua, pero debido a su baja solubilidad, esta exposición es insignificante. ^[159]

La exposición aumenta para las personas que viven cerca de depósitos de torio o sitios de eliminación de desechos radiactivos, quienes viven cerca o trabajan en fábricas de procesamiento de uranio, fosfato o estaño, y quienes trabajan en la producción de mantos de gas. ^[169] El torio es especialmente común en las áreas costeras de Tamil Nadu en la India, donde los residentes pueden estar expuestos a una dosis de radiación natural diez veces mayor que el promedio mundial. ^[170] También es común en las áreas costeras del norte de Brasil , desde el sur de Bahía hasta Guarapari , una ciudad con playas de arena de monacita radiactiva, con niveles de radiación hasta 50 veces más altos que la radiación de fondo promedio mundial. ^[171]

Otra posible fuente de exposición es el polvo de torio producido en los campos de pruebas de armas, ya que el torio se utiliza en los sistemas de guía de algunos misiles. Esto se ha atribuido a una alta incidencia de defectos de nacimiento y cáncer en Salto di Quirra en la isla italiana de Cerdeña . ^[172]

Ver también

• Alianza de energía de torio

Notas

1. El bismuto es muy ligeramente radiactivo, pero su vida media (1,9 × 10 ¹⁹ años) es tan larga que su desintegración es insignificante incluso en períodos de tiempo geológicos.
2. Detrás de osmio , tantalio , tungsteno y renio ; ^[4] Se especula que se encontrarán puntos de ebullición más altos en los metales de transición 6d, pero no se han producido en cantidades suficientemente grandes para probar esta predicción. ^[8]
3. rayos gamma se distinguen por su origen en el núcleo, no por su longitud de onda; por tanto, no existe un límite inferior para la energía gamma derivada de la desintegración radiactiva. ^[26]
4. Un nucleido fisionable es capaz de sufrir fisión (incluso con una probabilidad baja) después de capturar un neutrón de alta energía. Algunos de estos nucleidos pueden inducirse a la fisión con neutrones térmicos de baja energía con una alta probabilidad; se denominan fisibles . Un nucleido fértil es aquel que puede ser bombardeado con neutrones para producir un nucleido fisible. La masa crítica es la masa de una bola de un material que podría sufrir una reacción nuclear en cadena sostenida .
5. El nombre ionium para ²³⁰ Th es un remanente de un período en el que los diferentes isótopos no se reconocían como el mismo elemento y se les daban nombres diferentes.
6. A diferencia de la similitud anterior entre los actínidos y los metales de transición, la similitud del grupo principal termina en gran medida en el torio antes de reanudarse en la segunda mitad de la serie de actínidos, debido a la contribución creciente de los orbitales 5f al enlace covalente. El único otro actínido que se encuentra comúnmente, el uranio, conserva algunos ecos del comportamiento del grupo principal. La química del uranio es más complicada que la del torio, pero los dos estados de oxidación más comunes del uranio son el uranio (VI) y el uranio (IV); estas son dos unidades de oxidación aparte, con el estado de oxidación más alto correspondiente a la pérdida formal de todos los electrones de valencia, que es similar al comportamiento de los elementos pesados ​​del grupo principal en el bloque p . ^[36]
7. Un número par de protones o neutrones generalmente aumenta la estabilidad nuclear de los isótopos, en comparación con los isótopos con números impares. Los elementos con números atómicos impares no tienen más de dos isótopos estables; los elementos pares tienen múltiples isótopos estables, y el estaño (elemento 50) tiene diez. ^[9]
8. Otros isótopos pueden ocurrir junto con ²³² Th, pero solo en cantidades mínimas. Si la fuente no contiene uranio, el único otro isótopo de torio presente sería ²²⁸ Th, que se produce en la cadena de desintegración de ²³² Th (la serie del torio ): la relación de ²²⁸ Th a ²³² Th estaría por debajo de 10 ⁻¹⁰ . ^[20] Si hay uranio, también estarán presentes pequeñas trazas de varios otros isótopos: ²³¹ Th y ²²⁷ Th de la cadena de desintegración de ²³⁵ U (la serie del actinio ), y trazas un poco más grandes pero aún pequeñas de ²³⁴Th y ²³⁰ Th de la cadena de desintegración de ²³⁸ U (la serie del uranio ). ^{[20] 229} Th también se ha producido en la cadena de desintegración de ²³⁷ Np (la serie del neptunio ): todos los ²³⁷ Np primordiales están extintos , pero todavía se producen como resultado de reacciones nucleares en los minerales de uranio. ^{[75] 229} Th se produce principalmente como una hija del ²³³ U artificial producido por la irradiación de neutrones de ²³² Th, y es extremadamente raro en la naturaleza. ^[20]
9. Thorianita se refiere a minerales con 75-100% en moles de ThO ₂ ; uranotorianita, 25-75% en moles de ThO ₂ ; uraninita de torio, 15-25% en moles de ThO ₂ ; uraninita , 0-15% en moles de ThO ₂ . ^[76]
10. En ese momento, se pensaba que los elementos de tierras raras , entre los que se encontraba el torio y con los que está estrechamente asociado en la naturaleza, eran divalentes; a las tierras raras se les asignaronvalores de peso atómico de dos tercios de los reales, y al torio y al uranio se les asignó valores que eran la mitad de los reales.
11. La principal dificultad para aislar el torio no radica en su electropositividad química, sino en la estrecha asociación del torio en la naturaleza con los elementos de las tierras raras y el uranio, que colectivamente son difíciles de separar entre sí. El químico sueco Lars Fredrik Nilson , el descubridor del escandio, había intentado previamente aislar el torio metálico en 1882, pero no logró un alto grado de pureza. ^[93] Lely y Hamburger obtuvieron torio metálico puro al 99% reduciendo el cloruro de torio con sodio metálico. ^[94] Un método más simple que conduce a una pureza aún mayor fue descubierto en 1927 por los ingenieros estadounidenses John Marden y Harvey Rentschler, que implicaba la reducción de óxido de torio con calcio en presencia de cloruro de calcio.^[94]
12. El torio también aparece en la tabla de 1864 del químico británico John Newlands como el último y más pesado elemento, ya que inicialmente se pensó que el uranio era un elemento trivalente con un peso atómico de alrededor de 120: esto es la mitad de su valor real, ya que el uranio es predominantemente hexavalente. También aparece como el elemento más pesado en la tabla de 1864 del químico británico William Odling bajo titanio, circonio y tantalio . No aparece en los sistemas periódicos publicados por el geólogo francés Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois en 1862, el músico germano-estadounidense Gustav Hinrichs en 1867, o el químico alemán Julius Lothar Meyer.en 1870, todos los cuales excluyen las tierras raras y el torio. ^[95]
13. El llenado de la subcapa 5f desde el comienzo de la serie de actínidos se confirmó en 1964 cuandose sintetizó por primera vezel siguiente elemento, el rutherfordio , y se descubrió que se comportaba como hafnio, como era de esperar si el llenado de los orbitales 5f ya hubiera terminado por luego. ^[108] Hoy en día, las similitudes del torio con el hafnio todavía se reconocen a veces llamándolo un "pseudo elemento del grupo 4". ^[109]
14. Los trece isótopos de actínidos fisionables con vidas medias durante un año son ²²⁹ Th, ²³³ U, ²³⁵ U, 236 Np , ²³⁹ Pu, 241 Pu , 242m Am , 243 Cm , 245 Cm , 247 Cm , 249 Cf , 251 Cf , y 252 Es . De estos, solo ²³⁵ U ocurre naturalmente, y solo ²³³ U y ²³⁹Pu puede obtenerse de núcleos naturales con una sola captura de neutrones. ^[143]

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Lectura adicional

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