Dióxido de tório - Thorium dioxide

Dióxido de tório
Fluorite-unit-cell-3D-ionic.png
Nomes
Nomes IUPAC
Dióxido de
tório Óxido de tório (IV)
Outros nomes

Anidrido de toria tório
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ECHA InfoCard 100.013.842 Edite isso no Wikidata
UNII
  • InChI = 1S / 2O.Th
  • O = [Th] = O
Propriedades
ThO 2
Massa molar 264,037 g / mol
Aparência sólido branco
Odor inodoro
Densidade 10,0 g / cm 3
Ponto de fusão 3.350 ° C (6.060 ° F; 3.620 K)
Ponto de ebulição 4.400 ° C (7.950 ° F; 4.670 K)
insolúvel
Solubilidade insolúvel em álcali
ligeiramente solúvel em ácido
−16,0 · 10 −6  cm 3 / mol
2.200 (torianita)
Estrutura
Fluorita (cúbica), cF12
Fm 3 m, No. 225
a  = 559,74 (6) pm
Tetraédrico (O 2− ); cúbico (Th IV )
Termoquímica
65,2 (2) J K −1  mol −1
Entalpia
padrão de formação f H 298 )
-1226 (4) kJ / mol
Perigos
NFPA 704 (diamante de fogo)
2
0
0
Risco especial RA: Radioativo.  Por exemplo, plutônio
Ponto de inflamação Não inflamável
Dose ou concentração letal (LD, LC):
LD 50 ( dose mediana )
400 mg / kg
Compostos relacionados
Outros cátions
Óxido de háfnio (IV) Óxido de
cério (IV)
Compostos relacionados
Óxido de protactínio (IV) Óxido de
urânio (IV)
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

O dióxido de tório (ThO 2 ), também chamado de óxido de tório (IV) , é um sólido cristalino, geralmente de cor branca ou amarela. Também conhecido como thoria , é produzido principalmente como um subproduto da produção de lantanídeos e urânio . Torianita é o nome da forma mineralógica do dióxido de tório . É moderadamente raro e cristaliza em um sistema isométrico. O ponto de fusão do óxido de tório é 3300 ° C - o mais alto de todos os óxidos conhecidos. Apenas alguns elementos (incluindo tungstênio e carbono ) e alguns compostos (incluindo carboneto de tântalo ) têm pontos de fusão mais altos. Todos os compostos de tório são radioativos porque não existem isótopos estáveis de tório .

Estrutura e reações

Thoria existe como dois polimorfos. Um tem uma estrutura de cristal de fluorita . Isso é incomum entre os dióxidos binários . (Outros óxidos binários com estrutura de fluorita incluem dióxido de cério , dióxido de urânio e dióxido de plutônio .) O gap de toria é de cerca de 6  eV . Uma forma tetragonal de thoria também é conhecida.

O dióxido de tório é mais estável do que o monóxido de tório (ThO). Somente com o controle cuidadoso das condições de reação a oxidação do metal de tório pode dar o monóxido ao invés do dióxido. Em temperaturas extremamente altas, o dióxido pode se converter em monóxido por uma reação de desproporção (equilíbrio com o metal de tório líquido) acima de 1.850 K (1.580 ° C; 2.870 ° F) ou por simples dissociação (evolução de oxigênio) acima de 2.500 K (2.230 ° C; 4.040 ° F).

Formulários

Combustíveis nucleares

O dióxido de tório (thoria) pode ser usado em reatores nucleares como pelotas de combustível de cerâmica, normalmente contidas em barras de combustível nuclear revestidas com ligas de zircônio. O tório não é físsil (mas é "fértil", produzindo urânio-233 físsil sob o bombardeio de nêutrons); portanto, deve ser usado como combustível de reator nuclear em conjunto com isótopos físseis de urânio ou plutônio. Isso pode ser conseguido misturando tório com urânio ou plutônio, ou usando-o em sua forma pura em conjunto com barras de combustível separadas contendo urânio ou plutônio. O dióxido de tório oferece vantagens sobre os grânulos de dióxido de urânio convencionais, devido à sua maior condutividade térmica (menor temperatura de operação), ponto de fusão consideravelmente mais alto e estabilidade química (não oxida na presença de água / oxigênio, ao contrário do dióxido de urânio).

O dióxido de tório pode ser transformado em combustível nuclear , transformando-o em urânio-233 (veja abaixo e consulte o artigo sobre tório para obter mais informações). A alta estabilidade térmica do dióxido de tório permite aplicações em spray de chama e cerâmicas de alta temperatura.

Ligas

O dióxido de tório é usado como estabilizador em eletrodos de tungstênio em soldagem TIG , tubos de elétrons e motores de turbina a gás de aeronaves. Como uma liga, o metal de tungstênio toriado não é facilmente deformado porque o material de alta fusão thoria aumenta as propriedades mecânicas de alta temperatura e o tório ajuda a estimular a emissão de elétrons ( termions ). É o aditivo de óxido mais popular devido ao seu baixo custo, mas está sendo eliminado em favor de elementos não radioativos, como cério , lantânio e zircônio .

O níquel disperso Thoria encontra suas aplicações em várias operações de alta temperatura, como motores de combustão, porque é um bom material resistente à fluência. Também pode ser usado para captura de hidrogênio.

Catálise

O dióxido de tório quase não tem valor como catalisador comercial, mas tais aplicações foram bem investigadas. É um catalisador na síntese do anel grande de Ruzicka . Outras aplicações que foram exploradas incluem craqueamento de petróleo , conversão de amônia em ácido nítrico e preparação de ácido sulfúrico .

Agentes de radiocontraste

O dióxido de tório era o ingrediente principal do Thorotrast , um agente de radiocontraste outrora comum usado para angiografia cerebral ; no entanto, causa uma forma rara de câncer ( angiossarcoma hepático ) muitos anos após a administração. Esse uso foi substituído por iodo injetável ou suspensão ingerível de sulfato de bário como agentes de contraste de raios-X padrão .

Mantos de lâmpada

Outro uso importante no passado foi no manto de gás de lanternas desenvolvidas por Carl Auer von Welsbach em 1890, que são compostas por 99 por cento de ThO 2 e 1% de óxido de cério (IV) . Mesmo no final da década de 1980, estimou-se que cerca de metade de todo o ThO 2 produzido (várias centenas de toneladas por ano) foi usado para esse fim. Alguns mantos ainda usam tório, mas o óxido de ítrio (ou às vezes óxido de zircônio ) é usado cada vez mais como substituto.

Fabricação de vidro

Três lentes de amarelado a transparente da esquerda para a direita
Lente amarelada de dióxido de tório (esquerda), uma lente semelhante parcialmente desamarelada com radiação ultravioleta (centro) e lente sem amarelecimento (direita)

Quando adicionado ao vidro , o dióxido de tório ajuda a aumentar seu índice de refração e diminuir a dispersão . Esse vidro encontra aplicação em lentes de alta qualidade para câmeras e instrumentos científicos. A radiação dessas lentes pode escurecê-las e torná-las amarelas ao longo dos anos e degradar o filme, mas os riscos à saúde são mínimos. As lentes amareladas podem ser restauradas ao seu estado incolor original por exposição prolongada à radiação ultravioleta intensa. Desde então, o dióxido de tório foi substituído por óxidos de terras raras, como o óxido de lantânio, em quase todos os vidros modernos de alto índice, pois eles fornecem efeitos semelhantes e não são radioativos.

Referências

Fontes citadas