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Torio

Elemento químico de número atómico 90 y de símbolo Th

Eltorioes unelemento químico,desímboloThynúmero atómico90,de la serie de losactínidos.Se encuentra en estado natural en los mineralesmonacita,toritaytorianita.En estado puro es un metal blando de color blanco-plata que se oxida lentamente. Si se tritura finamente y se calienta, arde y emite luz blanca.[1]​

Actinio←Torio→Protactinio

90		 Th
Tabla completa•Tabla ampliada
Información general
Nombre,símbolo,número Torio, Th, 90
Serie química Actínidos
Grupo,período,bloque -,7,f
Masa atómica 232,0381u
Configuración electrónica [Rn] 6d27s2
Dureza Mohs 3,0
Electronespornivel 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2 (imagen)
Apariencia Blanco plateado
Propiedades atómicas
Radio medio 180pm
Electronegatividad 1,3(escala de Pauling)
Radio atómico(calc) 179pm(radio de Bohr)
Radio covalente 206±6pm
Estado(s) de oxidación 4,3, 2 (basedébil)
1.ªenergía de ionización 587kJ/mol
2.ªenergía de ionización 1 110 kJ/mol
3.ªenergía de ionización 193 kJ/mol
4.ªenergía de ionización 2 780 kJ/mol
Líneas espectrales
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido
Densidad 11 724kg/m3
Punto de fusión 2028 K (1755 °C)
Punto de ebullición 5061 K (4788 °C)
Entalpía de vaporización 514,4kJ/mol
Entalpía de fusión 16,1kJ/mol
Varios
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
Calor específico 120J/(kg·K)
Conductividad eléctrica 6,53 × 106S/m
Conductividad térmica 54W/(m·K)
Módulo elástico 79 GPa
Coeficiente de Poisson 0,27
Velocidad del sonido 2 490m/sa 293,15K(20°C)
Isótopos más estables
Artículo principal:Isótopos del torio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
228Thtrazas1,9119añosα5,520224Ra
229ThSintético7 340añosα5,168225Ra
230Thtrazas75 380 añosα4,770226Ra
231Thtrazas25,5horasβ0,39231Pa
232Th100%1.405×1010añosα4,083228Ra
234Thtrazas24,1díasβ0,27234Pa
Valores en elSIycondiciones normales de presión y temperatura,salvo que se indique lo contrario.
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El torio pertenece a la familia de lassustancias radiactivas,si bien su periodo de semidesintegración es extremadamente largo. Su potencial comocombustible nuclear,como material fértil, se debe a que presenta una altasección eficazfrente a neutrones lentos (térmicos), derivando en protactinio-233, que rápidamente se desintegra en uranio-233, el cual es un isótopo fisible que puede sostener unareacción nuclear en cadena.Esta aplicación todavía está en fase de desarrollo.

El torio fue descubierto en 1828 por el mineralogista aficionado noruegoMorten Thrane Esmarke identificado por el químico suecoJöns Jacob Berzelius,quien le puso el nombre deThor,la deidad germánica Dios del trueno. Sus primeras aplicaciones se desarrollaron a finales del sigloXIX.La radiactividad del torio fue ampliamente reconocida durante las primeras décadas del sigloXX.En la segunda mitad del siglo, el torio fue reemplazado en muchos usos debido a preocupaciones sobre su radiactividad.

El torio todavía se usa como elemento de aleación en los electrodos desoldadura TIG,pero se está reemplazando lentamente en el campo con diferentes composiciones. También fue material en óptica de alta gama e instrumentación científica, utilizado en algunos tubos de vacío de transmisión, y como fuente de luz en manto de gas, pero estos usos se han vuelto marginales. Se ha sugerido como un reemplazo para el uranio como combustible nuclear en reactores nucleares, y se han construido varios reactores de torio. El torio también se usa para fortalecermagnesio,recubrirtungstenoalambre en equipos eléctricos, controlar el tamaño de grano de tungsteno enlámparas eléctricas,crisoles de alta temperatura y gafas, incluidas lentes de cámaras e instrumentos científicos. Otros usos del torio incluyen cerámicas resistentes al calor, motores de aviones y enbombillas.La ciencia oceánica ha utilizado231Pa/230Th proporciones de isótopos para comprender el océano antiguo.[2]​

Historia

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Monacita(mineral de torio).

El torio se llamó así en honor deThor,el dios nórdico del relámpago y la tormenta.Jöns Jakob Berzeliuslo aisló por primera vez en 1828. En el últimodeceniodel sigloXIX,los investigadoresPierre CurieyMarie Curiedescubrieron que este elemento emitíaradiactividad.[3]​

Ocurrencia

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Formación

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El232Th es un nucleído primordial, habiendo existido en su forma actual durante más de diez mil millones de años; se formó durante elproceso r,que probablemente ocurre ensupernovasykilonovas(fusión deestrellas de neutrones). Estos eventos violentos lo esparcieron por toda la galaxia.[4]​[5]​ La letra "r" significa "captura rápida de neutrones", y ocurre en supernovas con colapso del núcleo, donde los núcleos semilla pesados como56Fecapturan rápidamente neutrones, subiendo contra lalínea de goteo de neutrones,ya que los neutrones se capturan mucho más rápido de lo que los nucleidos resultantes pueden decaer beta hacia la estabilidad. La captura de neutrones es la única forma en que las estrellas pueden sintetizar elementos más allá del hierro debido a la mayorbarrera de Coulombque dificulta las interacciones entre partículas cargadas a números atómicos altos y al hecho de que la fusión más allá del56Fe es unendotérmico.[6]​ Debido a la abrupta pérdida de estabilidad más allá del209Bi, el proceso r es el único proceso de nucleosíntesis estelar que puede crear torio y uranio; todos los demás procesos son demasiado lentos y los núcleos intermedios alfa se desintegran antes de capturar suficientes neutrones para alcanzar estos elementos.[4]​[7]​[8]​

En el universo, el torio se encuentra entre los elementos primordiales más escasos, porque es uno de los dos elementos que solo se pueden producir en el proceso r (el otro es el uranio), y también porque se ha ido descomponiendo lentamente desde el momento en que se formó. Los únicos elementos primordiales más raros que el torio sontulio,lutecio,tantalio y renio, los elementos impares justo antes del tercer pico de abundancias del proceso r alrededor de los metales pesados del grupo del platino, así como uranio.[4]​[6]​[10]​ En el pasado distante, las abundancias de torio y uranio se enriquecieron con la desintegración de isótopos de plutonio y curio, y el torio se enriqueció en relación con el uranio mediante la desintegración de236U a232Th y el agotamiento natural de235U, pero estas fuentes se han deteriorado hace mucho tiempo y ya no contribuyen.[11]​

En la corteza terrestre, el torio es más abundante: con una abundancia de 8.1partes por millón(ppm), es uno de los elementos pesados más abundantes, casi tan abundante como el plomo (13 ppm) y más abundante que el estaño (2.1 ppm).[12]​ Esto se debe a que es probable que el torio forme minerales de óxido que no se hunden en el núcleo; se clasifica como litófilo (clasificación de Goldschmidt), lo que significa que generalmente se encuentra combinado con oxígeno. Los compuestos de torio comunes también son poco solubles en agua. Por lo tanto, aunque loselementos refractariostienen las mismas abundancias relativas en la Tierra que en el sistema solar en su conjunto, hay más torio accesible que metales pesados del grupo del platino en la corteza.[13]​

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

En la Tierra

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El torio es el 41.erelemento más abundante en la corteza terrestre. El torio natural suele ser232Th casi puro, que es el isótopo de torio más longevo y estable, con una vida media comparable a la edad del universo.[14]​ Su desintegración radiactiva es el mayor contribuyente individual alCalor interno de la Tierra;los otros principales contribuyentes son los radionucleidos primordiales de vida más corta, que son238U,40K y235U en orden descendente de su contribución. (En el momento de la formación de la Tierra,40K y235U contribuyeron mucho más en virtud de sus cortas vidas medias, pero han decaído más rápidamente, dejando la contribución de232Th y238U predominantemente). [15]​ Su descomposición explica una disminución gradual del contenido de torio de la Tierra: el planeta tiene actualmente alrededor del 85 % de la cantidad presente en la formación de la Tierra.[16]​ Los otros isótopos naturales de torio son mucho más cortos. vivió; de ellos, solo230Th suele ser detectable, se produce enequilibrio secularcon su padre238U y constituye como máximo el 0,04 % del torio natural.[14]​[18]​

El torio solo se presenta como un constituyente minoritario de la mayoría de los minerales, y por esta razón es que previamente se le había considerado un elemento raro.[19]​ El suelo normalmente contiene unos 6 ppm de torio.[20]​

En la naturaleza, el torio se encuentra en el estado de oxidación +4, junto con el uranio(IV),zirconio(IV), hafnio(IV), y cerio(IV), y también con elescandio,ytrio,y los lantánidos trivalentes que poseenradios iónicossimilares.[19]​ A causa de la radioactividad del torio, los minerales que lo contienen a menudo sonmetamictos(amorfos), sus estructuras cristalinas han sido dañadas por la radiación alfa producida por el torio.[21]​ Un ejemplo extremo es laekanita,(Ca,Fe,Pb)
2(Th,U)Si
8O
20,que casi nunca ocurre en forma nometamicta a causa de su contenido de torio.[22]​

El calor radiogénico de la desintegración de 232Th (violeta) es uno de los principales contribuyentes al balance de calor interno de la Tierra. De los cuatro nucleidos principales que proporcionan este calor, el 232Th ha crecido para proporcionar la mayor cantidad de calor, ya que los otros decaen más rápido que el torio.[23]​[24]​[25]​[26]​

Lamonacita(principalmente fosfatos de varios elementos de tierras raras) es la fuente comercial más importante de torio porque se encuentra en grandes depósitos en todo el mundo, principalmente en India, Sudáfrica, Brasil, Australia y Malasia. Contiene alrededor de un 2,5 % de torio en promedio, aunque algunos depósitos pueden contener hasta un 20 %.[19]​[27]​ La monacita es un mineral químicamente no reactivo que se encuentra como arena amarilla o marrón; su baja reactividad hace que sea difícil extraer torio de ella.[19]​ Laalanita(en gran parte hidróxios-silacatos de diversos metales) puede tener 0.1 a 2% de torio yzirconio(principalmentesilicato de zirconio,ZrSiO
4) con hasta el 0.4% de torio,[19]​

El dióxido de torio se presenta como el raro mineraltorianita.Debido a que es isotípico con eldióxido de uranio,estos dos dióxidos de actínidos comunes pueden formar soluciones en estado sólido y el nombre del mineral cambia según el contenido de ThO2.[19]​[28]​ Latorita(principalmente silicato de torio, ThSiO4), también tiene un alto contenido de torio y es el mineral en el que se descubrió el torio por primera vez.[19]​ En los minerales de silicato de torio, los iones Th4+y el SiO4−4a menudo se reemplazan con iones M3+ (donde M= Sc, Y o Ln) y fosfato (PO3−4) respectivamente.[19]​ Debido a la gran insolubilidad del dióxido de torio, el torio no suele propagarse rápidamente por el medio ambiente cuando se libera. El ion Th4+es soluble, especialmente en suelos ácidos, y en tales condiciones la concentración de torio puede llegar a 40 ppm.[16]​

Aplicaciones del torio

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Aparte de su incipiente uso comocombustible nuclear,el torio metálico o alguno de sus óxidos se utilizan en las áreas siguientes:[29]​

  1. Agente dealeaciónen estructuras metálicas.
  2. Componente básico de la tecnología delmagnesio.
  3. Catalizadorenquímica orgánica.
  • Fabricación de:
  1. Lámparas electrónicas.
  2. Lentes de alta calidad para instrumentos de precisión. (El óxido de torio añadido al vidrio mejora sus propiedades difractivas).
  3. Electrodosespeciales parasoldadura TIG(Tungsten Inert Gas),también conocida como soldaduraGTAW(Gas Tungsten Arc Welding).La aleación con wolframio favorece mayor emisividad de electrones del electrodo. Esto facilita el encendido y permite que el electrodo de wolframio funcione a menor temperatura y aporte el mismo rendimiento en la pieza que se trabaje.
Existe el problema de que la temperatura de trabajo del electrodo de wolframio puro era aproximadamente la temperatura de fusión del wolframio: 3 400 °C. Al fundirse, esto dañaba el perfil del electrodo. Este inconveniente también se evita con electrodos que incorporan otrosdopantes,comocerio,lantanoocirconio.

Últimamente (2018) se aplica como isótopo radiactivo en la detección de fósiles superior alcarbono14.[cita requerida].

Desintegración nuclear del torio

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Cuando un átomo de torio 232 (232Th) se desintegra emite unapartícula alfa,constituida por dosprotonesy dosneutrones.La emisión de la partícula alfa reduce el número atómico del232Th en dos unidades, y elnúmero másicoen cuatro, por lo cual se convierte en elisótopo228 de otro elemento: elradio228. Posteriores desintegraciones complementan laserie del torio.Este proceso continúa hasta que finalmente se genera un elemento no radiactivo, y por tanto estable: elplomo-208,o torio C.

Elperiodo de semidesintegracióndel232Th es muy elevado (véase en la tabla), por lo que durante miles de millones de años libera radiactividad. A su vez, esto implica que la cantidad de radiactividad que emite en un periodo corto (p. ej. un día) sea muy pequeño.

El torio puede aprovecharse como fuente de energía en unReactor reproductortermal (la reacción comienza a partir de una carga inicial con uranio enriquecido o plutonio y se sostiene mediante U 233, que se genera del torio por captación de neutrones lentos hasta el total aprovechamiento del mismo, al mismo tiempo que se obtiene energía con la fisión del U 233).[cita requerida]

Véase también

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Torio.

Referencias

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  1. ↑Educaplus.org.«Elementos químicos: Torio».Consultado el 24 de marzo de 2011.
  2. ↑Negre, César et al. "Flujo inverso de aguas profundas del Atlántico durante el Último Máximo Glacial". Nature, vol. 468,7320 (2010): 84-8. doi:10.1038/nature09508
  3. ↑«Historia del torio».Archivado desdeel originalel 25 de marzo de 2012.Consultado el 31 de mayo de 2007.
  4. ↑abcCameron, A.G.W. (September 1973). «Abundances of the elements in the solar system».Space Science Reviews15(1): 121.Bibcode:1973SSRv...15..121C.S2CID120201972.doi:10.1007/BF00172440.
  5. ↑Frebel, Anna; Beers, Timothy C. (January 2018). «The formation of the heaviest elements».Physics Today71(1): 30-37.Bibcode:2018PhT....71a..30F.S2CID4295865.doi:10.1063/pt.3.3815.
  6. ↑abRoederer, I. U.; Kratz, K.-L.; Frebel, A.et al.(2009). «The End of Nucleosynthesis: Production of Lead and Thorium in the Early Galaxy».The Astrophysical Journal698(2): 1963-1980.Bibcode:2009ApJ...698.1963R.S2CID14814446.arXiv:0904.3105.doi:10.1088/0004-637X/698/2/1963.
  7. ↑Burbidge, E. Margaret; Burbidge, G. R.; Fowler, William A.; Hoyle, F. (1 de octubre de 1957). «Synthesis of the Elements in Stars».Reviews of Modern Physics29(4): 547-650.Bibcode:1957RvMP...29..547B.doi:10.1103/RevModPhys.29.547.
  8. ↑Clayton, D. D.(1968).Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis.McGraw-Hill Education. pp.577–591.ISBN978-0-226-10953-4.(requiere registro).
  9. ↑Audi, G.; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (December 2003). "The Nubase evaluation of nuclear and decay properties" (PDF). Nuclear Physics A. 729 (1): 3–128
  10. ↑An even number of either protons or neutronsgenerally increases nuclear stability of isotopes, compared to isotopes with odd numbers. Elements with odd atomic numbers have no more than two stable isotopes; even-numbered elements have multiple stable isotopes, with tin (element 50) having ten.[9]​
  11. ↑Stoll, 2005,p. 2.
  12. ↑Greenwood y Earnshaw, 1997,p. 1294.
  13. ↑Albarède, F. (2003).Geochemistry: an introduction.Cambridge University Press.p. 17.ISBN978-0-521-89148-6.
  14. ↑abcdeWickleder, Fourest y Dorhout, 2006,pp. 53–55.
  15. ↑Gando, A.; Gando, Y.; Ichimura, K.; Ikeda, H.; Inoue, K.; Kibe, Y.; Kishimoto, Y.; Koga, M.; Minekawa, Y.; Mitsui, T.; Morikawa, T.; Nagai, N.; Nakajima, K.; Nakamura, K.; Narita, K.; Shimizu, I.; Shimizu, Y.; Shirai, J.; Suekane, F.; Suzuki, A.; Takahashi, H.; Takahashi, N.; Takemoto, Y.; Tamae, K.; Watanabe, H.; Xu, B. D.; Yabumoto, H.; Yoshida, H.; Yoshida, S.; Enomoto, S.; Kozlov, A.; Murayama, H.; Grant, C.; Keefer, G.; Piepke, A.; Banks, T. I.; Bloxham, T.; Detwiler, J. A.; Freedman, S. J.; Fujikawa, B. K.; Han, K.; Kadel, R.; O’Donnell, T.; Steiner, H. M.; Dwyer, D. A.; McKeown, R. D.; Zhang, C.; Berger, B. E.; Lane, C. E.; Maricic, J.; Miletic, T.; Batygov, M.; Learned, J. G.; Matsuno, S.; Sakai, M.; Horton-Smith, G. A.; Downum, K. E.; Gratta, G.; Tolich, K.; Efremenko, Y.; Perevozchikov, O.; Karwowski, H. J.; Markoff, D. M.; Tornow, W.; Heeger, K. M.; Decowski, M. P. (September 2011).«Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements».Nature Geoscience4(9): 647-651.Bibcode:2011NatGe...4..647K.doi:10.1038/ngeo1205.Archivado desdeel originalel 17 de abril de 2023.Consultado el 14 de agosto de 2022.
  16. ↑abEmsley, J.(2011).emsley blocks: an A–Z guide to the elements.Oxford University Press.pp.544–548.ISBN978-0-19-960563-7.
  17. ↑Peppard, D. F.; Mason, G. W.; Gray, P. R.et al.(1952).«Occurrence of the (4n+ 1) Series in Nature».Journal of the American Chemical Society74(23): 6081-6084.doi:10.1021/ja01143a074.
  18. ↑Other isotopes may occur alongside232Th, but only in trace quantities. If the source contains no uranium, the only other thorium isotope present would be228Th, which occurs in thedecay chainof232Th (thethorium series): the ratio of228Th to232Th would be under 10−10.[14]​ If uranium is present, tiny traces of several other isotopes will also be present:231Th and227Th from the decay chain of235U (theactinium series), and slightly larger but still tiny traces of234Th and230Th from the decay chain of238U (theuranium series).[14]​229Th is also been produced in the decay chain of237Np (theneptunium series): all primordial237Np isextinct,but it is still produced as a result of nuclear reactions in uranium ores.[17]​229Th is mostly produced as adaughterof artificial233U made byneutron irradiationof232Th, and is extremely rare in nature.[14]​
  19. ↑abcdefghiWickleder, Fourest y Dorhout, 2006,pp. 55–56.
  20. ↑Agency for Toxic Substances and Disease Registry(2016),Thorium,consultado el 30 de septiembre de 2017.
  21. ↑Woodhead, James A.; Rossman, George R.; Silver, Leon T. (1 de febrero de 1991).«The metamictization of zircon: Radiation dose-dependent structural characteristics».American Mineralogist76(1–2): 74-82.
  22. ↑Szymanski, J. T.; Owens, D. R.; Roberts, A. C.; Ansell, H. G.; Chao, George Y. (1 de febrero de 1982).«A mineralogical study and crystal-structure determination of nonmetamict ekanite, ThCa2Si8O20».The Canadian Mineralogist20(1): 65-75.
  23. ↑Trenn, T. J. (1978). «Thoruranium (U-236) as the extinct natural parent of thorium: The premature falsification of an essentially correct theory».Annals of Science35(6): 581-597.doi:10.1080/00033797800200441.
  24. ↑Diamond, H.; Friedman, A. M.; Gindler, J. E.et al.(1956). «Possible Existence of Cm247or Its Daughters in Nature».Physical Review105(2): 679-680.Bibcode:1957PhRv..105..679D.doi:10.1103/PhysRev.105.679.
  25. ↑Rao, M. N.; Gopalan, K. (1973). «Curium-248 in the Early Solar System».Nature245(5424): 304-307.Bibcode:1973Natur.245..304R.S2CID4226393.doi:10.1038/245304a0.
  26. ↑Rosenblatt, D. B. (1953). «Effects of a Primeval Endowment of U236».Physical Review91(6): 1474-1475.Bibcode:1953PhRv...91.1474R.doi:10.1103/PhysRev.91.1474.
  27. ↑Greenwood y Earnshaw, 1997,p. 1255.
  28. ↑Thorianite refers to minerals with 75–100 mol%ThO
    2    ;uranothorianite, 25–75 mol%ThO
    2    ;thorian uraninite, 15–25 mol%ThO
    2    ;uraninite,0–15 mol%ThO
    2    .[19]​
  29. ↑Aplicaciones del torio

Bibliografía

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Enlaces externos

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