Thorium, (av guden Tor), metallisk, radioaktivt grunnstoff som hører inn under actinidene (actinoidene) i grunnstoffenes periodesystem. Rent thorium metall er sølvhvitt, relativt duktilt og kan valses til folier og trekkes til tråd. Metallet eksisterer i to allotrope former: α-thorium med kubisk flatesentrert struktur og β-thorium med kubisk romsentrert struktur, omvandlingstemperatur 1363 °C. Metallet er elektropositivt og reaktivt, men er relativt korrosjonsbestandig i luft ved romtemperatur pga. passiviserende oksidbelegg av thorium(IV)oksid, ThO2.

Det er anslått at thorium utgjør 1,1·10–3 vektprosent av jordskorpen. Det finnes sammen med lanthanider (lanthanoider) og uran i en rekke mineraler. Mineraler med større innhold av thorium er relativt sjeldne. Bare få steder forekommer thorium i større utnyttbare mengder. Hovedråstoffet er monazittsand som inneholder 3–12 vektprosent thorium, og hovedprodusenter av dette er Australia, India, Malaysia, Brasil og USA. Av egentlige thoriummineraler kan nevnes thoritt, ThSiO4 og thorianitt (Th,U)O2.

Thorium løses i rykende saltsyre og i kongevann, passiveres i konsentrert salpetersyre, og reagerer ikke med base. Det reagerer lett med ikke-metallene under oppvarming og danner en rekke intermetalliske faser med d-grunnstoffer.

I sine kjemiske forbindelser har thorium oksidasjonstallene +II, III og IV. Det siste er det mest stabile. De fireverdige forbindelsene er vanligvis fargeløse. Vandige løsninger av thoriumsalter gir sur reaksjon pga. protolyse.

Alle thoriumisotoper er radioaktive. Naturlig forekommende thorium består nesten utelukkende av 232Th med halveringstid 1,405·1010 år. Dessuten finnes spormengder (1,34·10-8 %) av 228Th, som har halveringstid 1,9116 år og er i radiokjemisk likevekt med 232Th. Ellers er det kjente isotoper med massetall fra 209 til 238. Lengst levetid av disse har 230Th med halveringstid 7,538·104 år.

232Th desintegrerer med α-stråling til 228Ra. Den radioaktive transformasjonen fortsetter gjennom 9 ledd med i alt 6 α- og 4 β-desintegrasjoner og ender i den stabile 208Pb. Kjeden av nuklider fra 232Th til 208Pb kalles thoriumserien eller 4n-serien, siden alle nuklidene har nukleontall (massetall) delelige med 4. Se også radioaktivitet (naturlig radioaktivitet).

Monazittsand oppvarmes med konsentrert svovelsyre, som omdanner innholdet av thorium og lanthanider til sulfater. Disse løses i vann, og thorium felles som difosfat. Ved videre rensing blir fosfat filtrert fra, løst i saltsyre og igjen felt ut. Til slutt felles thorium som oksalat, som ved etterfølgende gløding omdannes til oksid. Ved nyere metoder oppnås renere thoriumprodukter ved selektiv ekstraksjon med tributylfosfat, (C4H9)3PO4 (thorexprosessen).

Metallisk thorium fremstilles ved reduksjon av oksidet ThO2 med kalsium ved 900–1000 °C, elektrolyse av smelte av natrium- og kaliumklorid tilsatt kaliumthoriumfluorid, KThF5, eller ved reduksjon av thoriumtetrafluorid, ThF4, med kalium i nærvær av sinkklorid. Metodene gir metall i pulver- eller svampform. Dette presses og sintres, smeltes i lysbue- eller induksjonsovn eller ved elektronstrålesmelting. Særlig rent thorium fremstilles ved termisk spalting av thoriumtetrajodid, ThI4, på glødende thoriumtråd (van Arkel-de Boer-metoden).

Ved innfangning av et nøytron omdannes 232Th til 233Th. Denne desintegrerer med β-stråling til 233Pa, som desintegrerer videre til 233U. Denne prosess kan foregå i en kjernereaktor med nøytroner fra 235U og 239Pu, og blir brukt til å lage 233U som er fissilt materiale. Slike reaktorer kalles breeder- eller formeringsreaktorer. Fordi thoriummengden i jordskorpen er 3–4 ganger større enn uranmengden, er thoriumforekomster en viktig potensiell kilde for kjerneenergi.

I tillegg til bruk av thorium i fremstilling av fissilt uran 233U, har thorium mindre anvendelser, bl.a. som getter i høyvakuumteknikk, elektrodemateriale i kvikksølvdamplamper, i fotoelektriske celler, røntgenrør, sveiseelektroder, katalysator o.a. Magnesium tilsatt ca. 3 % thorium blir brukt i fly og romfartsteknikk og i atomreaktorer. En viktig anvendelse av thorium(IV)oksid er i auerbrennere. Oksidet brukes dessuten i form av små dispergerte partikler i nikkel og høytemperaturlegeringer (f.eks. såkalt thoria-dispergert nikkel).

Thorium ble oppdaget i 1828 av svensken J. J. Berzelius i et mineral fra Norge som samme år var blitt funnet av presten og mineralogen H. M. T. Esmark på Lauvøya nær Brevik. Berzelius isolerte et nytt oksid fra mineralet; han kalte oksidet thoria, mineralet thoritt og grunnstoffet thorium, alle etter guden Tor. Berzelius fremstilte også en uren prøve av grunnstoffet ved å reagere kaliumthoriumfluorid med kalium metall, men det var først i 1914 at relativt rent thorium metall (99 %) ble fremstilt av D. Levy i Eindhoven. Thoriums radioaktivitet ble oppdaget i 1898 av M. Curie i Paris og uavhengig av henne av G. C. Schmidt i Erlangen.

230Th har tidligere blitt gitt navnet ionium. Det dannes ved radioaktiv desintegrasjon av uran og er et mellomprodukt i uranrekken (se radioaktivitet (naturlig radioaktivitet)). Ionium ble første gang påvist i uranmineraler av den amerikanske kjemiker B. B. Boltwood 1907. Ionium er radioaktivt og omdannes til radium 226Ra under utsendelse av α-partikler og γ-stråling (halveringstid på 7,538·104 år).

Fordi thorium (og nuklidene i thoriumserien) er radioaktive, må nødvendige sikkerhetsregler følges. Størst fare oppstår hvis det kommer stoff inn i kroppen, hvor de thoriumlignende nuklidene anrikes i lever, nyrer, milt og benmarg, mens de radiumlignende nuklidene anrikes i knoklene.

Kjemisk symbol Th
Atomnummer 90
Relativ atommasse 232,0381
Smeltepunkt 1750 °C
Kokepunkt 4790 °C
Densitet 11,72 g/cm3
Oksidasjonstall II, III, IV
Elektronkonfigurasjon [Rn]6d27s2

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.