Thorium -Thorium

Thorium,  90 ème
Petite ampoule (3 cm) contenant un petit carré de métal (5 mm)
Thorium
Prononciation / ˈ θ ɔːr je ə m / ​( THOR -ee-əm )
Apparence argenté, souvent avec une ternissure noire
Poids atomique standard A r, std (Th) 232.0377(4)
Thorium dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium
Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon
Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon
Potassium Calcium Scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Le fer Cobalt Nickel Le cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène Technétium Ruthénium Rhodié Palladium Argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon
Césium Baryum Lanthane Cérium Praséodyme Néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutétium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Mercure (élément) Thallium Mener Bismuth Polonium astate Radon
francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Américium Curium Berkélium Californie Einsteinium fermium Mendélévium nobélium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium copernic nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessee Oganesson
Ce

Th

(Uqq)
actiniumthoriumprotactinium
Numéro atomique ( Z ) 90
Grouper groupe n/a
Point final période 7
Bloquer   bloc f
Configuration électronique [ Rn ] 6d 2 7s 2
Électrons par coquille 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
Propriétés physiques
Phase à  STP solide
Point de fusion 2023  K ​(1750 °C, ​3182 °F)
Point d'ébullition 5061 K ​(4788 °C, ​8650 °F)
Densité (près de  rt ) 11,7 g/cm 3
Température de fusion 13,81  kJ/mole
Chaleur de vaporisation 514 kJ/mole
Capacité calorifique molaire 26,230 J/(mol·K)
Pression de vapeur
P  (Pa) 1 dix 100 1 k 10k 100k
à  T  (K) 2633 2907 3248 3683 4259 5055
Propriétés atomiques
États d'oxydation +1, +2, +3, +4 (un oxyde faiblement basique )
Électronégativité Échelle de Paul : 1,3
Énergies d'ionisation
Rayon atomique empirique : 179,8  h
Rayon covalent 206±18h
Lignes de couleur dans une gamme spectrale
Raies spectrales du thorium
Autres propriétés
Occurrence naturelle primordial
Structure en cristal ​cubique à faces (fcc)
Structure cristalline cubique face-centrée pour le thorium
Vitesse du son tige mince 2490 m/s (à 20 °C)
Dilatation thermique 11,0 µm/(m⋅K) (à 25 °C)
Conductivité thermique 54,0 W/(m⋅K)
Résistivité électrique 157 nΩ⋅m (à 0 °C)
Commande magnétique paramagnétique
Susceptibilité magnétique molaire 132,0 × 10 −6  cm 3 /mol (293 K)
Module d'Young 79 GPa
Module de cisaillement 31 GPa
Module de masse 54 GPa
Coefficient de Poisson 0,27
Dureté de Mohs 3.0
Dureté Vickers 295–685 MPa
Dureté Brinell 390–1500 MPa
Numero CAS 7440-29-1
Histoire
Appellation d'après Thor , le dieu nordique du tonnerre
Découverte Jöns Jacob Berzelius (1829)
Principaux isotopes du thorium
Isotope Abondance Demi-vie ( t 1/2 ) Mode de déclin Produit
227 ème trace 18.68 j α 223 Ra
228 ème trace 1,9116 ans α 224 Ra
229 ème trace 7917 ans α 225 Ra
230 ème 0,02 % 75400 ans α 226 Ra
231 ème trace 25,5 heures β- _ 231 Pa
232 ème 99,98 % 1.405×10 10  ans α 228 Ra
234 ème trace 24,1 j β- _ 234 Pa
 Catégorie : Thorium
| les références

Le thorium est un élément chimique métallique faiblement radioactif avec le symbole Th et le numéro atomique 90. Le thorium est argenté et ternit en noir lorsqu'il est exposé à l'air, formant du dioxyde de thorium ; il est modérément mou et malléable et a un point de fusion élevé . Le thorium est un actinide électropositif dont la chimie est dominée par l' état d'oxydation +4 ; il est assez réactif et peut s'enflammer dans l'air lorsqu'il est finement divisé.

Tous les isotopes connus du thorium sont instables. L'isotope le plus stable, le 232 Th , a une demi-vie de 14,05 milliards d'années, soit environ l' âge de l'univers ; il se désintègre très lentement via la désintégration alpha , en commençant une chaîne de désintégration appelée la série du thorium qui se termine à 208 Pb stable . Sur Terre, le thorium et l'uranium sont les seuls éléments significativement radioactifs encore présents naturellement en grande quantité en tant qu'éléments primordiaux . On estime que le thorium est plus de trois fois plus abondant que l'uranium dans la croûte terrestre et qu'il est principalement raffiné à partir des sables de monazite en tant que sous-produit de l'extraction des métaux des terres rares .

Le thorium a été découvert en 1828 par le minéralogiste amateur norvégien Morten Thrane Esmark et identifié par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius , qui l'a nommé d'après Thor , le dieu nordique du tonnerre. Ses premières applications ont été développées à la fin du XIXe siècle. La radioactivité du thorium a été largement reconnue au cours des premières décennies du XXe siècle. Dans la seconde moitié du siècle, le thorium a été remplacé dans de nombreuses utilisations en raison de préoccupations concernant sa radioactivité.

Le thorium est toujours utilisé comme élément d'alliage dans les électrodes de soudage TIG mais est lentement remplacé sur le terrain par des compositions différentes. C'était aussi un matériau dans l'optique haut de gamme et l'instrumentation scientifique, utilisé dans certains tubes à vide de diffusion, et comme source de lumière dans les manchons à gaz , mais ces utilisations sont devenues marginales. Il a été suggéré de remplacer l'uranium comme combustible nucléaire dans les réacteurs nucléaires , et plusieurs réacteurs au thorium ont été construits. Le thorium est également utilisé pour renforcer le magnésium , revêtir le fil de tungstène dans les équipements électriques, contrôler la taille des grains de tungstène dans les lampes électriques , les creusets à haute température et les verres, y compris les lentilles d'appareils photo et d'instruments scientifiques. Les autres utilisations du thorium comprennent les céramiques résistantes à la chaleur, les moteurs d'avion et les ampoules électriques . Les sciences océaniques ont utilisé les rapports isotopiques 231 Pa/ 230 Th pour comprendre l'ancien océan.

Propriétés en vrac

Le thorium est un métal actinide radioactif argenté modérément doux, paramagnétique et brillant. Dans le tableau périodique , il se situe à droite de l'actinium , à gauche du protactinium et en dessous du cérium . Le thorium pur est très ductile et, comme d'habitude pour les métaux, peut être laminé à froid , estampé et étiré . À température ambiante, le thorium métallique a une structure cristalline cubique à faces centrées ; il a deux autres formes, une à haute température (plus de 1360 °C ; cubique centré) et une à haute pression (autour de 100 GPa ; tétragone centré ).

Le thorium métallique a un module de masse (une mesure de la résistance à la compression d'un matériau) de 54  GPa , à peu près le même que celui de l' étain (58,2 GPa). L'aluminium est de 75,2 GPa ; cuivre 137,8 GPa; et l'acier doux est de 160 à 169 GPa. Le thorium est à peu près aussi dur que l' acier doux , donc lorsqu'il est chauffé, il peut être enroulé en feuilles et tiré en fil.

Le thorium est presque moitié moins dense que l'uranium et le plutonium et est plus dur que les deux. Il devient supraconducteur en dessous de 1,4  K . Le point de fusion du thorium de 1750 ° C est supérieur à la fois à ceux de l'actinium (1227 ° C) et du protactinium (1568 ° C). Au début de la période 7 , du francium au thorium, les points de fusion des éléments augmentent (comme dans les autres périodes), car le nombre d'électrons délocalisés apportés par chaque atome passe de un dans le francium à quatre dans le thorium, entraînant une plus grande attraction entre ces électrons et les ions métalliques lorsque leur charge augmente de un à quatre. Après le thorium, on observe une nouvelle tendance à la baisse des points de fusion du thorium au plutonium , où le nombre d'électrons f passe d'environ 0,4 à environ 6 : cette tendance est due à l'hybridation croissante des orbitales 5f et 6d et à la formation d'électrons directionnels. liaisons résultant en des structures cristallines plus complexes et une liaison métallique affaiblie. (Le nombre d'électrons f pour le thorium métallique n'est pas un nombre entier en raison d'un chevauchement 5f – 6d.) Parmi les actinides jusqu'au californium , qui peuvent être étudiés en quantités d'au moins milligrammes, le thorium a les points de fusion et d'ébullition les plus élevés et le deuxième -densité la plus faible ; seul l'actinium est plus léger. Le point d'ébullition du thorium de 4788 ° C est le cinquième plus élevé parmi tous les éléments avec des points d'ébullition connus.

Les propriétés du thorium varient considérablement en fonction du degré d'impuretés dans l'échantillon. L'impureté principale est généralement le dioxyde de thorium ThO 2 ); même les spécimens de thorium les plus purs contiennent généralement environ un dixième de pour cent du dioxyde. Des mesures expérimentales de sa densité donnent des valeurs comprises entre 11,5 et 11,66 g/cm 3 : celles-ci sont légèrement inférieures à la valeur théoriquement attendue de 11,7 g/cm 3 calculée à partir des paramètres de réseau du thorium , peut-être en raison de vides microscopiques se formant dans le métal lors de sa coulée . Ces valeurs se situent entre celles de ses voisins l'actinium (10,1 g/cm 3 ) et le protactinium (15,4 g/cm 3 ), dans le cadre d'une tendance à travers les premiers actinides.

Le thorium peut former des alliages avec de nombreux autres métaux. L'ajout de petites proportions de thorium améliore la résistance mécanique du magnésium , et les alliages thorium-aluminium ont été considérés comme un moyen de stocker le thorium dans les futurs réacteurs nucléaires au thorium proposés. Le thorium forme des mélanges eutectiques avec le chrome et l'uranium, et il est complètement miscible à l' état solide et liquide avec son congénère plus léger , le cérium.

Isotopes

Tous les éléments sauf deux jusqu'au bismuth (élément 83) ont un isotope qui est pratiquement stable à toutes fins ("classiquement stable"), à l'exception du technétium et du prométhium (éléments 43 et 61). Tous les éléments à partir du polonium (élément 84) sont radioactifs de manière mesurable . 232 Th est l'un des deux nucléides au-delà du bismuth (l'autre étant 238 U ) qui ont des demi-vies mesurées en milliards d'années ; sa demi-vie est de 14,05 milliards d'années, environ trois fois l' âge de la terre , et légèrement plus longue que l' âge de l'univers . Les quatre cinquièmes du thorium présent lors de la formation de la Terre ont survécu jusqu'à présent. 232 Th est le seul isotope du thorium présent en quantité dans la nature. Sa stabilité est attribuée à sa sous-couche nucléaire fermée à 142 neutrons. Le thorium a une composition isotopique terrestre caractéristique, avec un poids atomique de 232,0377(4). C'est l'un des quatre éléments radioactifs (avec le bismuth, le protactinium et l'uranium) présents en quantité suffisante sur Terre pour qu'un poids atomique standard puisse être déterminé.

Les noyaux de thorium sont sensibles à la désintégration alpha car la force nucléaire forte ne peut pas surmonter la répulsion électromagnétique entre leurs protons. La désintégration alpha du 232 Th initie la chaîne de désintégration 4 n qui comprend des isotopes avec un nombre de masse divisible par 4 (d'où le nom; on l'appelle aussi la série du thorium après son ancêtre). Cette chaîne de désintégrations alpha et bêta consécutives commence par la désintégration du 232 Th en 228 Ra et se termine au 208 Pb. Tout échantillon de thorium ou de ses composés contient des traces de ces descendants, qui sont des isotopes du thallium , du plomb , du bismuth, du polonium, du radon , du radium et de l'actinium. Les échantillons de thorium naturel peuvent être chimiquement purifiés pour extraire des nucléides filles utiles, tels que le 212 Pb, qui est utilisé en médecine nucléaire pour le traitement du cancer . Le 227 Th (émetteur alpha avec une demi-vie de 18,68 jours) peut également être utilisé dans les traitements contre le cancer tels que les thérapies alpha ciblées . 232 Th subit aussi très occasionnellement une fission spontanée plutôt qu'une désintégration alpha, et a laissé des preuves de le faire dans ses minéraux (sous forme de gaz xénon piégé formé comme produit de fission), mais la demi-vie partielle de ce processus est très grande à plus de 10 21  ans et la désintégration alpha prédomine.

Présentation en boule et flèche de la série de désintégration du thorium
La chaîne de désintégration 4 n du 232 Th, communément appelée la "série du thorium"

Trente radio- isotopes ont été caractérisés, dont le nombre de masse varie de 209 à 238. Après 232 Th, les plus stables d'entre eux (avec des demi-vies respectives) sont le 230 Th (75 380 ans), le 229 Th (7 340 ans), le 228 Th ( 1,92 an), 234 Th (24,10 jours) et 227 Th (18,68 jours). Tous ces isotopes sont présents dans la nature sous forme de traces de radio-isotopes en raison de leur présence dans les chaînes de désintégration de 232 Th, 235 U, 238 U et 237 Np : le dernier d'entre eux est éteint depuis longtemps dans la nature en raison de sa courte demi-vie (2.14 millions d'années), mais est produit en permanence sous forme de traces infimes à partir de la capture de neutrons dans les minerais d'uranium. Tous les isotopes de thorium restants ont des demi-vies inférieures à trente jours et la majorité d'entre eux ont des demi-vies inférieures à dix minutes.

Dans les eaux profondes, l' isotope 230 Th représente jusqu'à 0,04 % du thorium naturel. En effet, son parent 238 U est soluble dans l'eau, mais le 230 Th est insoluble et précipite dans les sédiments. Les minerais d'uranium à faible concentration en thorium peuvent être purifiés pour produire des échantillons de thorium de la taille d'un gramme dont plus d'un quart est l' isotope 230 Th, puisque 230 Th est l'une des filles de 238 U. L' Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) reclassement du thorium en élément binucléidique en 2013 ; il était autrefois considéré comme un élément mononucléidique .

Le thorium a trois isomères nucléaires connus (ou états métastables), 216m1 Th, 216m2 Th et 229m Th. 229m Th a l'énergie d'excitation connue la plus faible de tous les isomères, mesurée pour être7,6 ± 0,5 eV . Celle-ci est si faible que lorsqu'elle subit une transition isomérique , le rayonnement gamma émis se situe dans le domaine ultraviolet .

Différents isotopes du thorium sont chimiquement identiques, mais ont des propriétés physiques légèrement différentes : par exemple, les densités de 228 Th, 229 Th, 230 Th et 232 Th purs devraient respectivement être de 11,5, 11,6, 11,6 et 11,7 g/cm. 3 . L'isotope 229 Th devrait être fissile avec une masse critique nue de 2839 kg, bien qu'avec des réflecteurs en acier, cette valeur pourrait chuter à 994 kg. Le 232 Th n'est pas fissile, mais il est fertile car il peut être converti en 233 U fissile par capture de neutrons et par désintégration bêta ultérieure.

Datation radiométrique

Deux méthodes de datation radiométrique impliquent les isotopes du thorium : la datation uranium-thorium , basée sur la désintégration du 234 U en 230 Th, et la datation ionium-thorium , qui mesure le rapport du 232 Th au 230 Th. Celles-ci reposent sur le fait que le 232 Th est un radio-isotope primordial, mais que le 230 Th n'apparaît que comme produit de désintégration intermédiaire dans la chaîne de désintégration de 238 U. La datation uranium-thorium est un processus à relativement courte portée en raison des demi-vies courtes de 234 U et 230 Th par rapport à l'âge de la Terre : il s'accompagne également d'un processus frère impliquant la désintégration alpha de 235 U en 231 Th, qui devient très rapidement le 231 Pa à vie plus longue, et ce processus est souvent utilisé pour vérifier les résultats de la datation uranium-thorium. La datation uranium-thorium est couramment utilisée pour déterminer l'âge des matériaux de carbonate de calcium tels que le spéléothème ou le corail , car l'uranium est plus soluble dans l'eau que le thorium et le protactinium, qui sont sélectivement précipités dans les sédiments du fond océanique , où leurs rapports sont mesurés. Le schéma a une portée de plusieurs centaines de milliers d'années. La datation ionium-thorium est un processus connexe, qui exploite l'insolubilité du thorium (à la fois 232 Th et 230 Th ) et donc sa présence dans les sédiments océaniques pour dater ces sédiments en mesurant le rapport de 232 Th à 230 Th. Ces deux méthodes de datation supposent que la proportion de 230 Th à 232 Th est une constante pendant la période de formation de la couche sédimentaire, que le sédiment ne contenait pas déjà de thorium avant les contributions de la désintégration de l'uranium et que le thorium ne peut pas migrer au sein de la couche sédimentaire.

Chimie

Un atome de thorium possède 90 électrons, dont quatre sont des électrons de valence . Quatre orbitales atomiques sont théoriquement disponibles pour les électrons de valence : 5f, 6d, 7s et 7p. Malgré la position du thorium dans le bloc f du tableau périodique, il a une configuration électronique anormale [Rn] 6d 2 7s 2 à l'état fondamental, car les sous-couches 5f et 6d des premiers actinides sont très proches en énergie, encore plus que les sous-couches 4f et 5d des lanthanides : les sous-couches 6d du thorium ont une énergie inférieure à ses sous-couches 5f, car ses sous-couches 5f ne sont pas bien protégées par les sous-couches 6s et 6p remplies et sont déstabilisées. Cela est dû aux effets relativistes , qui deviennent plus forts près du bas du tableau périodique, en particulier l' interaction spin-orbite relativiste . La proximité des niveaux d'énergie des niveaux d'énergie 5f, 6d et 7s du thorium fait que le thorium perd presque toujours les quatre électrons de valence et se produit dans son état d'oxydation le plus élevé possible de +4. Ceci est différent de son congénère lanthanide cérium, dans lequel +4 est également l'état le plus élevé possible, mais +3 joue un rôle important et est plus stable. Le thorium ressemble beaucoup plus aux métaux de transition zirconium et hafnium qu'au cérium dans ses énergies d'ionisation et ses potentiels redox, et donc aussi dans sa chimie : ce comportement de type métal de transition est la norme dans la première moitié de la série des actinides.

Structure cristalline de la fluorine
Le dioxyde de thorium a la structure cristalline de fluorite .
Th 4+ : __   / O 2− : __

Malgré la configuration électronique anormale des atomes de thorium gazeux, le thorium métallique montre une implication significative de 5f. Un état métallique hypothétique du thorium qui avait la configuration [Rn]6d 2 7s 2 avec les orbitales 5f au-dessus du niveau de Fermi devrait être hexagonal serré comme les éléments du groupe 4 titane, zirconium et hafnium, et non cubique à faces centrées comme il est en fait. La structure cristalline réelle ne peut être expliquée que lorsque les états 5f sont invoqués, prouvant que le thorium est métallurgiquement un véritable actinide.

Les composés de thorium tétravalent sont généralement incolores ou jaunes, comme ceux de l'argent ou du plomb, car l'ion Th 4+ n'a pas d'électrons 5f ou 6d. La chimie du thorium est donc en grande partie celle d'un métal électropositif formant un seul ion diamagnétique avec une configuration de gaz rare stable, indiquant une similitude entre le thorium et les éléments du groupe principal du bloc s. Le thorium et l'uranium sont les éléments radioactifs les plus étudiés car leur radioactivité est suffisamment faible pour ne pas nécessiter de manipulation particulière en laboratoire.

Réactivité

Le thorium est un métal hautement réactif et électropositif. Avec un potentiel de réduction standard de -1,90 V pour le couple Th 4+ /Th, il est un peu plus électropositif que le zirconium ou l'aluminium. Le thorium métallique finement divisé peut présenter une pyrophoricité , s'enflammant spontanément dans l'air. Lorsqu'ils sont chauffés dans l'air, les tournures de thorium s'enflamment et brûlent avec une lumière blanche brillante pour produire le dioxyde. En vrac, la réaction du thorium pur avec l'air est lente, bien que la corrosion puisse se produire après plusieurs mois ; la plupart des échantillons de thorium sont contaminés par divers degrés de dioxyde, ce qui accélère considérablement la corrosion. De tels échantillons se ternissent lentement, devenant gris et finalement noirs en surface.

À température et pression normales, le thorium est lentement attaqué par l'eau, mais ne se dissout pas facilement dans la plupart des acides courants, à l'exception de l'acide chlorhydrique , où il se dissout en laissant un résidu noir insoluble de ThO(OH,Cl)H. Il se dissout dans de l'acide nitrique concentré contenant une petite quantité d'ions catalytiques de fluorure ou de fluorosilicate ; si ceux-ci ne sont pas présents, une passivation par le nitrate peut se produire, comme pour l'uranium et le plutonium.

Structure cristalline du tétrafluorure de thorium
Structure cristalline du tétrafluorure de thorium
Th 4+ : __   / F : __

Composés inorganiques

La plupart des composés binaires de thorium avec des non-métaux peuvent être préparés en chauffant les éléments ensemble. Dans l'air, le thorium brûle pour former du ThO 2 , qui a la structure de la fluorine . Le dioxyde de thorium est un matériau réfractaire , avec le point de fusion le plus élevé (3390 ° C) de tous les oxydes connus. Il est quelque peu hygroscopique et réagit facilement avec l'eau et de nombreux gaz; il se dissout facilement dans l'acide nitrique concentré en présence de fluorure.

Lorsqu'il est chauffé dans l'air, le dioxyde de thorium émet une lumière bleue intense; la lumière devient blanche lorsque le ThO 2 est mélangé à son homologue plus léger , le dioxyde de cérium ( CeO 2 , oxyde de cérium) : c'est la base de son application auparavant courante dans les manchons à gaz . Une flamme n'est pas nécessaire pour cet effet : en 1901, on a découvert qu'un manteau de gaz Welsbach chaud (utilisant du ThO 2 avec 1 % de CeO 2 ) restait à « pleine lueur » lorsqu'il était exposé à un mélange froid non enflammé de gaz inflammable et d'air. La lumière émise par le dioxyde de thorium a une longueur d'onde supérieure à l' émission de corps noir attendue de l' incandescence à la même température, un effet appelé candoluminescence . Il se produit parce que ThO 2  : Ce agit comme un catalyseur pour la recombinaison des radicaux libres qui apparaissent en forte concentration dans une flamme, dont la désexcitation libère de grandes quantités d'énergie. L'ajout de 1% de dioxyde de cérium, comme dans les manteaux à gaz, renforce l'effet en augmentant l'émissivité dans la région visible du spectre; et parce que le cérium, contrairement au thorium, peut se produire dans plusieurs états d'oxydation, sa charge et donc son émissivité visible dépendront de la région de la flamme dans laquelle il se trouve (car ces régions varient dans leur composition chimique et donc dans quelle mesure elles sont oxydantes ou réductrices) .

Plusieurs chalcogénures et oxychalcogénures binaires de thorium sont également connus avec le soufre , le sélénium et le tellure .

Les quatre tétrahalogénures de thorium sont connus, de même que certains bromures et iodures de faible valence : les tétrahalogénures sont tous des composés hygroscopiques à 8 coordonnées qui se dissolvent facilement dans des solvants polaires tels que l'eau. De nombreux ions polyhalogénures apparentés sont également connus. Le tétrafluorure de thorium a une structure cristalline monoclinique comme celles du tétrafluorure de zirconium et du tétrafluorure d' hafnium , où les ions Th 4+ sont coordonnés avec les ions F - dans des antiprismes carrés quelque peu déformés . Les autres tétrahalogénures ont plutôt une géométrie dodécaédrique. Les iodures inférieurs ThI 3 (noir) et ThI 2 (doré) peuvent également être préparés en réduisant le tétraiodure avec du thorium métallique : ils ne contiennent pas Th(III) et Th(II), mais contiennent à la place Th 4+ et pourraient être plus clairement formulés en tant que composés d' électride . De nombreux halogénures polynaires avec les métaux alcalins, le baryum , le thallium et l'ammonium sont connus pour les fluorures, les chlorures et les bromures de thorium. Par exemple, lorsqu'il est traité avec du fluorure de potassium et de l'acide fluorhydrique , Th 4+ forme l'anion complexe ThF2−
6
, qui précipite sous forme de sel insoluble, K 2 ThF 6 .

Les borures, carbures, siliciures et nitrures de thorium sont des matériaux réfractaires, comme ceux de l'uranium et du plutonium, et ont donc retenu l'attention en tant que combustibles nucléaires possibles . Les quatre pnictogènes plus lourds ( phosphore , arsenic , antimoine et bismuth) forment également des composés binaires de thorium. Les germanures de thorium sont également connus. Le thorium réagit avec l'hydrogène pour former les hydrures de thorium ThH 2 et Th 4 H 15 , ce dernier étant supraconducteur en dessous de 7,5–8 K ; à température et pression normales, il conduit l'électricité comme un métal. Les hydrures sont thermiquement instables et se décomposent facilement lorsqu'ils sont exposés à l'air ou à l'humidité.

Structure du thorocène
Structure de la molécule sandwich du thorocène

Composés de coordination

Dans une solution aqueuse acide, le thorium se présente sous la forme de l' ion aqua tétrapositif [Th(H 2 O) 9 ] 4+ , ​​qui a une géométrie moléculaire prismatique tricapée : à pH < 3, les solutions de sels de thorium sont dominées par ce cation. L'ion Th 4+ est le plus grand des ions actinides tétrapositifs et, selon le nombre de coordination, peut avoir un rayon compris entre 0,95 et 1,14 Å. Il est assez acide en raison de sa charge élevée, légèrement plus fort que l'acide sulfureux : il a donc tendance à subir une hydrolyse et une polymérisation (bien que dans une moindre mesure que Fe 3+ ), principalement en [Th 2 (OH) 2 ] 6+ dans les solutions avec un pH de 3 ou moins, mais dans une solution plus alcaline, la polymérisation se poursuit jusqu'à ce que l'hydroxyde gélatineux Th(OH) 4 se forme et précipite (bien que l'équilibre puisse prendre des semaines pour être atteint, car la polymérisation ralentit généralement avant la précipitation). En tant qu'acide de Lewis dur , le Th 4+ favorise les ligands durs avec des atomes d'oxygène comme donneurs : les complexes avec des atomes de soufre comme donneurs sont moins stables et sont plus sujets à l'hydrolyse.

Les nombres de coordination élevés sont la règle pour le thorium en raison de sa grande taille. Le nitrate de thorium pentahydraté a été le premier exemple connu de numéro de coordination 11, l'oxalate tétrahydraté a le numéro de coordination 10 et le borohydrure (préparé pour la première fois dans le projet Manhattan ) a le numéro de coordination 14. Ces sels de thorium sont connus pour leur grande solubilité dans l'eau et les polaires. solvants organiques.

De nombreux autres composés inorganiques du thorium avec des anions polyatomiques sont connus, tels que les perchlorates , les sulfates , les sulfites , les nitrates, les carbonates, les phosphates , les vanadates , les molybdates et les chromates , et leurs formes hydratées. Ils sont importants pour la purification du thorium et le stockage des déchets nucléaires, mais la plupart d'entre eux n'ont pas encore été entièrement caractérisés, notamment en ce qui concerne leurs propriétés structurales. Par exemple, le nitrate de thorium est produit en faisant réagir de l'hydroxyde de thorium avec de l'acide nitrique : il est soluble dans l'eau et les alcools et est un intermédiaire important dans la purification du thorium et de ses composés. Les complexes de thorium avec des ligands organiques, tels que l' oxalate , le citrate et l'EDTA , sont beaucoup plus stables. Dans les eaux naturelles contenant du thorium, les complexes organiques de thorium se produisent généralement à des concentrations supérieures à celles des complexes inorganiques, même lorsque les concentrations de ligands inorganiques sont bien supérieures à celles des ligands organiques.

Structure de la molécule de tabouret de piano de (η8-C8H8)ThCl2(THF)2
Structure de la molécule de piano-tabouret de ( η 8 -C 8 H 8 )ThCl 2 (THF) 2

Composés organothorés

La plupart des travaux sur les composés organothorium se sont concentrés sur les complexes de cyclopentadiényle et les cyclooctatétraényles . Comme beaucoup d'actinides précoces et moyens (jusqu'à l' américium , et aussi attendu pour le curium ), le thorium forme un complexe cyclooctatétraénide : le jaune Th(C 8 H 8 ) 2 , thorocène . Il est isotypique avec le composé d'uranium analogue le plus connu, l' uranocène . Il peut être préparé en faisant réagir K 2 C 8 H 8 avec du tétrachlorure de thorium dans du tétrahydrofurane (THF) à la température de la neige carbonique , ou en faisant réagir du tétrafluorure de thorium avec MgC 8 H 8 . Il est instable dans l'air et se décompose dans l'eau ou à 190 °C. Des composés semi-sandwich sont également connus, tels que 8 -C 8 H 8 )ThCl 2 (THF) 2 , qui a une structure en tabouret de piano et est fabriqué en faisant réagir du thorocène avec du tétrachlorure de thorium dans du tétrahydrofurane.

Les plus simples des cyclopentadiényles sont Th(C 5 H 5 ) 3 et Th(C 5 H 5 ) 4 : de nombreux dérivés sont connus. Le premier (qui a deux formes, une violette et une verte) est un exemple rare de thorium à l'état d'oxydation formel +3 ; un état d'oxydation formel +2 se produit dans un dérivé. Le dérivé chlorure [Th(C 5 H 5 ) 3 Cl] est préparé en chauffant du tétrachlorure de thorium avec K(C 5 H 5 ) limite utilisé (d'autres cyclopentadiényles métalliques univalents peuvent également être utilisés). Les dérivés alkyle et aryle sont préparés à partir du dérivé chlorure et ont été utilisés pour étudier la nature de la liaison sigma Th – C .

D'autres composés organothorium ne sont pas bien étudiés. Le tétrabenzylthorium, Th(CH 2 C 6 H 5 ), et le tétraallylthorium, Th(C 3 H 5 ) 4 , sont connus, mais leurs structures n'ont pas été déterminées. Ils se décomposent lentement à température ambiante. Le thorium forme l'anion prismatique trigonal monocoiffé [Th(CH 3 ) ] 3− , heptaméthylthorate, qui forme le sel [Li(tmeda)] 3 [ThMe 7 ] ( tmeda= Me 2 NCH 2 CH 2 NMe 2 ). Bien qu'un groupe méthyle ne soit attaché qu'à l'atome de thorium (distance Th – C 257,1 pm) et que les six autres relient les atomes de lithium et de thorium (distances Th – C 265,5–276,5 pm), ils se comportent de manière équivalente en solution. Le tétraméthylthorium, Th(CH 3 ) 4 , n'est pas connu, mais ses adduits sont stabilisés par des ligands phosphine .

Occurrence

Formation

232 Th est un nucléide primordial, ayant existé sous sa forme actuelle pendant plus de dix milliards d'années ; il s'est formé pendant le processus r , qui se produit probablement dans les supernovae et les fusions d'étoiles à neutrons . Ces événements violents l'ont dispersé à travers la galaxie. La lettre « r » signifie « capture rapide de neutrons » et se produit dans les supernovae à effondrement de cœur, où les noyaux de graines lourds tels que le 56 Fe capturent rapidement les neutrons, se heurtant à la ligne de goutte à goutte des neutrons , car les neutrons sont capturés beaucoup plus rapidement que le résultat. les nucléides peuvent se désintégrer bêta vers la stabilité. La capture de neutrons est le seul moyen pour les étoiles de synthétiser des éléments au-delà du fer en raison des barrières de Coulomb accrues qui rendent difficiles les interactions entre les particules chargées à des nombres atomiques élevés et du fait que la fusion au-delà de 56 Fe est endothermique . En raison de la perte brutale de stabilité après 209 Bi, le processus r est le seul processus de nucléosynthèse stellaire qui peut créer du thorium et de l'uranium ; tous les autres processus sont trop lents et les noyaux intermédiaires se désintègrent avant de capturer suffisamment de neutrons pour atteindre ces éléments.

Histogramme des abondances estimées des 83 éléments primordiaux du système solaire
Abondances estimées des 83 éléments primordiaux du système solaire, tracées sur une échelle logarithmique . Le thorium, au numéro atomique 90, est l'un des éléments les plus rares.

Dans l'univers, le thorium est l'un des éléments primordiaux les plus rares, car c'est l'un des deux éléments qui ne peut être produit que dans le processus r (l'autre étant l'uranium), et aussi parce qu'il s'est lentement désintégré. moment où il s'est formé. Les seuls éléments primordiaux plus rares que le thorium sont le thulium , le lutétium , le tantale et le rhénium, les éléments impairs juste avant le troisième pic d'abondance du processus r autour des métaux lourds du groupe du platine, ainsi que l'uranium. Dans un passé lointain, les abondances de thorium et d'uranium ont été enrichies par la désintégration des isotopes du plutonium et du curium, et le thorium a été enrichi par rapport à l'uranium par la désintégration de 236 U en 232 Th et l'épuisement naturel de 235 U, mais ces sources ont longtemps cari depuis et ne contribuent plus.

Dans la croûte terrestre, le thorium est beaucoup plus abondant : avec une abondance de 8,1  parties par million (ppm), c'est l'un des éléments lourds les plus abondants, presque aussi abondant que le plomb (13 ppm) et plus abondant que l'étain ( 2,1 ppm). En effet, le thorium est susceptible de former des minéraux oxydés qui ne s'enfoncent pas dans le noyau ; il est classé comme lithophile . Les composés de thorium courants sont également peu solubles dans l'eau. Ainsi, même si les éléments réfractaires ont les mêmes abondances relatives sur Terre que dans l'ensemble du système solaire, il y a plus de thorium accessible que de métaux lourds du groupe du platine dans la croûte.

Chaleur produite par la désintégration de K-40, Th-232, U-235, U-238 dans la Terre au fil du temps
La chaleur radiogénique provenant de la désintégration du 232 Th (violet) est un contributeur majeur au bilan thermique interne de la Terre . Parmi les quatre principaux nucléides fournissant cette chaleur, le 232 Th s'est développé pour fournir le plus de chaleur, les autres se désintégrant plus rapidement que le thorium.

Sur Terre

Le thorium est le 41e élément le plus abondant de la croûte terrestre. Le thorium naturel est généralement du 232 Th presque pur, qui est l'isotope du thorium à la durée de vie la plus longue et la plus stable, ayant une demi-vie comparable à l'âge de l'univers. Sa désintégration radioactive est le plus grand contributeur à la chaleur interne de la Terre ; les autres principaux contributeurs sont les radionucléides primordiaux à vie plus courte, qui sont 238 U, 40 K et 235 U par ordre décroissant de leur contribution. (Au moment de la formation de la Terre, 40 K et 235 U contribuaient beaucoup plus en raison de leurs demi-vies courtes, mais ils se sont décomposés plus rapidement, laissant la contribution de 232 Th et 238 U prédominante.) Sa désintégration représente une diminution progressive de la teneur en thorium de la Terre : la planète possède actuellement environ 85 % de la quantité présente lors de la formation de la Terre. Les autres isotopes naturels du thorium ont une durée de vie beaucoup plus courte; parmi eux, seul le 230 Th est généralement détectable, se produisant en équilibre séculaire avec son parent 238 U et constituant au plus 0,04% du thorium naturel.

Le thorium n'est présent qu'en tant que constituant mineur de la plupart des minéraux et était pour cette raison auparavant considéré comme rare. Le sol contient normalement environ 6 ppm de thorium.

Dans la nature, le thorium est présent à l'état d'oxydation +4, avec l'uranium (IV), le zirconium (IV), l'hafnium (IV) et le cérium (IV), ainsi qu'avec le scandium , l'yttrium et les lanthanides trivalents qui ont des propriétés ioniques similaires. rayons . Du fait de la radioactivité du thorium, les minéraux qui en contiennent sont souvent métamictes (amorphes), leur structure cristalline ayant été endommagée par le rayonnement alpha produit par le thorium. Un exemple extrême est l'ékanite , (Ca,Fe,Pb) 2 (Th,U)Si 8 O 20 , qui ne se présente presque jamais sous forme non métamicte en raison du thorium qu'elle contient.

La monazite (principalement des phosphates de divers éléments de terres rares) est la source commerciale la plus importante de thorium car elle se trouve dans de grands gisements dans le monde, principalement en Inde, en Afrique du Sud, au Brésil, en Australie et en Malaisie . Il contient environ 2,5 % de thorium en moyenne, bien que certains gisements puissent en contenir jusqu'à 20 %. La monazite est un minéral chimiquement non réactif qui se trouve sous forme de sable jaune ou brun; sa faible réactivité rend difficile l'extraction du thorium. L'allanite (principalement des silicates-hydroxydes de divers métaux) peut contenir de 0,1 à 2 % de thorium et du zircon (principalement du silicate de zirconium , ZrSiO 4 ) jusqu'à 0,4 % de thorium.

Le dioxyde de thorium est le minéral rare thorianite . En raison de son isotypie avec le dioxyde d'uranium , ces deux dioxydes d'actinides communs peuvent former des solutions à l'état solide et le nom du minéral change en fonction de la teneur en ThO 2 . La thorite (principalement du silicate de thorium , ThSiO 4 ), a également une teneur élevée en thorium et est le minéral dans lequel le thorium a été découvert pour la première fois. Dans les minéraux de silicate de thorium, le Th 4+ et le SiO4−
4
les ions sont souvent remplacés par M 3+ (où M = Sc, Y ou Ln) et phosphate ( PO3−
4
) respectivement. En raison de la grande insolubilité du dioxyde de thorium, le thorium ne se propage généralement pas rapidement dans l'environnement lorsqu'il est libéré. L'ion Th 4+ est soluble, en particulier dans les sols acides, et dans de telles conditions la concentration en thorium peut atteindre 40 ppm.

Histoire

Thor levant son marteau dans une bataille contre les géants
Le combat de Thor avec les géants (1872) de Mårten Eskil Winge ; Thor , le dieu nordique du tonnerre, levant son marteau Mjölnir dans une bataille contre les géants .

Rapport erroné

En 1815, le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius a analysé un échantillon inhabituel de gadolinite provenant d'une mine de cuivre à Falun , dans le centre de la Suède. Il nota des traces imprégnées d'un minéral blanc, qu'il supposa prudemment être une terre ( oxyde dans la nomenclature chimique moderne) d'un élément inconnu. Berzelius avait déjà découvert deux éléments, le cérium et le sélénium , mais il avait fait une fois une erreur publique en annonçant un nouvel élément, le gahnium , qui s'est avéré être de l'oxyde de zinc . Berzelius nomma en privé l'élément putatif "thorium" en 1817 et son supposé oxyde "thorina" d'après Thor , le dieu nordique du tonnerre. En 1824, après la découverte d'autres gisements du même minéral à Vest-Agder , en Norvège, il rétracta ses découvertes, car le minéral (appelé plus tard xénotime ) s'avéra être principalement de l'orthophosphate d'yttrium .

Découverte

En 1828, Morten Thrane Esmark a découvert un minéral noir sur l' île de Løvøya , dans le comté de Telemark , en Norvège. C'était un prêtre norvégien et un minéralogiste amateur qui étudia les minéraux à Telemark, où il servit comme vicaire . Il envoyait généralement les spécimens les plus intéressants, comme celui-ci, à son père, Jens Esmark , minéralogiste renommé et professeur de minéralogie et de géologie à l' Université Royal Frederick de Christiania (aujourd'hui Oslo ). L'ancien Esmark a déterminé qu'il ne s'agissait pas d'un minéral connu et a envoyé un échantillon à Berzelius pour examen. Berzelius a déterminé qu'il contenait un nouvel élément. Il publia ses découvertes en 1829, après avoir isolé un échantillon impur en réduisant le KThF 5 avec du potassium métallique. Berzelius a réutilisé le nom de la découverte d'élément supposée précédente et a nommé la source minérale thorite.

Jöns Jacob Berzelius
Jöns Jacob Berzelius , qui a d'abord identifié le thorium comme un nouvel élément

Berzelius a fait quelques caractérisations initiales du nouveau métal et de ses composés chimiques: il a correctement déterminé que le rapport massique thorium-oxygène de l'oxyde de thorium était de 7,5 (sa valeur réelle est proche de cela, ~ 7,3), mais il a supposé que le nouvel élément était divalent plutôt que tétravalent, et a ainsi calculé que la masse atomique était de 7,5 fois celle de l'oxygène (120 amu ); il est en fait 15 fois plus grand. Il a déterminé que le thorium était un métal très électropositif , devant le cérium et derrière le zirconium en termes d'électropositivité. Le thorium métallique a été isolé pour la première fois en 1914 par les entrepreneurs néerlandais Dirk Lely Jr. et Lodewijk Hamburger.

Classification chimique initiale

Dans le tableau périodique publié par Dmitri Mendeleïev en 1869, le thorium et les éléments des terres rares étaient placés à l'extérieur du corps principal du tableau, à la fin de chaque période verticale après les métaux alcalino-terreux . Cela reflétait la croyance de l'époque selon laquelle le thorium et les métaux des terres rares étaient divalents. Avec la reconnaissance ultérieure que les terres rares étaient principalement trivalentes et que le thorium était tétravalent, Mendeleev a déplacé le cérium et le thorium vers le groupe IV en 1871, qui contenait également le groupe carbone moderne (groupe 14) et le groupe titane (groupe 4), car leur oxydation maximale l'état était +4. Le cérium a été rapidement retiré du corps principal de la table et placé dans une série de lanthanides séparée ; le thorium a été laissé avec le groupe 4 car il avait des propriétés similaires à ses supposés congénères plus légers dans ce groupe, tels que le titane et le zirconium.

Premières utilisations

Manchon à gaz
Manteau de gaz de dioxyde de thorium de la Seconde Guerre mondiale

Alors que le thorium a été découvert en 1828, sa première application ne date que de 1885, lorsque le chimiste autrichien Carl Auer von Welsbach a inventé le manteau à gaz , une source de lumière portable qui produit de la lumière à partir de l'incandescence de l'oxyde de thorium lorsqu'il est chauffé par la combustion de combustibles gazeux. De nombreuses applications ont ensuite été trouvées pour le thorium et ses composés, notamment les céramiques, les lampes à arc au carbone, les creusets résistants à la chaleur et comme catalyseurs de réactions chimiques industrielles telles que l'oxydation de l'ammoniac en acide nitrique.

Radioactivité

Le thorium a été observé pour la première fois comme étant radioactif en 1898, par le chimiste allemand Gerhard Carl Schmidt et plus tard cette année-là, indépendamment, par la physicienne franco-polonaise Marie Curie . C'était le deuxième élément qui s'est avéré radioactif, après la découverte en 1896 de la radioactivité de l'uranium par le physicien français Henri Becquerel . À partir de 1899, le physicien néo-zélandais Ernest Rutherford et l'ingénieur électricien américain Robert Bowie Owens ont étudié le rayonnement du thorium ; les premières observations ont montré qu'il variait considérablement. Il a été déterminé que ces variations provenaient d'une fille gazeuse de courte durée du thorium, qu'ils ont trouvée être un nouvel élément. Cet élément est aujourd'hui nommé radon , le seul des rares radioéléments à être découvert dans la nature en tant que fille du thorium plutôt que de l'uranium.

Après avoir pris en compte la contribution du radon, Rutherford, qui travaille désormais avec le physicien britannique Frederick Soddy , a montré comment le thorium se désintégrait à un rythme fixe dans le temps en une série d'autres éléments dans des travaux datant de 1900 à 1903. Cette observation a conduit à l'identification de la demi-vie comme l'un des résultats des expériences sur les particules alpha qui ont conduit à la théorie de la désintégration de la radioactivité . L'effet biologique du rayonnement a été découvert en 1903. Le phénomène nouvellement découvert de la radioactivité a enthousiasmé les scientifiques et le grand public. Dans les années 1920, la radioactivité du thorium a été présentée comme un remède contre les rhumatismes , le diabète et l'impuissance sexuelle . En 1932, la plupart de ces utilisations ont été interdites aux États-Unis après une enquête fédérale sur les effets de la radioactivité sur la santé. 10 000 personnes aux États-Unis avaient reçu une injection de thorium lors d'un diagnostic radiologique; on a découvert plus tard qu'ils souffraient de problèmes de santé tels que la leucémie et des chromosomes anormaux. L'intérêt du public pour la radioactivité avait diminué à la fin des années 1930.

Glenn T.Seaborg
Glenn T. Seaborg , qui a réglé l'emplacement du thorium dans le bloc f

Classement supplémentaire

Jusqu'à la fin du 19e siècle, les chimistes ont convenu à l'unanimité que le thorium et l'uranium étaient respectivement les membres les plus lourds du groupe 4 et du groupe 6 ; l'existence des lanthanides dans la sixième rangée était considérée comme un coup de chance ponctuel. En 1892, le chimiste britannique Henry Bassett a postulé une deuxième rangée de tableau périodique extra-longue pour accueillir les éléments connus et non découverts, considérant que le thorium et l'uranium sont analogues aux lanthanides. En 1913, le physicien danois Niels Bohr a publié un modèle théorique de l'atome et de ses orbitales d'électrons, qui a rapidement été largement accepté. Le modèle indiquait que la septième rangée du tableau périodique devrait également avoir des coquilles f remplies avant les coquilles d remplies dans les éléments de transition, comme la sixième rangée avec les lanthanides précédant les métaux de transition 5d. L'existence d'une seconde série de transitions internes, sous la forme des actinides, n'a été admise qu'après avoir établi des similitudes avec les structures électroniques des lanthanides ; Bohr a suggéré que le remplissage des orbitales 5f pourrait être retardé après l'uranium.

Ce n'est qu'avec la découverte des premiers éléments transuraniens , qui à partir du plutonium ont des états d'oxydation +3 et +4 dominants comme les lanthanides, que l'on s'est rendu compte que les actinides remplissaient bien des orbitales f plutôt que des orbitales d, avec le la chimie de type métal de transition des premiers actinides étant l'exception et non la règle. En 1945, lorsque le physicien américain Glenn T. Seaborg et son équipe avaient découvert les éléments transuraniens américium et curium, il proposa le concept d'actinide , réalisant que le thorium était le deuxième membre d'une série d'actinides à bloc f analogue aux lanthanides, au lieu d'être le congénère le plus lourd du hafnium dans une quatrième rangée de blocs d.

Suppression progressive

Dans les années 1990, la plupart des applications qui ne dépendent pas de la radioactivité du thorium ont rapidement décliné en raison de problèmes de sécurité et d'environnement, car des substituts plus sûrs et plus appropriés ont été trouvés. Malgré sa radioactivité, l'élément est resté utilisé pour des applications où aucune alternative appropriée n'a pu être trouvée. Une étude réalisée en 1981 par le laboratoire national d'Oak Ridge aux États-Unis a estimé que l'utilisation d'un manteau de gaz de thorium chaque week-end serait sans danger pour une personne, mais ce n'était pas le cas pour la dose reçue par les personnes fabriquant les manteaux ou pour les sols autour de certains. chantiers d'usines. Certains fabricants sont passés à d'autres matériaux, comme l'yttrium. Pas plus tard qu'en 2007, certaines entreprises ont continué à fabriquer et à vendre des manchons en thorium sans donner d'informations adéquates sur leur radioactivité, certaines prétendant même à tort qu'elles ne sont pas radioactives.

Pouvoir nucléaire

Centre énergétique d'Indian Point
L' Indian Point Energy Center ( Buchanan, New York , États-Unis), qui abrite le premier réacteur au thorium au monde

Le thorium a été utilisé comme source d'énergie à l'échelle d'un prototype. Le premier réacteur à base de thorium a été construit au Indian Point Energy Center situé à Buchanan , New York, États-Unis en 1962. La Chine pourrait être la première à tenter de commercialiser cette technologie. Le pays avec les plus grandes réserves estimées de thorium dans le monde est l'Inde , qui a de rares réserves d'uranium. Dans les années 1950, l'Inde visait à atteindre l'indépendance énergétique avec son programme d'énergie nucléaire en trois étapes . Dans la plupart des pays, l'uranium était relativement abondant et les progrès des réacteurs à base de thorium étaient lents ; au XXe siècle, trois réacteurs ont été construits en Inde et douze ailleurs. Des recherches à grande échelle ont été lancées en 1996 par l' Agence internationale de l'énergie atomique pour étudier l'utilisation des réacteurs au thorium ; un an plus tard, le département américain de l'énergie a commencé ses recherches. Alvin Radkowsky de l'Université de Tel Aviv en Israël était le concepteur en chef de la centrale nucléaire de Shippingport en Pennsylvanie, le premier réacteur civil américain à produire du thorium. Il a fondé un consortium pour développer des réacteurs au thorium, qui comprenait d'autres laboratoires : Raytheon Nuclear Inc. et Brookhaven National Laboratory aux États-Unis, et l' Institut Kurchatov en Russie.

Au 21e siècle, le potentiel du thorium pour réduire la prolifération nucléaire et ses caractéristiques de déchet ont conduit à un regain d'intérêt pour le cycle du combustible du thorium. L' Inde prévoit de satisfaire jusqu'à 30 % de ses besoins en électricité grâce à l'énergie nucléaire à base de thorium d'ici 2050. En février 2014, le Bhabha Atomic Research Center (BARC), à Mumbai , en Inde, a présenté sa dernière conception d'un « réacteur nucléaire de nouvelle génération ». réacteur" qui brûle du thorium comme minerai de combustible, l'appelant le réacteur avancé à eau lourde (AHWR). En 2009, le président de la Commission indienne de l'énergie atomique a déclaré que l'Inde avait pour "objectif à long terme de devenir indépendante en énergie sur la base de ses vastes ressources en thorium".

Armes nucléaires

Lorsque des grammes de plutonium ont été produits pour la première fois dans le cadre du projet Manhattan , on a découvert qu'un isotope mineur ( 240 Pu ) subissait une importante fission spontanée , ce qui remettait en question la viabilité d'une arme nucléaire de type canon alimentée au plutonium . Alors que l' équipe de Los Alamos a commencé à travailler sur l' arme de type implosion pour contourner ce problème, l' équipe de Chicago a discuté de solutions de conception de réacteurs. Eugène Wigner a proposé d'utiliser le plutonium contaminé au 240 Pu pour conduire la conversion du thorium en 233 U dans un réacteur convertisseur spécial. On a émis l'hypothèse que le 233 U serait alors utilisable dans une arme de type pistolet, bien que des inquiétudes concernant la contamination par le 232 U aient été exprimées. Les progrès sur l'arme à implosion étaient suffisants et ce convertisseur n'a pas été développé davantage, mais la conception a eu une influence énorme sur le développement de l'énergie nucléaire. Il s'agissait de la première description détaillée d'un réacteur hautement enrichi refroidi à l'eau et modéré à l'eau, similaire aux futurs réacteurs de puissance navals et commerciaux.

Pendant la guerre froide, les États-Unis ont exploré la possibilité d'utiliser le 232 Th comme source de 233 U à utiliser dans une bombe nucléaire ; ils ont tiré une bombe d'essai en 1955. Ils ont conclu qu'une bombe à 233 U serait une arme très puissante, mais qu'elle présentait peu d '«avantages techniques» durables par rapport aux bombes uranium-plutonium contemporaines, d'autant plus que 233 U est difficile à produire dans forme isotopiquement pure.

Le thorium métal a été utilisé dans le cas du rayonnement d'au moins une conception d'arme nucléaire déployée par les États-Unis (le W71 ).

Production

Estimations inférieures des réserves de thorium en milliers de tonnes , 2014
De campagne Réserves
Inde 1070
Brésil 632
Australie 595
États-Unis 595
Egypte 380
Turquie 374
Venezuela 300
Canada 172
Russie 155
Afrique du Sud 148
Chine 100
Norvège 87
Groenland 86
Finlande 60,5
la Suède 50
Kazakhstan 50
Autres pays 1 725
Somme mondiale 6579.5

La faible demande rend les mines en exploitation pour l'extraction du thorium seul non rentables, et il est presque toujours extrait avec les terres rares, qui elles-mêmes peuvent être des sous-produits de la production d'autres minéraux. La dépendance actuelle à l'égard de la monazite pour la production est due au fait que le thorium est en grande partie produit en tant que sous-produit; d'autres sources telles que la thorite contiennent plus de thorium et pourraient facilement être utilisées pour la production si la demande augmentait. La connaissance actuelle de la répartition des ressources en thorium est faible, car la faible demande a conduit à des efforts d'exploration relativement faibles. En 2014, la production mondiale de concentré de monazite, dont serait extrait le thorium, était de 2 700 tonnes.

La voie de production commune du thorium constitue la concentration de minéraux de thorium ; extraction du thorium du concentré; purification du thorium; et (éventuellement) conversion en composés, tels que le dioxyde de thorium.

Concentration

Il existe deux catégories de minéraux de thorium pour l'extraction du thorium : primaire et secondaire. Les dépôts primaires se trouvent dans les magmas granitiques acides et les pegmatites. Ils sont concentrés, mais de petite taille. Des dépôts secondaires se produisent à l'embouchure des rivières dans les régions montagneuses granitiques. Dans ces gisements, le thorium est enrichi avec d'autres minéraux lourds. La concentration initiale varie selon le type de dépôt.

Pour les gisements primaires, les pegmatites sources, qui sont généralement obtenues par exploitation minière, sont divisées en petites parties puis subissent une flottation . Les carbonates de métaux alcalino-terreux peuvent être éliminés après réaction avec le chlorure d'hydrogène ; suivent ensuite l' épaississement , la filtration et la calcination. Le résultat est un concentré contenant jusqu'à 90 % de terres rares. Les matériaux secondaires (tels que les sables côtiers) subissent une séparation par gravité. La séparation magnétique suit, avec une série d'aimants de force croissante. La monazite obtenue par cette méthode peut être aussi pure que 98 %.

La production industrielle du XXe siècle reposait sur un traitement à l'acide sulfurique chaud et concentré dans des cuves en fonte, suivi d'une précipitation sélective par dilution avec de l'eau, comme pour les étapes suivantes. Cette méthode reposait sur les spécificités de la technique et la granulométrie du concentré ; de nombreuses alternatives ont été proposées, mais une seule s'est avérée économiquement efficace : la digestion alcaline avec une solution chaude d'hydroxyde de sodium. Ceci est plus cher que la méthode originale mais donne une plus grande pureté de thorium; en particulier, il élimine les phosphates du concentré.

Digestion acide

La digestion acide est un processus en deux étapes, impliquant l'utilisation d'acide sulfurique jusqu'à 93% à 210–230 ° C. Tout d'abord, de l'acide sulfurique à plus de 60% de la masse de sable est ajouté, épaississant le mélange réactionnel au fur et à mesure que les produits se forment. Ensuite, de l'acide sulfurique fumant est ajouté et le mélange est maintenu à la même température pendant cinq heures supplémentaires pour réduire le volume de solution restant après dilution. La concentration de l'acide sulfurique est choisie en fonction de la vitesse de réaction et de la viscosité, qui augmentent toutes deux avec la concentration, bien que la viscosité retarde la réaction. L'augmentation de la température accélère également la réaction, mais des températures de 300 ° C et plus doivent être évitées, car elles provoquent la formation de pyrophosphate de thorium insoluble. La dissolution étant très exothermique, le sable de monazite ne peut être ajouté trop rapidement à l'acide. Inversement, à des températures inférieures à 200 °C, la réaction ne va pas assez vite pour que le procédé soit pratique. Pour s'assurer qu'aucun précipité ne se forme pour bloquer la surface réactive de la monazite, la masse d'acide utilisée doit être le double de celle du sable, au lieu des 60 % que l'on attendrait de la stoechiométrie. Le mélange est ensuite refroidi à 70 ° C et dilué avec dix fois son volume d'eau froide, de sorte que toute monazite restante coule au fond tandis que les terres rares et le thorium restent en solution. Le thorium peut ensuite être séparé en le précipitant sous forme de phosphate à pH 1,3, puisque les terres rares ne précipitent qu'à pH 2.

Digestion alcaline

La digestion alcaline est effectuée dans une solution d'hydroxyde de sodium à 30–45% à environ 140 ° C pendant environ trois heures. Une température trop élevée conduit à la formation d'oxyde de thorium peu soluble et d'un excès d'uranium dans le filtrat, et une concentration trop faible d'alcali conduit à une réaction très lente. Ces conditions de réaction sont plutôt douces et nécessitent du sable monazite de granulométrie inférieure à 45 µm. Après filtration, le gâteau de filtration comprend du thorium et des terres rares sous forme d'hydroxydes, de l'uranium sous forme de diuranate de sodium et du phosphate sous forme de phosphate trisodique . Cela cristallise le phosphate trisodique décahydraté lorsqu'il est refroidi en dessous de 60 ° C; les impuretés d'uranium dans ce produit augmentent avec la quantité de dioxyde de silicium dans le mélange réactionnel, nécessitant une recristallisation avant utilisation commerciale. Les hydroxydes sont dissous à 80 °C dans de l'acide chlorhydrique à 37 %. La filtration des précipités restants suivie de l'addition d'hydroxyde de sodium à 47 % entraîne la précipitation du thorium et de l'uranium à environ pH 5,8. Le séchage complet du précipité doit être évité, car l'air peut oxyder le cérium de l'état d'oxydation +3 à +4, et le cérium(IV) formé peut libérer du chlore libre de l'acide chlorhydrique. Les terres rares précipitent à nouveau à un pH plus élevé. Les précipités sont neutralisés par la solution d'hydroxyde de sodium d'origine, bien que la majeure partie du phosphate doive d'abord être éliminée pour éviter la précipitation des phosphates de terres rares. L'extraction par solvant peut également être utilisée pour séparer le thorium et l'uranium, en dissolvant le gâteau de filtration résultant dans de l'acide nitrique. La présence d' hydroxyde de titane est délétère car il lie le thorium et l'empêche de se dissoudre complètement.

Purification

Des concentrations élevées de thorium sont nécessaires dans les applications nucléaires. En particulier, les concentrations d'atomes à forte section efficace de capture de neutrons doivent être très faibles (par exemple, les concentrations de gadolinium doivent être inférieures à une partie par million en poids). Auparavant, une dissolution et une recristallisation répétées étaient utilisées pour obtenir une pureté élevée. Aujourd'hui, des procédures d'extraction par solvant liquide impliquant une complexation sélective de Th 4+ sont utilisées. Par exemple, après digestion alcaline et élimination du phosphate, les complexes nitrato résultants de thorium, d'uranium et de terres rares peuvent être séparés par extraction avec du phosphate de tributyle dans du kérosène .

Applications modernes

Les utilisations du thorium non liées à la radioactivité sont en déclin depuis les années 1950 en raison de préoccupations environnementales découlant en grande partie de la radioactivité du thorium et de ses produits de désintégration.

La plupart des applications de thorium utilisent son dioxyde (parfois appelé "thorium" dans l'industrie), plutôt que le métal. Ce composé a un point de fusion de 3300 ° C (6000 ° F), le plus élevé de tous les oxydes connus; seules quelques substances ont des points de fusion plus élevés. Cela aide le composé à rester solide dans une flamme et augmente considérablement la luminosité de la flamme; c'est la principale raison pour laquelle le thorium est utilisé dans les manteaux des lampes à gaz . Toutes les substances émettent de l'énergie (lueur) à des températures élevées, mais la lumière émise par le thorium est presque entièrement dans le spectre visible , d'où la luminosité des manteaux de thorium.

De l'énergie, dont une partie sous forme de lumière visible, est émise lorsque le thorium est lui-même exposé à une source d'énergie, telle qu'un rayon cathodique, de la chaleur ou une lumière ultraviolette . Cet effet est partagé par le dioxyde de cérium, qui convertit plus efficacement la lumière ultraviolette en lumière visible, mais le dioxyde de thorium donne une température de flamme plus élevée, émettant moins de lumière infrarouge . Le thorium dans les manteaux, bien que toujours courant, a été progressivement remplacé par l'yttrium depuis la fin des années 1990. Selon l'examen de 2005 du National Radiological Protection Board du Royaume-Uni , "bien que [les manchons à gaz thorié] aient été largement disponibles il y a quelques années, ils ne le sont plus". Le thorium est également utilisé pour fabriquer des générateurs d'ions négatifs permanents bon marché , comme dans les bracelets de santé pseudoscientifiques .

Lors de la production de filaments incandescents , la recristallisation du tungstène est considérablement réduite en ajoutant de petites quantités de dioxyde de thorium à la poudre de frittage de tungstène avant d'étirer les filaments. Une petite addition de thorium aux thermocathodes de tungstène réduit considérablement le travail de sortie des électrons ; en conséquence, les électrons sont émis à des températures considérablement plus basses. Le thorium forme une couche d'un atome d'épaisseur à la surface du tungstène. La fonction de travail d'une surface de thorium est abaissée peut-être en raison du champ électrique à l'interface entre le thorium et le tungstène formé en raison de la plus grande électropositivité du thorium. Depuis les années 1920, les fils de tungstène thorié sont utilisés dans les tubes électroniques et dans les cathodes et anticathodes des tubes à rayons X et des redresseurs. Grâce à la réactivité du thorium avec l'oxygène et l'azote atmosphériques, le thorium agit également comme getter des impuretés dans les tubes évacués. L'introduction des transistors dans les années 1950 a considérablement diminué cette utilisation, mais pas entièrement. Le dioxyde de thorium est utilisé dans le soudage à l'arc sous gaz de tungstène (GTAW) pour augmenter la résistance à haute température des électrodes de tungstène et améliorer la stabilité de l'arc. L'oxyde de thorium est remplacé dans cette utilisation par d'autres oxydes, tels que ceux de zirconium, de cérium et de lanthane .

Le dioxyde de thorium se trouve dans les céramiques résistantes à la chaleur , telles que les creusets de laboratoire à haute température , soit comme ingrédient principal, soit comme ajout au dioxyde de zirconium . Un alliage de 90 % de platine et de 10 % de thorium est un catalyseur efficace pour oxyder l'ammoniac en oxydes d'azote, mais il a été remplacé par un alliage de 95 % de platine et de 5 % de rhodium en raison de ses meilleures propriétés mécaniques et de sa plus grande durabilité.

Trois lentilles de jaunies à transparentes de gauche à droite
Lentille de dioxyde de thorium jaunie (à gauche), une lentille similaire partiellement déjaunie par rayonnement ultraviolet (au centre) et lentille sans jaunissement (à droite)

Lorsqu'il est ajouté au verre , le dioxyde de thorium aide à augmenter son indice de réfraction et à diminuer la dispersion . Ce verre trouve une application dans les objectifs de haute qualité pour les caméras et les instruments scientifiques. Le rayonnement de ces lentilles peut les assombrir et les jaunir sur une période de plusieurs années et dégrade le film, mais les risques pour la santé sont minimes. Les lentilles jaunies peuvent être restaurées à leur état incolore d'origine par une exposition prolongée à un rayonnement ultraviolet intense. Le dioxyde de thorium a depuis été remplacé dans cette application par des oxydes de terres rares, comme le lanthane , car ils fournissent des effets similaires et ne sont pas radioactifs.

Le tétrafluorure de thorium est utilisé comme matériau antireflet dans les revêtements optiques multicouches. Il est transparent aux ondes électromagnétiques ayant des longueurs d'onde comprises entre 0,350 et 12 µm, une plage qui comprend la lumière proche ultraviolette, visible et infrarouge moyen . Son rayonnement est principalement dû aux particules alpha, qui peuvent être facilement arrêtées par une fine couche de couverture d'un autre matériau. Des substituts au tétrafluorure de thorium sont en cours de développement à partir des années 2010, notamment le trifluorure de lanthane .

Les alliages Mag-Thor (également appelés magnésium thorié) ont trouvé une utilisation dans certaines applications aérospatiales, bien que ces utilisations aient été progressivement supprimées en raison de préoccupations concernant la radioactivité.

Utilisation potentielle pour l'énergie nucléaire

La principale source d'énergie nucléaire dans un réacteur est la fission induite par les neutrons d'un nucléide ; les noyaux fissiles synthétiques 233 U et 239 Pu peuvent être issus de la capture de neutrons par les quantités naturelles de nucléides 232 Th et 238 U. 235 U est naturellement présent et est également fissile. Dans le cycle du combustible du thorium, l'isotope fertile 232 Th est bombardé par des neutrons lents , subissant une capture de neutrons pour devenir 233 Th, qui subit deux désintégrations bêta consécutives pour devenir d'abord 233 Pa puis le fissile 233 U :

232
90
E
+ 3n →233
90
E
+ γ + 2nβ- _21,8 minutes 233
91
Pennsylvanie
+nβ- _27,0 jours 233
92
tu
α1,60 × 105
y
237 Np
231 U 232U _ 233 U 234U _ 235U _ 236U _ 237 U
231 Pa 232 Pa 233 Pa 234 Pa
230 ème 231 ème 232 ème 233 ème
  • Les nucléides sur fond jaune en italique ont des demi-vies inférieures à 30 jours
  • Les nucléides en gras ont des demi-vies supérieures à 1 000 000 d'années
  • Les nucléides dans les cadres rouges sont fissiles

L' 233U est fissile et peut être utilisé comme combustible nucléaire au même titre que l' 235U ou le 239Pu . Lorsque l' 233 U subit une fission nucléaire, les neutrons émis peuvent frapper d'autres noyaux de 232 Th, poursuivant ainsi le cycle. Cela est parallèle au cycle du combustible de l'uranium dans les réacteurs surgénérateurs rapides238 U subit une capture de neutrons pour devenir 239 U, bêta se désintégrant d'abord en 239 Np puis en 239 Pu fissile.

Avantages

Le thorium est plus abondant que l'uranium et peut satisfaire plus longtemps la demande énergétique mondiale. Il est particulièrement adapté pour être utilisé comme matériau fertile dans les réacteurs à sels fondus .

Le 232 Th absorbe les neutrons plus facilement que le 238 U, et le 233 U a une plus grande probabilité de fission lors de la capture de neutrons (92,0 %) que le 235 U (85,5 %) ou le 239 Pu (73,5 %). Il libère également plus de neutrons lors de la fission en moyenne. Une seule capture de neutrons par 238 U produit des déchets transuraniens avec le 239 Pu fissile, mais le 232 Th ne produit ces déchets qu'après cinq captures, formant 237 Np. Ce nombre de captures ne se produit pas pour 98 à 99% des noyaux de 232 Th car les produits intermédiaires 233 U ou 235 U subissent une fission et moins de transuraniens à longue durée de vie sont produits. Pour cette raison, le thorium est une alternative potentiellement intéressante à l'uranium dans les combustibles à oxydes mixtes pour minimiser la génération de transuraniens et maximiser la destruction du plutonium .

Les combustibles au thorium donnent un cœur de réacteur plus sûr et plus performant car le dioxyde de thorium a un point de fusion plus élevé, une conductivité thermique plus élevée et un coefficient de dilatation thermique plus faible . Il est chimiquement plus stable que le dioxyde d'uranium, combustible désormais courant, car ce dernier s'oxyde en octoxyde de triuranium ( U 3 O 8 ), devenant nettement moins dense.

Désavantages

Le combustible usé est difficile et dangereux à retraiter car de nombreux produits de filiation du 232 Th et du 233 U sont de puissants émetteurs gamma. Toutes les méthodes de production de 233 U entraînent des impuretés de 232 U , soit à partir de réactions parasites d'inactivation (n,2n) sur 232 Th, 233 Pa ou 233 U qui entraînent la perte d'un neutron, soit à partir d'une double capture de neutrons de 230 Th, une impureté du 232 Th naturel :

230
90
E
+n →231
90
E
+ γ β- _25,5 heures 231
91
Pennsylvanie
α3,28 × 104
y
­231
91
Pennsylvanie
+n →232
91
Pennsylvanie
+ γ β- _1,3 j 232
92
tu
α69 ans

Le 232U en lui-même n'est pas particulièrement nocif, mais se désintègre rapidement pour produire le puissant émetteur gamma 208Tl . ( Le 232 Th suit la même chaîne de désintégration, mais sa demi-vie beaucoup plus longue signifie que les quantités de 208 Tl produites sont négligeables.) Ces impuretés de 232 U rendent le 233 U facile à détecter et dangereux à travailler, et l'impraticabilité de leur la séparation limite les possibilités de prolifération nucléaire en utilisant 233 U comme matière fissile. Le 233 Pa a une demi-vie relativement longue de 27 jours et une section efficace élevée pour la capture des neutrons. C'est donc un poison neutronique : au lieu de se décomposer rapidement en 233 U utile, une quantité importante de 233 Pa se transforme en 234 U et consomme des neutrons, dégradant l'efficacité du réacteur . Pour éviter cela, le 233 Pa est extrait de la zone active des réacteurs à sels fondus de thorium pendant leur fonctionnement, de sorte qu'il n'a aucune chance de capturer un neutron et ne se désintégrera qu'en 233 U.

L'irradiation du 232 Th par des neutrons, suivie de son traitement, doit être maîtrisée avant que ces avantages puissent être réalisés, ce qui nécessite une technologie plus avancée que le cycle du combustible de l'uranium et du plutonium ; les recherches se poursuivent dans ce domaine. D'autres citent la faible viabilité commerciale du cycle du combustible au thorium : l' Agence internationale pour l'énergie nucléaire prédit que le cycle du thorium ne sera jamais commercialement viable tant que l'uranium sera disponible en abondance - une situation qui pourrait persister "dans les prochaines décennies". Les isotopes produits dans le cycle du combustible du thorium ne sont pour la plupart pas transuraniens, mais certains d'entre eux sont encore très dangereux, comme le 231 Pa, qui a une demi-vie de 32 760 ans et est un contributeur majeur à la radiotoxicité à long terme des déchets nucléaires . carburant.

Dangers

Manteau en thorium installé sur une petite pousse d'herbe
Expérience sur l'effet du rayonnement (provenant d'un manteau de gaz de thorium non brûlé) sur la germination et la croissance des graines de fléole des prés

Radiologique

Le thorium naturel se désintègre très lentement par rapport à de nombreux autres matériaux radioactifs, et le rayonnement alpha émis ne peut pas pénétrer la peau humaine. Par conséquent, la manipulation de petites quantités de thorium, telles que celles contenues dans les manchons à gaz, est considérée comme sûre, bien que l'utilisation de tels objets puisse présenter certains risques. L'exposition à un aérosol de thorium, comme la poussière contaminée, peut entraîner un risque accru de cancers du poumon , du pancréas et du sang , car les poumons et d'autres organes internes peuvent être pénétrés par le rayonnement alpha. L'exposition interne au thorium entraîne un risque accru de maladies du foie .

Les produits de désintégration du 232 Th comprennent des radionucléides plus dangereux comme le radium et le radon. Bien que relativement peu de ces produits soient créés à la suite de la désintégration lente du thorium, une évaluation correcte de la toxicité radiologique du 232 Th doit inclure la contribution de ses produits de filiation, dont certains sont de dangereux émetteurs gamma et qui s'accumulent rapidement. suite à la désintégration initiale du 232 Th en raison de l'absence de nucléides à longue durée de vie le long de la chaîne de désintégration. Comme les filles dangereuses du thorium ont des points de fusion beaucoup plus bas que le dioxyde de thorium, elles se volatilisent chaque fois que le manteau est chauffé pour être utilisé. Au cours de la première heure d'utilisation, de grandes fractions des produits de filiation du thorium 224 Ra, 228 Ra, 212 Pb et 212 Bi sont libérées. La majeure partie de la dose de rayonnement d'un utilisateur normal provient de l'inhalation du radium, ce qui entraîne une dose de rayonnement pouvant atteindre 0,2  millisievert par utilisation, soit environ un tiers de la dose subie lors d'une mammographie .

Certaines agences de sûreté nucléaire font des recommandations sur l'utilisation de manchons en thorium et ont soulevé des problèmes de sécurité concernant leur fabrication et leur élimination; la dose de rayonnement d'un manteau n'est pas un problème sérieux, mais celle de plusieurs manteaux rassemblés dans des usines ou des décharges l'est.

Biologique

Le thorium est inodore et insipide. La toxicité chimique du thorium est faible car le thorium et ses composés les plus courants (principalement le dioxyde) sont peu solubles dans l'eau, précipitant avant d'entrer dans le corps sous forme d'hydroxyde. Certains composés de thorium sont chimiquement modérément toxiques , en particulier en présence d'ions forts formant des complexes tels que le citrate qui transportent le thorium dans le corps sous forme soluble. Si un objet contenant du thorium a été mâché ou aspiré, il perd 0,4 % de thorium et 90 % de ses filles dangereuses pour l'organisme. Les trois quarts du thorium qui a pénétré dans l'organisme s'accumulent dans le squelette . L'absorption par la peau est possible, mais n'est pas une voie d'exposition probable. La faible solubilité du thorium dans l'eau signifie également que l'excrétion du thorium par les reins et les fèces est plutôt lente.

Les tests sur l'absorption de thorium des travailleurs impliqués dans le traitement de la monazite ont montré des niveaux de thorium supérieurs aux limites recommandées dans leur corps, mais aucun effet néfaste sur la santé n'a été trouvé à ces concentrations modérément faibles. Aucune toxicité chimique n'a encore été observée dans le tractus trachéobronchique et les poumons suite à une exposition au thorium. Les personnes qui travaillent avec des composés de thorium courent un risque de dermatite . Cela peut prendre jusqu'à trente ans après l'ingestion de thorium pour que les symptômes se manifestent. Le thorium n'a pas de rôle biologique connu.

Chimique

Le thorium métallique en poudre est pyrophorique : il s'enflamme spontanément à l'air. En 1964, le Département de l'intérieur des États-Unis a répertorié le thorium comme "sévère" sur un tableau intitulé "Ignition and explosibility of metal powders". Sa température d'inflammation a été donnée à 270 ° C (520 ° F) pour les nuages ​​​​de poussière et à 280 ° C (535 ° F) pour les couches. Sa concentration explosive minimale était de 0,075 oz/cu ft (0,075 kg/m 3 ); l'énergie d'inflammation minimale pour la poussière (non submicronique) était de 5  mJ .

En 1956, l' explosion de Sylvania Electric Products s'est produite lors du retraitement et de la combustion de boues de thorium à New York , aux États-Unis. Neuf personnes ont été blessées; un est mort de complications causées par des brûlures au troisième degré .

Voies d'exposition

Le thorium existe en très petites quantités partout sur Terre, bien que de plus grandes quantités existent dans certaines parties : l'être humain moyen contient environ 40  microgrammes de thorium et en consomme généralement trois microgrammes par jour. La plupart des expositions au thorium se produisent par inhalation de poussières; une partie du thorium vient avec de la nourriture et de l'eau, mais en raison de sa faible solubilité, cette exposition est négligeable.

L'exposition est accrue pour les personnes qui vivent à proximité de gisements de thorium ou de sites d'élimination de déchets radioactifs, celles qui vivent à proximité ou travaillent dans des usines de traitement d'uranium, de phosphate ou d'étain, et pour celles qui travaillent dans la production de manteaux à gaz. Le thorium est particulièrement courant dans les zones côtières du Tamil Nadu en Inde, où les résidents peuvent être exposés à une dose de rayonnement naturelle dix fois supérieure à la moyenne mondiale. Il est également courant dans les zones côtières du nord du Brésil , du sud de Bahia à Guarapari , une ville avec des plages de sable de monazite radioactives, avec des niveaux de rayonnement jusqu'à 50 fois supérieurs au rayonnement de fond moyen mondial.

Une autre source possible d'exposition est la poussière de thorium produite dans les zones d'essai d'armes, car le thorium est utilisé dans les systèmes de guidage de certains missiles. Cela a été blâmé pour une incidence élevée de malformations congénitales et de cancer à Salto di Quirra sur l'île italienne de Sardaigne .

Voir également

Notes d'explication

Citations

Bibliographie générale

Lectures complémentaires

Liens externes

  • La définition du dictionnaire de thorium au Wiktionnaire
  • Médias liés au thorium sur Wikimedia Commons