Toriy nima

Toriy
Toriy
	← Aktiniy \| Protaktiniy →
Oddiy moddaning tashqi ko‘rinishi
	Metall toriy
Atomning xossalari
Nomi, belgisi, tartib raqami	Toriy / Thorium (Th), 90
Guruh, davr, blok	3 (esk. IIIB), 7, ; f-element
Atom massasi ; (molyar massa)	232,03806(2) a. m. b. (g/mol)
Elektron konfiguratsiyasi	[Rn] 6d27s2
Atom radiusi	180 pm
Kimyoviy xossalari
Kovalent radius	165 pm
Ion radiusi	(+4e) 102 pm
Elektrmanfiylik	1,3 (Poling shkalasi)
Oksidlanish darajalari	+2, +3, +4
Ionlanish energiyasi ; (birinchi elektron)	670,4 (6,95) kJ/mol (eV)
Oddiy moddaning termodinamik xossalari
Zichlik (m. sh.)	11,78 g/sm3
Erish harorati	2028 K (1754,85 °C)
Qaynash harorati	5060 K (4786,85 °C)
Mol. erish issiqligi	16,11 kJ/mol
Mol. bug‘lanish issiqligi	513,7 kJ/mol
Molyar issiqlik sig‘imi	26,23 J/(K·mol)
Molyar hajm	19,8 sm3/mol
Kristall panjara (oddiy moddaniki)
Panjara tuzilishi	Kubik; yoqlari markazlashgan
Panjara parametrlari	5,080 Å
Debay harorati	100,00 K
Boshqa xususiyatlari
Issiqlik o‘tkazuvchanligi	(300 K) (54,0) Vt/(m·K)
CAS raqami	7440-29-1

90

Toriy

Th

232,0377

6d²7s²

Toriy (kimyoviy belgisi — Th, lot. Thorium) — kimyoviy element, u 3-guruhga (eski tasnif bo‘yicha — uchinchi guruhning yonaki kichik guruhi, IIIB) va yettinchi davrga mansub. Kimyoviy elementlarning D. I. Mendeleyev davriy jadvalida uning tartib raqami 90.

U aktinoidlar oilasiga mansub.

Oddiy modda toriy — kumushsimon oq rangli, og‘ir, kuchsiz radioaktiv metall.

Tarixi

Toriy ilk bor Yens Berselius tomonidan 1828-yilda keyinchalik torit deb nom olgan mineraldan ajratib olingan (uning tarkibida toriy silikati bor). Kashfiyotchi bu elementga momaqaldiroq xudosi nomini bergan, u Skandinaviya mifologiyasida — Tor deb ataladi.

Tabiatda uchrashi

Toriy deyarli doimo noyob yer elementlari minerallarida uchraydi. Bu minerallar toriyni olish manbalaridan biridir. Yer po‘stlog‘idagi toriy miqdori — 8—13 g/t, dengiz suvida esa — 0,05 mkg/l. Magmatik jinslarda toriy miqdori kislotali jinslardan (18 g/t) asosli jinslarga (3 g/t) tomon kamayib boradi. Toriy sezilarli miqdorda pegmatit va postmagmatik jarayonlar natijasida to‘planadi; bunda tog‘ jinslaridagi kaliy miqdori ortishi bilan toriy miqdori ham oshadi. Toriy tog‘ jinslarida asosan uran-toriy minerallarining asosiy tarkibiy qismi yoki aksessor minerallardagi izomorf aralashma sifatida uchraydi. Postmagmatik jarayonlarda maʼlum qulay sharoitlarda (eritmalarning galogenlar, ishqorlar va karbonat kislota bilan boyiganida) toriy gidrotermal eritmalarda ko‘chishi va skarnli uran-toriy hamda granat-diopsidli, ortit saqlovchi konlarda to‘planishi mumkin. Bu yerda toriyning asosiy minerallari monatsit qumi va ferritorit hisoblanadi. Toriy ayrim greyzen konlarida ham to‘planadi: u ferritoritda konsentratsiyalanadi yoki titan, uran va boshqa elementlar saqlovchi minerallarni hosil qiladi. Toriy uran bilan birga deyarli barcha slyudalar, (flogopit, muskovit va boshqalar) tarkibida aralashma sifatida bo‘ladi. Bu minerallar granitning tarkibini hosil qiluvchi minerallardir. Shu sababli ayrim konlarning granitlarini kuchsiz, biroq uzoq vaqt taʼsir qilganda inson uchun xavfli nurlanishi tufayli turar joylar qurilishida beton to‘ldirgichi sifatida ishlatish, shuningdek (solishtirma faolligiga qarab) ishlab chiqarish inshootlari va hatto aholi punktlaridan tashqaridagi yo‘llarni qurishda qo‘llash taqiqlangan.

Konlari

Toriy asosan 12 ta mineral tarkibida uchraydi.

Bu minerallarning konlari Xitoy, Avstraliya, Hindiston, Norvegiya, AQSH, Kanada, Janubiy Afrika Respublikasi, Braziliya, Pokiston, Malayziya, Shri-Lanka, Qirg‘iziston va boshqa mamlakatlarda mavjud.

Monatsit-(Ce)
Torianit
Umbozerit
Evksenit
Eshinit-(Ce)
Viikit

Olinishi

Toriy olishda toriy saqlovchi monatsit konsentratlari kislotalar yoki ishqorlar yordamida parchalanadi. Noyob yer elementlari ekstraksiya (tributilfosfat yordamida) va sorbsiya usullari bilan ajratib olinadi. So‘ng toriy metall birikmalari aralashmasidan dioksid, tetraxlorid yoki tetraftorid shaklida ajratib olinadi.

Metall toriy esa galogenidlar yoki oksiddan metallotermiya (kalsiy-, magniy- yoki natriytermiya) usuli orqali 900—1000 °С haroratda olinadi:

{\mathrm {ThF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}2\,\mathrm {Ca} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Th} {}+{}2\,\mathrm {CaF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}

,

shuningdek, elektroliz orqali ThF₄ yoki KThF₅ ni erigan KF muhitida 800 °С haroratda grafit anod yordamida ajratib olinishi ham mumkin.

Toriyning narxi 73,37 USD/kg gacha pasaydi (2009), avvalgi 96,55 USD/kg (2008).

Quyosh tizimida

Quyosh tizimi jismlarida toriyning taqsimlanishi ancha notekis bo‘lib, bu ularning geologik rivojlanishidagi tub farqlarni aks ettiradi. Oydagi toriy konsentratsiyasi ko‘rib chiqilayotgan jismlar orasida eng yuqori ekanligi aniqlangan: uning Yerga qaragan tomonidagi KREEP hududida o‘rtacha miqdor 5 ppm, chuqur jinslarning ayrim otilib chiqqan qismlarida esa — 120 ppm.

Mars yuzasining ustki qatlamida esa, aksincha, past ko‘rsatkichlar qayd etilgan: uning toriy miqdori o‘rtacha 0,6 ppm, yaʼni bundan oshmaydi, mahalliy eng yuqori ko‘rsatkich esa taxminan 1 ppm bo‘lib, u Asidaliya tekisligi hududida kuzatilgan. Veneraning vulqon jinslari toriy miqdori jihatidan Yer jinslariga yaqin: sovet qo‘nish apparatlari qo‘ngan joylarning aksariyatida bu ko‘rsatkich 4 ppm, yaʼni shu miqdorgacha bo‘lgan, ammo «Venera-8» stansiyasining asboblari quyidagi miqdordagi anomaliyani qayd etdi: 6,5 ± 2,2 ppm. Juda past konsentratsiya — atigi 220 ± 60 milliarddan bir ulush (0,22 ppm) — MESSENGER apparatining gamma-spektrometri orqali Merkuriyning shimoliy yarimsharida aniqlangan. Bu qiyin eriydigan elementlarning tanqisligini ko‘rsatadi. Plutonda toriy miqdori bevosita o‘lchanmagan, biroq nazariy modellarga ko‘ra, uzoq o‘tmishda uning radioaktiv parchalanishi kriovulkanik jarayonlarni taʼminlagan ichki issiqlik manbai bo‘lgan bo‘lishi mumkin.

Fizik xossalari

To‘liq elektron konfiguratsiya toriy atomida: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶6d²7s².

Toriy — kumushsimon oq rangli, yaltiroq, yumshoq va bolg‘alanuvchan metall. U pirofor xususiyatga ega, shuning uchun toriy kukunini kerosinda saqlash tavsiya etiladi. Toza metall havoda asta-sekin xiralashib, qorayadi; qizdirilganda esa alangalanib, dioksid hosil qilgan holda yorqin oq alanga bilan yonadi. Sovuq suvda nisbatan sekin korroziyaga uchraydi, issiq suvda esa toriy va uning asosidagi qotishmalar juda tez korroziyalanadi.

Harorat 1360 °C gacha bo‘lganda toriy kubik singoniya kristallarini (yoqlari markazlashgan panjara) hosil qiladi; elementar katak parametri a = 0,50842 nm (α-toriy). Bu haroratdan yuqorida ( 1360…1750 °C) hajm bo‘yicha markazlashgan kubik panjarali modifikatsiya barqaror bo‘ladi, bunda a = 0,411 nm (β-toriy). O‘tish entalpiyasi ΔH(α→β) = 3,5 kJ/mol.

Harorat 1,4 K dan past bo‘lganda toriy o‘ta o‘tkazuvchan holatga o‘tadi.

Erish harorati 1750 °C; qaynash harorati 4788 °C. Erish entalpiyasi 19,2 kJ/mol, bug‘lanish entalpiyasi 513,7 kJ/mol. Elektronlarning chiqish ishi 3,51 eV. Ionlanish energiyalari: M → M⁺, M⁺ → M²⁺, M²⁺ → M³⁺, M³⁺ → M⁴⁺ mos ravishda 587, 1110, 1978 va 2780 kJ/mol ni tashkil qiladi.

Izotoplari

2012-yil holatiga ko‘ra, toriyning 30 ta izotopi va yana 3 ta qo‘zg‘algan metastabil holati uning ayrim nuklidlarida maʼlum.

Toriy nuklidlaridan faqat bittasi (toriy-232) yarim yemirilish davriga ega bo‘lib, u Yerning yoshiga nisbatan yetarlicha uzun. Shu sababli tabiiy toriy deyarli butunlay shu nukliddan iborat. Ayrim izotoplar tabiiy namunalarda iz miqdorida aniqlanishi mumkin, chunki ular radioaktiv qatorlarga — radiy, aktiniy va toriy qatorlariga kiradi hamda tarixiy, hozir eskirgan nomlarga ega:

radioaktiniy ²²⁷Th,
radiotoriy ²²⁸Th,
ioniy ²³⁰Th,
uran Y ²³¹Th,
uran X1 ²³⁴Th.

Eng barqaror izotoplar — ²³²Th (yarim yemirilish davri 14,05 milliard yil), ²³⁰Th (75 380 yil), ²²⁹Th (7340 yil), ²²⁸Th (1,9116 yil). Qolgan izotoplarning yarim yemirilish davri 30 kundan kam (ularning aksariyatida esa 10 daqiqadan kam).

Toriy izotopi ²²⁹Thning ^229mTh deb belgilanuvchi, qo‘zg‘alish energiyasi juda past bo‘lgan metastabil izomeri bor: 8,355733554021(8) eV, bu yadro holatini mavjud lazerlar yordamida bevosita qo‘zg‘atish imkonini beradi. Kelajakda shu asosda yadro soatlari^[ingl.]ni yaratish mumkin; ularning aniqligi atom soatlarinikidan bir necha tartibga yuqori bo‘lishi kutilmoqda.

Kimyoviy xossalari

Toriy aktinoidlar oilasiga kiradi. Biroq elektron qobiqlarining o‘ziga xos konfiguratsiyasi tufayli u xossalari jihatidan Ti, Zr va Hf ga o‘xshaydi.

Toriy +4, +3 va +2 oksidlanish darajalarini namoyon qilishi mumkin. Eng barqarori +4. +3 va +2 darajalarini u qattiq fazada kuchli qaytaruvchilar taʼsirida olingan Вr va I galogenidlarida namoyon qiladi. Th⁴⁺ ioni gidrolizga hamda kompleks birikmalar hosil qilishga juda moyil.

Toriy kislotalarda yomon eriydi. U konsentrlangan НСl (6—12М) va HNO₃ (8—16M) eritmalarida ftor ionlari ishtirokida eriydi. Zar suvida oson eriydi. O‘yuvchi ishqorlar bilan reaksiyaga kirishmaydi.

Qizdirilganda vodorod, galogenlar, oltingugurt, azot, kremniy, alyuminiy va boshqa qator elementlar bilan reaksiyaga kirishadi. Masalan, vodorod atmosferasida 400—600 °С haroratda toriy gidridini hosil qiladi: ThH₂.

Qo‘llanilishi

Toriy bir qator sohalarda qo‘llaniladi va baʼzan uning o‘rnini boshqa modda bosa olmaydi. Bu metallning elementlar davriy jadvalidagi o‘rni va atom yadrosining tuzilishi uning yadro energiyasidan tinch maqsadlarda foydalanishdagi qo‘llanishini belgilab bergan.

Toriy-232 — juft-juft izotop (protonlar va neytronlar soni juft), shuning uchun u issiqlik neytronlari taʼsirida bo‘lina olmaydi va yadro yoqilg‘isi vazifasini bajara olmaydi. Biroq issiqlik neytronini yutganda ²³²Th izotopi ²³³U ga quyidagi sxema bo‘yicha aylanadi:

{{\vphantom {A}}_{\hphantom {}}^{\hphantom {232}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {232}}}\mathrm {Th} {}\mathrel {\xrightarrow {{\vphantom {A}}_{\hphantom {}}^{\hphantom {1}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {1}}}\mathrm {n} } } {}{\vphantom {A}}_{\hphantom {}}^{\hphantom {233}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {233}}}\mathrm {Th} {}\mathrel {\xrightarrow {\mathrm {\beta } {\vphantom {A}}^{-}} } {}{\vphantom {A}}_{\hphantom {}}^{\hphantom {233}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {233}}}\mathrm {Pa} {}\mathrel {\xrightarrow {\mathrm {\beta } {\vphantom {A}}^{-}} } {}{\vphantom {A}}_{\hphantom {}}^{\hphantom {233}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {233}}}\mathrm {U} }

.

Uran-233 ham uran-235 va plutoniy-239 singari bo‘linishga qodir. Bu yadro energetikasini rivojlantirish uchun juda katta istiqbollarni ochadi (uran-toriy yoqilg‘i sikli, tez neytronli reaktorlar, LFTR). Yadro energetikasida toriy karbidi, oksidi va ftoridi (yuqori haroratli suyuq tuzli reaktorlarda) uran va plutoniy birikmalari hamda yordamchi qo‘shimchalar bilan birga qo‘llaniladi.

Yer po‘stlog‘idagi toriyning umumiy zaxiralari uran zaxiralaridan 3—4 baravar ko‘p bo‘lgani sababli, toriydan foydalanadigan yadro energetikasi insoniyatning energiyaga bo‘lgan ehtiyojini yuzlab yillar davomida to‘liq qoplashi mumkin.

Yadro energetikasidan tashqari, toriy metali metallurgiyada (legirlashda — magniy va boshqa metallarga qo‘shishda) muvaffaqiyatli ishlatiladi; bu qotishmalarning ishlash xususiyatlarini (uzilishga chidamlilik, issiqqa bardoshlilik) yaxshilaydi. Toriy oksid ko‘rinishida qisman aviatsiya sanoati uchun yuqori mustahkamlikdagi kompozitsiyalar tayyorlashda mustahkamlovchi sifatida ishlatiladi. Toriy oksidi barcha oksidlar orasida eng yuqori erish haroratiga ega bo‘lgani (3350 K) va oksidlanmasligi tufayli o‘ta kuchli issiqlik oqimlarida ishlaydigan masʼuliyatli konstruksiyalar hamda buyumlar tayyorlashda qo‘llaniladi. U MGD-elektr stansiyalarining yonish kameralari va gazodinamik kanallarini qoplash uchun ideal material bo‘lishi mumkin. Toriy oksididan tayyorlangan tigellardan taxminan 2500—3100 °C haroratlarda foydalaniladi. Ilgari toriy oksidi cho‘g‘lanma to‘rlar tayyorlash uchun gaz chiroqlarida qo‘llanilgan.

Bevosita qizdiriladigan toriy qo‘shilgan katodlar elektron lampalarda, oksid-toriyli katodlar esa magnetronlarda va kuchli generator lampalarida qo‘llaniladi. 0,8—1 % ThO₂ ning volframga qo‘shilishi cho‘g‘lanma lampalar tolalarining tuzilishini barqarorlashtiradi. Ksenon yoyli lampalarda deyarli doimo toriy qo‘shilgan katod va anod bo‘ladi, shu sababli ular oz miqdorda radioaktivdir. Toriy oksidi yuqori haroratli pechlarda qarshilik elementi sifatida qo‘llaniladi. Toriy va uning birikmalari organik sintezda katalizatorlar tarkibida keng ishlatiladi.

Toriy(IV) oksidi 1930—1940-yillarda tibbiyotda rentgen-kontrast preparat «Torotrast» tarkibida qo‘llangan, keyinchalik uning yuqori kanserogenligi tufayli foydalanish to‘xtatilgan. Shuningdek, XX asr o‘rtalarida toriy oksidi ayrim optik asboblar linzalari va fotoapparat obyektivlari uchun toriyli shisha tayyorlashda ishlatilgan (Canon Lens, Asahi Opt. Co. Japan, Yashica, Ernst Leitz, Olympus, Fuiji Photo Film Co., Tokyo Kogaku).

2025-yil noyabrida Xitoyda toriy reaktoridan foydalanadigan dunyodagi eng yirik konteyner tashuvchi kemani qurish rejalari eʼlon qilindi.

Biologik roli

Toriy o‘simliklar va hayvonlar to‘qimalarida doimo mavjud. To‘planish koeffitsiyenti (yaʼni organizmdagi konsentratsiyaning atrof-muhitdagi konsentratsiyaga nisbati) dengiz planktonida — 1250, dengiz tubi suvo‘tlarida — 10, umurtqasizlarning yumshoq to‘qimalarida — 50—300, baliqlarda — 100. Chuchuk suv mollyuskalarida toriyning eng kichik konsentratsiyasi 3⋅10⁻⁷ %, eng yuqorisi 1⋅10⁻⁵ %, dengiz hayvonlarida esa eng kichigi 3⋅10⁻⁷ %, eng yuqorisi 3⋅10⁻⁶ %. Toriy asosan jigar va taloq, shuningdek suyak iligi, limfa tugunlari va buyrakusti bezlari tomonidan o‘zlashtiriladi; oshqozon-ichak yo‘lidan yomon so‘riladi. Inson organizmiga oziq-ovqat va suv bilan bir sutkada kiradigan toriy miqdori — 3 mkg; u siydik va najas bilan organizmdan chiqariladi (mos ravishda 0,1 va 2,9 mkg). Toriy kam zaharli, biroq tabiiy radioaktiv element sifatida organizmlarning tabiiy nurlanish foniga hissa qo‘shadi.

ifazo.uz