钍

金属元素

钍是一种放射性金属元素。天然钍经过中子轰击，可得铀-233，因此它是潜在的核燃料。金属钍带钢灰色光泽，质地柔软，化学性质较活泼。钍广泛分布在地壳中，是一种前景十分可观的能源材料。

历史

1815年，贝齐里乌斯从事分析瑞典法龙（Fahlum）地方出产的一种矿石，发现一种新金属氧化物和锆的氧化物很相似。他用古代北欧雷神Thor命名这一新金属为throine（钍），给出它的拉丁名称thorium和元素符号Th。由于贝齐里乌斯是当时化学界的权威，所以化学家们都承认了它。可是，贝齐里乌斯在10年后发表文章说，那个称为thorine的新金属不是新的，含它的矿石只是钇的磷酸盐，他自己撤销了对钍的发现。

到1828年，贝齐里乌斯分析了另一种矿石，是由挪威南部勒峰岛上所产的黑色花岗石中找到的，发现其中有一种当时未知的元素。仍用thorine命名它。现明确，这种矿石的主要成分是硅酸钍ThSiO4。因此钍是先被命名后被发现的。

含量分布

钍以化合物的形式存在于矿物内（例如独居石和钍石），通常与稀土金属联系在一起，天然存在钍的是质量数为232的钍同位素。

世界各国已探明的独居石储量达几百万吨。随着各国对钍矿的勘探力度的加大，钍的探明储量也在一直增加。截至2000年，全世界独居石产量约78万吨。巴西是最大的钍资源国，其次是土耳其，加拿大和美国。

中国钍资源比较丰富，据不完全统计。20多个省和地区都已发现具有相当数量的钍资源。2005年中国科学院的资料显示，内蒙古白云鄂博矿区钍储量约为22万吨，占全国钍矿产储量28.6万吨的77.3%。

在地壳中钍的平均含为0.001-0.002%，比铀的含量大两倍，与铅、钴、铋相当。它的分布是相当广泛的,共有一百多种矿物，其中最重要的有：（1）磷酸盐：独居石（铈、其他稀土及钍的磷酸盐，钍含量约4~6%）；磷酸钇矿（钇，其他稀土的磷酸盐；含少量的钍）。（2）氧化物：方钍石（氧化钍，氧化铀及少量稀土，ThO2含量高达40~90%）。（3）硅酸盐：钍石（氧化钍，氧化硅，钍含量可高达~62%）后两种矿物含钍量很高，但这些矿很稀少。

同位素与核性质

然界中大量存在的钍是232Th，丰度是100%，放射α粒子，半衰期非常长，为1.4×1010年，是天然钍放射系（4n系）的原始核。此外，自然界中还存在着很少量的天然铀系和锕铀系的成员234,230,231,227Th等核素。自然界存在的以及人工合成的钍同位素已经多达25个。寿命最长的是232Th，寿命相当长的是在铀矿中少量存在的230Th（半衰期是7.54×104年）。寿命极短的有217，218，219，220等人工核素。

232Th是钍元素最重要的核素，它俘获热中子发生（n，γ）反应的截面是7.40±0.08b，而发生裂变的截面仅仅是5.6×10-5b，因此可以认为232Th不能被热中子所裂变。发生（n，γ）反应的产物是233Th，它的衰变子体就是可裂变的233U。

232Th是钍放射系的起始母核，在经过六次α衰变和四次β衰变后，衰变系的最终子体是稳定的208Pb。相对于母体232Th的半衰期为140亿年来讲，4n系的全部子体的半衰期都是很短的。其中最长的是半衰期为5.75年的228Ra（MsTh1），其次是半衰期为1.91年的228Th（RdTh）和半衰期为3.64天的224Ra（ThX），其余的半衰期都很短。因此，虽经化学处理提纯的钍，在放置若干年后，其子体能很快地积聚起来，而使钍成品往往都具有由子体产生的很强的放射性。

理化性质

物理性质

化学性质

钍的化学性质比较活泼，不溶于稀酸和氢氟酸，溶于发烟的盐酸、硫酸和王水中。硝酸能使钍钝化。苛性碱对它无作用。高温时可与卤素、硫、氮作用。钍是放射性元素，自然界的钍全部为232Th，所有钍盐都显示出+4价。在化学性质上与锆、铪相似。除惰性气体外，钍能与几乎所有的非金属元素作用，生成二元化合物；加热时迅速氧化并发出耀眼的光。钍是高毒性元素。

钍化合物

二氧化钍ThO2是仅有的较稳定的钍氧化物，属于简单立方晶系，a=5.5971Å，为萤石型结构。熔点高达3390℃，是氧化物中的最高熔融温度。钍的卤化物以四氟化钍ThF4最为重要。四氟化钍是熔盐电解法制备粉末状金属钍的原料，也是钙热还原法制取金属钍的原料。它是白色结晶粉末，具有八个配位氟原子的UF4型结构，单斜晶系。另一个在核工艺中有价值的卤化物是四氯化钍ThCl4，它是制备金属钍的氯化物熔盐电解法的原料。用盐酸处理ThO2或ThCl4可得到四氯化钍的水溶液。硝酸钍Th(NO3)4在钍的工艺生产中有重要的价值。它形成的五水合物Th(NO3)4·5H2O中钍为十一配位。

制备方法

钍元素多数以氧化物的形式存在于矿物内（如独居石），通常与稀土金属和铪等金属的氧化物共生，钍的氧化物和其他稀土元素的氧化物一样，很难还原，虽然贝齐里乌斯曾利用金属钾和氟化钍钾作用，获得不纯的金属钍：K2ThF6 + 4K = 6KF + Th。后来用电解的方法才获得较纯的钍。制备钍的最常用方法是将钙与氧化钍研磨后放在CaO衬里的坩埚中在氩气氛围下加热至1000℃，然后用水和稀酸浸取产物，可以得到粉末状金属钍。

用还原的方法很难制得纯的固态金属钍，商业上可买到杂质含量小于0.20%的200目金属粉末，粉末中一般不标出氧含量，通常不能用于许多物理化学性能的测定。

应用领域

钍一般用来制造合金以提高金属强度；灼烧二氧化钍会发出强烈的白光因此曾经做煤气灯的白热纱罩。钍衰变所储藏的能量，比铀、煤、石油和其他燃料总和还要多许多，而且钍的含量也要比铀多得多，所以钍是一种极有前途的能源。钍还是制造高级透镜的常用原料。用中子轰击钍可以得到一种核燃料——铀-233。

另外，钍也是比铀更安全的核燃料，是未来核能利用的发展方向。

计算化学数据

数据：

1.疏水参数计算参考值（XlogP）:无

2.氢键供体数量:0

3.氢键受体数量:0

4.可旋转化学键数量:0

5.互变异构体数量:无

6.拓扑分子极性表面积0