تويت
ثوريوم
Thorium - Thorium
الثوريوم
الثوريوم Thorium عنصر معدني انتقالي ينتمي إلى عناصر زمرة الأكتينيوم، صُنِّف قبل عام 1940 في الفصيلة IV b، من الجدول الدوري القصير لمندليف، عنصراً أخيراً من فصيلة التيتانيوم والزركيوم والهفينوم. رمزه الكيماوي Th وعدده الذري 90 ووزنه الذري 232.038.
اكتشفه الكيميائي السويدي برزيليوس Berzilius عام 1828، الذي عزله من عيِّنة فلز سوداء وُجدت في جزيرة في النروِجْ. وسمَّاه الثوريوم باسم أحد الآلهة الاسكندنافيين، وسَمَّى الفلز الذي وُجد فيه الثوريت. أمَّا نشاطه الإشعاعي فقد اكتشفه بيير وماري كوري عام 1898.
وجوده في الطبيعة
ليس الثوريوم عنصراً نادراً، إذ تُقدَّر نسبته نحو 0.001% (10-3%) وزناً من القشرة الأرضية. وهو يوجد في فلزات كثيرة، مرافقاً لعناصر الأتربة النادرة[ر] ويكون في الغالب مع التيتانيوم والنيوبيوم والتنتاليوم واليورانيوم. إن أغنى الفلزات بالثوريوم هما الثوريت Thorite على شكل سيليكات الثوريوم (ThSiO4)الذي تبلغ نسبة الثوريوم فيه نحو 60%، والثوريانيت Thorianite وهو مزيج من ثنائي أكسيد الثوريوم ThO2 وأكسيد اليورانيوم U3O8. وتبلغ نسبة ما فيه من الثوريوم نحو 90%. ولكن أهم مصدر تجاري للثوريوم هو المونازيت Monazite، وتقع توضعات هذا الفلز في شواطىء الهند والبرازيل وسيلان ومدغشقر، كما يوجد في مناطق أخرى من العالم كجنوبي إفريقية والاتحاد السوفييتي واسكندنافية وأسترالية والولايات المتحدة الأمريكية.
خواصه
تتلخص خواصه الفيزيائية فيما يلي:
إلكترونات المدارات التكافؤية (صيغة) k5f 0 6d2 7S؛ نصف القطر الذري 1.8أنغستروم، نصف القطر الشاردي Th4+ ن0.1 أنغستروم، الكتلة الحجمية: 11.7غ/سم3، درجة الانصهار: 1750 ْس، متوسط درجة الغليان: 3850 ْس (3500 ْس ـ4200 ْس)، كمون التشرّد (التأيُّن) الأول: 6.95 ev الرابع 29.38 ev (إلكترون ـ فولط).
ويتكون الثوريوم الطبيعي من نظيرين Isotopes هما: 232Th وما ينشأ عنه 228Th، ونصف حياة الأول 1.4 ×1010 سنة بينما نصف حياة الثاني 1.9سنة. أمَّا نظائر الثوريوم الأخرى فهي:
وللثوريوم نظير اصطناعي هو 233Th وهو يصدر -β ونصف حياته 23.5 دقيقة، وهو يتحََّول إلى بروتِكْتيسينوم 233 الذي يتحوَّل بدوره إلى (233U) اليورانيوم القابل للانشطار.
أمَّا خواصه الكيمياوية فتتلخص فيما يلي: لا يتأثر بالحموض الممددة كثيراً، غير أنه ينحل في حمض كلور الماء المركز، وهو يتفاعل مع حمض الآزوت المركز بسرعة في بداية التفاعل لكنه سرعان ما يتوقف بسبب السلبية المتولدة عن تشكل طبقة ثنائي أكسيد الثوريوم. ولا ينحل الثوريوم في المحاليل المائية لهدروكسيدات المعادن القلوية، كما لا يتأثر بالهواء في درجة الحرارة العادية، لكنه يحترق فيه إذا كان مسحوقاً ويكوّن حينئذٍ أكسيد الثوريوم. وهو يتفاعل مع الماء في الدرجة 100 ْس، ببطء وتزداد شدة تفاعله بارتفاع درجة الحرارة، كما يتفاعل مع الهالوجينات في الدرجة 450 ْس، ومع الآزوت بالدرجة 650 ْس مكوناً الهاليد والنتريد الموافقين، ويتفاعل مع الهدروجين بالدرجة 300 ـ400 ْس مكوّناً هدريد الثوريوم.
تحضيره
يحضر معدن الثوريوم بإرجاع رباعي فلوريد الثوريوم Th F4 أو ثنائي أكسيد الثوريوم بوساطة معدن الكالسيوم، ويجري التفاعل بتسخين مزيج من Th F4 وCa بوجود ثنائي كلوريد الزنك ZnCl2 اللامائي عند الدرجة 600 ْس تقريباً. ويمكن الحصول عليه بالتحليل الكهربائي لمركب سداسي فلورو ثورات (IV) البوتاسيوم K2Th F6 أو خماسي فلورو ثورات (IV) البوتاسيوم KTh F5 المنحل في صهارة ملح كلوريد الصوديوم والبوتاسيوم KCl-NaCl.
استعمالاته
من الاستعمالات الأساسية للثوريوم ومركباته استخدام ThO2 في المفاعلات النووية، واستخدام الثوريوم في صنع الخلائط المعدنية المختلفة كخلائط المغنزيوم التي تحتوي على 3% من الثوريوم ونحو 0.5-1% من الزركونيوم، وتمتاز هذه الخلائط بمتانة ميكانيكية عالية ويستخدم بعضها في صنع أنابيب الانفراغ الغازية والمصابيح الكهرضوئية، وللثوريوم تطبيقات عملية في مركبات الفضاء والصواريخ لقوته الميكانيكية ووزنه الخفيف.
كذلك تستخدم نترات الثوريوم Th(NO3)4 في صنع قمصان المصابيح الغازية بأن تُشرَّب ألياف قطنية أو ألياف اصطناعية بمحلول النترات يراوح تركيزه بين 25-50% ويحتوي على 1-2% من نترات السيريوم Ce(No3)4، وبغسل هذه القمصان بمحلول هدروكسيد الأمونيوم الممدد يتشكل هدروكسيد الثوريوم Th(OH)4 غير المنحل.
محمد علي المنجد
Thorium - Thorium
الثوريوم
الثوريوم Thorium عنصر معدني انتقالي ينتمي إلى عناصر زمرة الأكتينيوم، صُنِّف قبل عام 1940 في الفصيلة IV b، من الجدول الدوري القصير لمندليف، عنصراً أخيراً من فصيلة التيتانيوم والزركيوم والهفينوم. رمزه الكيماوي Th وعدده الذري 90 ووزنه الذري 232.038.
اكتشفه الكيميائي السويدي برزيليوس Berzilius عام 1828، الذي عزله من عيِّنة فلز سوداء وُجدت في جزيرة في النروِجْ. وسمَّاه الثوريوم باسم أحد الآلهة الاسكندنافيين، وسَمَّى الفلز الذي وُجد فيه الثوريت. أمَّا نشاطه الإشعاعي فقد اكتشفه بيير وماري كوري عام 1898.
وجوده في الطبيعة
ليس الثوريوم عنصراً نادراً، إذ تُقدَّر نسبته نحو 0.001% (10-3%) وزناً من القشرة الأرضية. وهو يوجد في فلزات كثيرة، مرافقاً لعناصر الأتربة النادرة[ر] ويكون في الغالب مع التيتانيوم والنيوبيوم والتنتاليوم واليورانيوم. إن أغنى الفلزات بالثوريوم هما الثوريت Thorite على شكل سيليكات الثوريوم (ThSiO4)الذي تبلغ نسبة الثوريوم فيه نحو 60%، والثوريانيت Thorianite وهو مزيج من ثنائي أكسيد الثوريوم ThO2 وأكسيد اليورانيوم U3O8. وتبلغ نسبة ما فيه من الثوريوم نحو 90%. ولكن أهم مصدر تجاري للثوريوم هو المونازيت Monazite، وتقع توضعات هذا الفلز في شواطىء الهند والبرازيل وسيلان ومدغشقر، كما يوجد في مناطق أخرى من العالم كجنوبي إفريقية والاتحاد السوفييتي واسكندنافية وأسترالية والولايات المتحدة الأمريكية.
خواصه
تتلخص خواصه الفيزيائية فيما يلي:
إلكترونات المدارات التكافؤية (صيغة) k5f 0 6d2 7S؛ نصف القطر الذري 1.8أنغستروم، نصف القطر الشاردي Th4+ ن0.1 أنغستروم، الكتلة الحجمية: 11.7غ/سم3، درجة الانصهار: 1750 ْس، متوسط درجة الغليان: 3850 ْس (3500 ْس ـ4200 ْس)، كمون التشرّد (التأيُّن) الأول: 6.95 ev الرابع 29.38 ev (إلكترون ـ فولط).
ويتكون الثوريوم الطبيعي من نظيرين Isotopes هما: 232Th وما ينشأ عنه 228Th، ونصف حياة الأول 1.4 ×1010 سنة بينما نصف حياة الثاني 1.9سنة. أمَّا نظائر الثوريوم الأخرى فهي:
| 234Th وهو يُصدر جُسيمات |  |
ونصف حياته 24.1يوم. |
| 230Th وهو يُصدر جُسيمات |  |
ونصف حياته 80ألف سنة. |
| 231Th وهو يُصدر جُسيمات |  |
ونصف حياته 25.6ساعة. |
| 227Th وهو يُصدر جُسيمات |  |
ونصف حياته 18.6يوم. |
أمَّا خواصه الكيمياوية فتتلخص فيما يلي: لا يتأثر بالحموض الممددة كثيراً، غير أنه ينحل في حمض كلور الماء المركز، وهو يتفاعل مع حمض الآزوت المركز بسرعة في بداية التفاعل لكنه سرعان ما يتوقف بسبب السلبية المتولدة عن تشكل طبقة ثنائي أكسيد الثوريوم. ولا ينحل الثوريوم في المحاليل المائية لهدروكسيدات المعادن القلوية، كما لا يتأثر بالهواء في درجة الحرارة العادية، لكنه يحترق فيه إذا كان مسحوقاً ويكوّن حينئذٍ أكسيد الثوريوم. وهو يتفاعل مع الماء في الدرجة 100 ْس، ببطء وتزداد شدة تفاعله بارتفاع درجة الحرارة، كما يتفاعل مع الهالوجينات في الدرجة 450 ْس، ومع الآزوت بالدرجة 650 ْس مكوناً الهاليد والنتريد الموافقين، ويتفاعل مع الهدروجين بالدرجة 300 ـ400 ْس مكوّناً هدريد الثوريوم.
تحضيره
يحضر معدن الثوريوم بإرجاع رباعي فلوريد الثوريوم Th F4 أو ثنائي أكسيد الثوريوم بوساطة معدن الكالسيوم، ويجري التفاعل بتسخين مزيج من Th F4 وCa بوجود ثنائي كلوريد الزنك ZnCl2 اللامائي عند الدرجة 600 ْس تقريباً. ويمكن الحصول عليه بالتحليل الكهربائي لمركب سداسي فلورو ثورات (IV) البوتاسيوم K2Th F6 أو خماسي فلورو ثورات (IV) البوتاسيوم KTh F5 المنحل في صهارة ملح كلوريد الصوديوم والبوتاسيوم KCl-NaCl.
استعمالاته
من الاستعمالات الأساسية للثوريوم ومركباته استخدام ThO2 في المفاعلات النووية، واستخدام الثوريوم في صنع الخلائط المعدنية المختلفة كخلائط المغنزيوم التي تحتوي على 3% من الثوريوم ونحو 0.5-1% من الزركونيوم، وتمتاز هذه الخلائط بمتانة ميكانيكية عالية ويستخدم بعضها في صنع أنابيب الانفراغ الغازية والمصابيح الكهرضوئية، وللثوريوم تطبيقات عملية في مركبات الفضاء والصواريخ لقوته الميكانيكية ووزنه الخفيف.
كذلك تستخدم نترات الثوريوم Th(NO3)4 في صنع قمصان المصابيح الغازية بأن تُشرَّب ألياف قطنية أو ألياف اصطناعية بمحلول النترات يراوح تركيزه بين 25-50% ويحتوي على 1-2% من نترات السيريوم Ce(No3)4، وبغسل هذه القمصان بمحلول هدروكسيد الأمونيوم الممدد يتشكل هدروكسيد الثوريوم Th(OH)4 غير المنحل.
محمد علي المنجد