Thoriumdioxid - Thorium dioxide
Namen | |
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IUPAC-Namen
Thoriumdioxid
Thorium(IV)-oxid |
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Andere Namen
Thoriumoxid
Thorium anhydrid |
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Bezeichner | |
3D-Modell ( JSmol )
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ECHA-Infokarte | 100.013.842 |
PubChem- CID
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UNII | |
CompTox-Dashboard ( EPA )
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Eigenschaften | |
ThO 2 | |
Molmasse | 264.037 g/mol |
Aussehen | weißer Feststoff |
Geruch | geruchlos |
Dichte | 10,0 g / cm 3 |
Schmelzpunkt | 3.350 °C (6.060 °F; 3.620 K) |
Siedepunkt | 4.400 °C (7.950 °F; 4.670 K) |
unlöslich | |
Löslichkeit | unlöslich in Alkali schwach löslich in Säure |
-16,0·10 -6 cm 3 /mol | |
Brechungsindex ( n D )
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2.200 (Thorianit) |
Struktur | |
Fluorit (kubisch), cF12 | |
FM 3 m, Nr. 225 | |
a = 559,74(6) pm
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Tetraeder (O 2– ); kubisch (Th IV ) | |
Thermochemie | |
Std molare
Entropie ( S |
65,2(2) JK −1 mol −1 |
Std
Bildungsenthalpie (Δ f H ⦵ 298 ) |
-1226(4) kJ/mol |
Gefahren | |
NFPA 704 (Feuerdiamant) | |
Flammpunkt | Nicht brennbar |
Letale Dosis oder Konzentration (LD, LC): | |
LD 50 ( mediane Dosis )
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400 mg/kg |
Verwandte Verbindungen | |
Andere Kationen
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Hafnium(IV)-oxid Cer(IV)-oxid |
Verwandte Verbindungen
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Protactinium(IV)-oxid Uran(IV)-oxid |
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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überprüfen ( was ist ?) | |
Infobox-Referenzen | |
Thoriumdioxid (ThO 2 ), auch Thorium(IV)-oxid genannt , ist ein kristalliner Feststoff, oft weiß oder gelb. Auch als Thoria bekannt , wird es hauptsächlich als Nebenprodukt der Lanthanoid- und Uranproduktion hergestellt . Thorianit ist der Name der mineralogischen Form von Thoriumdioxid . Es ist mäßig selten und kristallisiert in einem isometrischen System. Der Schmelzpunkt von Thoriumoxid liegt bei 3300 °C – der höchste aller bekannten Oxide. Nur wenige Elemente (darunter Wolfram und Kohlenstoff ) und wenige Verbindungen (darunter Tantalcarbid ) haben höhere Schmelzpunkte. Alle Thoriumverbindungen sind radioaktiv, da es keine stabilen Isotope von Thorium gibt .
Struktur und Reaktionen
Thoria existiert als zwei Polymorphe. Einer hat eine Fluorit- Kristallstruktur. Dies ist bei binären Dioxiden ungewöhnlich . (Andere binäre Oxide mit Fluoritstruktur umfassen Cerdioxid , Urandioxid und Plutoniumdioxid .) Die Bandlücke von Thoriumoxid beträgt etwa 6 eV . Eine tetragonale Form der Thoria ist ebenfalls bekannt.
Thoriumdioxid ist stabiler als Thoriummonoxid (ThO). Nur bei sorgfältiger Kontrolle der Reaktionsbedingungen kann die Oxidation von Thoriummetall eher das Monoxid als das Dioxid ergeben. Bei extrem hohen Temperaturen kann das Dioxid entweder durch eine Disproportionierungsreaktion (Gleichgewicht mit flüssigem Thoriummetall) über 1.850 K (1.580 °C; 2.870 °F) oder durch einfache Dissoziation (Sauerstoffentwicklung) über 2.500 K (2.230 .) in das Monoxid umgewandelt werden °C; 4.040 °F).
Anwendungen
Kernbrennstoffe
Thoriumdioxid (Thoria) kann in Kernreaktoren als keramische Brennstoffpellets verwendet werden, die typischerweise in mit Zirkoniumlegierungen ummantelten Kernbrennstäben enthalten sind. Thorium ist nicht spaltbar (aber ist "fruchtbar" und brütet spaltbares Uran-233 unter Neutronenbeschuss); Daher muss es als Kernreaktorbrennstoff in Verbindung mit spaltbaren Isotopen von entweder Uran oder Plutonium verwendet werden. Dies kann erreicht werden, indem Thorium mit Uran oder Plutonium vermischt wird oder es in seiner reinen Form in Verbindung mit separaten Brennstäben verwendet wird, die Uran oder Plutonium enthalten. Thoriumdioxid bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen Urandioxid-Brennstoffpellets aufgrund seiner höheren Wärmeleitfähigkeit (niedrigere Betriebstemperatur), deutlich höherem Schmelzpunkt und chemischer Stabilität (oxidiert nicht in Gegenwart von Wasser/Sauerstoff, im Gegensatz zu Urandioxid).
Thoriumdioxid kann in einen Kernbrennstoff umgewandelt werden, indem es zu Uran-233 gezüchtet wird (siehe unten und für weitere Informationen siehe den Artikel über Thorium ). Die hohe thermische Stabilität von Thoriumdioxid ermöglicht Anwendungen im Flammspritzen und in der Hochtemperaturkeramik.
Legierungen
Thoriumdioxid wird als Stabilisator in Wolframelektroden beim WIG-Schweißen , Elektronenröhren und Flugzeuggasturbinentriebwerken verwendet. Als Legierung lässt sich thoriertes Wolframmetall nicht leicht verformen, da das hochschmelzende Material Thoria die mechanischen Hochtemperatureigenschaften verbessert und Thorium die Emission von Elektronen ( Thermionen ) stimuliert . Es ist aufgrund seiner geringen Kosten das beliebteste Oxidadditiv, wird jedoch zugunsten nicht radioaktiver Elemente wie Cer , Lanthan und Zirkon abgeschafft .
In Thoria dispergiertes Nickel findet seine Anwendung in verschiedenen Hochtemperaturbetrieben wie Verbrennungsmotoren, da es ein gutes kriechbeständiges Material ist. Es kann auch zum Einfangen von Wasserstoff verwendet werden.
Katalyse
Thoriumdioxid hat als kommerzieller Katalysator fast keinen Wert, aber solche Anwendungen wurden gut untersucht. Es ist ein Katalysator in der Ruzicka-Großringsynthese . Andere Anwendungen , die erforscht wurden , umfassen das Cracken von Erdöl , die Umwandlung von Ammoniak in Salpetersäure und die Herstellung von Schwefelsäure .
Röntgenkontrastmittel
Thoriumdioxid war der Hauptbestandteil von Thorotrast , einem einst häufig verwendeten Röntgenkontrastmittel, das für die zerebrale Angiographie verwendet wird, es verursacht jedoch viele Jahre nach der Verabreichung eine seltene Form von Krebs (hepatisches Angiosarkom ). Diese Verwendung wurde durch injizierbares Jod oder eine einnehmbare Bariumsulfat-Suspension als Standard -Röntgenkontrastmittel ersetzt .
Lampenmäntel
Eine weitere wichtige Anwendung war in der Vergangenheit in Gasmantel von Laternen entwickelten Carl Auer von Welsbach - 1890, die aus 99 Prozent ThO zusammengesetzt sind , 2 und 1% Cer (IV) -oxid . Noch in den 1980er Jahren wurde geschätzt, dass etwa die Hälfte des gesamten produzierten ThO 2 (mehrere hundert Tonnen pro Jahr) für diesen Zweck verwendet wurde. Einige Mäntel verwenden noch Thorium, aber Yttriumoxid (oder manchmal Zirkoniumoxid ) wird zunehmend als Ersatz verwendet.
Glasherstellung
Wenn es Glas hinzugefügt wird , hilft Thoriumdioxid, seinen Brechungsindex zu erhöhen und die Dispersion zu verringern . Dieses Glas findet Anwendung in hochwertigen Objektiven für Kameras und wissenschaftliche Instrumente. Die Strahlung dieser Linsen kann sie über einen Zeitraum von Jahren verdunkeln und vergilben und den Film angreifen, aber die Gesundheitsrisiken sind minimal. Vergilbte Linsen können durch längere Einwirkung von intensiver ultravioletter Strahlung in ihren ursprünglichen farblosen Zustand zurückversetzt werden. Thoriumdioxid wurde inzwischen in fast allen modernen hochbrechenden Gläsern durch Seltenerdoxide wie Lanthanoxid ersetzt , da sie ähnliche Wirkungen haben und nicht radioaktiv sind.
Verweise
Zitierte Quellen
- Haynes, William M., Hrsg. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92. Aufl.). CRC Drücken Sie . ISBN 978-1439855119.