一種天然放射性元素。化學符號Th,原子序數90,原子量232.0381,屬錒系元素,為銀白色金屬。以北歐神話中的戰神Thor命名。

  發現 釷是瑞典化學傢J.J.貝采利烏斯於1828年發現。

  存在 已發現質量數212~236的全部釷同位素,隻有釷232是天然放射性同位素。釷在地殼中平均含量為(1.3~1..8)×10-6%,其數量與鉛、鉬差不多,為鈾的3倍。天然淡水含釷2×10-9%,海水含釷1×10-9%。釷的可靠儲量為107萬噸,遠景儲量275萬噸。

  自然界中和釷離子大小相近的離子很多,如鈾、釔鈣、稀土元素(從鑭到銩)、鈉的離子,這些離子在礦物的結晶中往往互相置換而形成類質同象;因此自然界含釷的礦物很多,約有100多種,如氧化物、矽酸鹽、磷酸鹽、鈮鉭酸鹽、鈦酸鹽和碳化物等礦物。其中有工業價值的有獨居石、釷石、方釷石和鈾釷礦。獨居石是磷酸鹽,一般含稀土氧化物55%~68%、二氧化釷4%~10%、鈾0.2%~0.6%,是稀土元素和釷的重要資源。巴西、印度、挪威、美國、澳大利亞、南非、蘇聯、中國等都有豐富的獨居石礦床。此外,某些含釷的鈾礦、氟碳鈣鈰礦、氟碳鈰鑭礦、綠層矽鈰鈦礦、鈦鈮鈣鈰礦以及其他鈮鉭酸鹽礦,對於釷都具有綜合回收價值。

  性質 核性質 釷232是天然放射性衰變系釷系的始祖核素,經過α、β-衰變,最終轉變為穩定的鉛208。釷232的熱中子俘獲截面為7.0靶恩,它俘獲中子後,經核反應

,最後轉變為 核燃料鈾233。釷同位素的主要核性質見表。

釷同位素的主要核性質

  物理和化學性質 釷的熔點為1750℃,沸點約4790℃,密度11.72克/厘米3,在1345℃時為面心立方晶格,1345~1755℃時為體心立方晶格。純金屬釷質軟,易於進行沖壓、鍛造、軋制、拉伸等。釷原子的電子構型為(Rn)5f06d27s2,氧化態為+4、+3,化學性質活潑。除惰性氣體外,釷與所有非金屬元素作用,生成二元化合物。例如,致密狀釷放置空氣中,在常溫下會緩慢氧化,生成一層灰色或黑色的氧化膜,隨著溫度升高,反應加快;粉末狀釷在空氣中能自燃,生成二氧化釷,因而必須保存在惰性氣氛中,大量保存粉末狀釷是危險的。釷在較高溫度下能與氫、氮、碳、矽、硫等作用。釷與鹵族元素作用,生成相應的四鹵化物,其穩定性隨鹵族元素的原子量增加而降低。

  在室溫下水對致密狀釷侵蝕極慢;沸騰的蒸餾水使釷表面生成氧化膜;溫度高於170℃時,釷在水中嚴重受到侵蝕,部分發生破裂;350℃時,侵蝕很快,生成二氧化釷,放出氫,部分氫又被吸收而生成氫化釷,更加快瞭侵蝕。金屬釷不溶於乙酸,微溶於硝酸、硫酸或氫氟酸中。釷可溶解於鹽酸和王水,在有少量氟離子(0.01~0.03摩/升)存在時,硝酸能很快溶解釷。堿液對釷作用微弱。

  釷在水溶液中以+4價離子或絡合離子狀態存在。釷離子能與所有陰離子絡合,生成一系列絡合離子或復鹽,如堿金屬M的絡合碳酸鹽M6[Th(CO3)5xH2O、硫酸復鹽nM2SO4·Th(SO4)2·xH2O、草酸絡合物M4[Th(C2O4)4]等。利用這種性質可以把釷與某些雜質分開。從含釷溶液中,可以沉淀出溶解度小的氫氧化釷、過氧化釷、堿式碳酸釷、草酸釷、硫酸釷復鹽、四氟化釷或釷的磷酸鹽等。也可以從釷溶液中結晶析出含結晶水的硝酸釷、硫酸釷或四氯化釷。

  多種釷化合物同有機萃取劑能形成相應的絡合物,如硝酸釷與磷酸三丁酯(TBP)形成Th(NO3)4·4TBP、硫酸釷與伯胺(RNH2)形成[(RNH3)2SO4]3·Th(SO4)2、四氯化釷與三辛基氧膦(TOPO)形成ThCl4·3TOPO等。利用這種性質可以從含釷溶液中提取或提純釷。

  釷與一系列金屬生成合金,例如釷鎂合金、釷鋅合金、釷汞合金、釷鎳合金等。

  制取 見釷的提煉。

  應用 釷及其化合物在核能、航空和航天、冶金、化工、石油、電子工業等部門有重要用途。釷232吸收中子後轉變為鈾233,是潛在的核能源。裝入反應堆中的釷有二氧化釷、碳化釷、四氟化釷和金屬釷等形式。

  含釷3%左右的釷鎂合金的重量輕,可加工性能好,在赤熱溫度下具有很高的機械強度,其適用溫度范圍為25~460℃,是制造高速飛機和火箭的主要結構材料。在金屬鎳中加入2%的二氧化釷後,則在溫度高達1330℃時,仍具有很高的機械強度和抗腐蝕性能,是制造超音速飛機和宇宙飛行器的良好外殼材料,也是制造噴氣式發動機的良好材料。在金屬鈷、鉬或不銹鋼中加入二氧化釷,能使這些金屬在高溫下具有高的機械強度。

  含1%二氧化鈰的二氧化釷在灼熱時能發出耀眼的光芒,最早用於制造汽燈紗罩。二氧化釷熔點高(3220℃),很穩定,是理想的耐火材料,可制作磁控管陰極鍍層、多孔隔膜、坩堝和熔鹽容器。二氧化釷在石油和化學工業中,可用作催化劑。

  釷的電子逸出功小,電子發射性能好,可制作電子放電管、電子計算機的記憶元件、光敏薄膜、燃料電池元件、輻射探測器、光電池等。金屬鎢中加入0.8%~1.2%的二氧化釷,可提高鎢的再結晶溫度和改善熱電子發射性能,適用於制造電子管和X射線管;用它作電弧爐的非自耗電極材料時,比純鎢電極的功率消耗低,電弧穩定;用它制作白熾燈絲,可以延長燈泡的使用壽命。四氟化釷用於制造特種光學玻璃;金屬釷在真空管中用作吸氣劑。

  毒性 釷是高毒性元素,主要積蓄於肝、骨髓、脾和淋巴結,其次是骨骼、腎等臟器中。急性中毒主要是釷化合物的化學毒性所致,慢性中毒則由釷及其子體的輻射作用引起。天然釷在放射性工作場所空氣中的最大容許濃度為7.4×10-5貝可/升,在露天水源中的限制濃度為3.7×10-1貝可/升。

  

參考書目

 J.F.Smith,et al.,Thorium:Preparation andProperties,The Iowa State Univ.Press,Ames,Iowa,1975.