Thorium

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	11,7
Härte nach Mohs	2,5 - 3,0
Schallgeschwindigkeit in	2492
Schmelztemperatur in °C	1700
spezifische Schmelzwärme in	69,45
Siedetemperatur in °C	4200
spezifische Verdampfungswärme in	2344,46
Standardentropie S0 in	54
Wärmeleitfähigkeit in bei 27 °C	54,0
spezifische Wärmekapazität in	0,143
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,1540
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,001

Alle Isotope sind radioaktiv.

Isotope des Elements

Alle Isotope des Thoriums sind radioaktiv. In der Natur kommt Thorium fast ausschließlich als reines Element mit der Massenzahl 232 vor. Sechs weitere Isotope finden sich in Spuren als Produkte natürlicher Zerfallsreihen. Weitere Isotope wurden künstlich hergestellt.

Ordnungszahl Z	Massenzahl A	Atommasse in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwertszeit
90	227	227,027	Spuren	α: 6,038	18,5 d
	228	228,028	Spuren	α: 5,432	1,91 a
	229	229,031	Spuren	α: 4,845	7 · 103 a
	230	230,033	Spuren	α: 4,687	8 · 104 a
	231	231,036	Spuren	β : 0,3	25 h
	232	232,038	100%	α: 4,013	1,4 · 101 0 a
	233	233,041	künstlich	β : 1,2	22,4 min.
	234	234,043	Spuren	β : 0,2	24 h

Weitere Eigenschaften

Thorium tritt in zwei Modifikationen, α-Thorium und β-Thorium, auf, welche unter bestimmten Bedingungen ineinander überführbar sind. Es ist ein silberweiß glänzendes, weiches und radioaktives Schwermetall. Es besitzt eine mittlere Schmelz- und eine relativ hohe Siedetemperatur. In seinen Verbindungen bildet es die Oxidationsstufen II, III und IV, von denen die Stufe IV die beständigste ist. Thorium ist ein stark elektropositives und sehr unedles Metall, es ist ein starkes Reduktionsmittel. Es läuft an Luft schnell an und entzündet sich in Pulverform spontan. Mit verdünnten Säuren reagiert Thorium langsam. Salpetersäure passiviert das Element. Von konzentrierter Salzsäure und Königswasser wird Thorium schnell angegriffen. In Sauerstoffatmosphäre verbrennt es zu Thorium(IV)-oxid, mit Stickstoff verbindet es sich zu Thorium(IV)-nitrid.

Entdeckung

Der schwedische Chemiker JÖNS JAKOB BERZELIUS entdeckte Thorium in Form des Oxids 1828 im Mineral Thorit und isolierte es in unreiner Form durch Reduktion des Fluorokomplexes mit Kalium. Er nannte das Element nach dem germanischen Donnergott Donar bzw. altnordisch «Thor» und schlug das chemische Symbol «Th» vor. 1882 erhielt Lars FREDERICK NILSON reines Thorium. 1898 entdeckten MARIE CURIE und GERHARD D. SCHMIDT unabhängig voneinander die Radioaktivität des Elements.

Vorkommen/Herstellung

Thorium steht an 40. Stelle der Elementhäufigkeit und gehört zu den selteneren Elementen auf der Erde. Auf der Erde ist Thorium weit verbreitet, tritt aber nur selten angereichert in größeren Mengen auf. Es kommt in zahlreichen Mineralen meist zusammen mit Uran, Blei oder Seltenerdmetallen vor. Die Hauptvorkommen liegen in Australien, Brasilien, Indien, Türkei, den USA, Kanada, Malaysia und Norwegen. Die Herstellung von Thorium erfolgt über den Monazitsand. Dieser wird zunächst mit konzentrierter Schwefelsäure oder Natronlauge aufgeschlossen. Dann wird er durch Extraktionsprozesse mit Tributylphosphat, Methylisobutylketon oder Thiocyanaten in Thorium-Konzentrate überführt. Um die restlichen Seltenerdmetalle abzutrennen (auch Kernbrennstoffaufbereitung), werden die Konzentrate bzw. Kernbrennstoffrückstände nach dem Thorex-Verfahren in Salpetersäure gelöst. Das Thorium(IV)-nitrat, das man auf diese Weise gewinnt, wird durch Flüssig-Flüssig-Extraktion isoliert und anschließend in Thorium(IV)-oxid oder Tetrahalogenide überführt. Das Metall erhält man metallothermisch durch Reduktion des Oxids oder Halogenids mit Calcium, Magnesium, Natrium oder Kalium. Durch Schmelzflusselektrolyse von KThF₅ erhält man hochreines Thorium.

Verwendung

Thorium wird in Form des Dioxids oder Dicarbids in der Kerntechnik als Kernbrennstoff in Thorium-Hochtemperaturreaktoren eingesetzt. Außerdem wird es gemeinsam mit Uran in Form von (Th, U)O₂ oder (Th, U)C₂ als Brutstoff im Thorium-Uran-Brutprozess verwendet. Es dient in Verbindung mit Beryllium als Neutronenquelle. Es findet auch Anwendung als Getter in der Hochvakuumtechnik und als Legierungsbestandteil von Speziallegierungen. Bestimmte Legierungen dienen z. B. zum Bau von Raketentriebwerken.

Wichtige Verbindungen

Die stabile Oxidationsstufe des Thoriums ist IV. So sind alle vier Halogenide, ThF₄, ThCl₄, ThBr₄ und ThI₄, bekannt. Eine weitere wichtige Verbindung ist z. B. das Nitrat, Th(NO₃)₄, das zur quantitativen Fluoridbestimmung genutzt wird.

Bau

Thorium kristallisiert in einer dichtesten Kugelpackung von Metallatomen.