釷(金屬元素)

釷(thorium，Th)CAS號7440-29-1，原子序數90，原子量232.04。釷為銀白色重金屬，熔點1690~1750℃，沸點3500~4200℃，化學活性與鎂相似，與稀酸及苛性鹼不起反應，部分溶於鹽酸。釷為放射性元素，可發生a衰變，TH、TH的物理半衰期分別為1.4x10年,、1.92年。

1815年，貝齊里烏斯在研究瑞典法龍礦石時，發現一種類似鋯氧化物的新金屬氧化物，命名為“釷”（Th）。然而，10年後他發現這其實是釔的磷酸鹽，於是撤銷了這一發現。雖然當時並未發現真正的釷元素，但卻將該命名保留了下來，直到1828年時才發現了真正的釷元素並沿用了這個名字，釷也是唯一一個先有名字再被發現的元素。

釷是長壽命天然放射性元素，在自然界中有6個天然同位素，其中Th幾乎占釷的天然同位素豐度的100%，其它同位素豐度很低，無需進行同位素分離。Th的半衰期為139億年，比U和U的半衰期長得多，約為地球年齡（45.5億年）的3倍，甚至比普遍接受的宇宙年齡（138.2億年）稍長。

釷是一種頗具核能潛力的、前景十分可觀的燃料元素，被廣泛套用於合金材料、白熱紗罩、醫療和航空航天等領域，套用領域寬泛。中國釷資源比較豐富，據不完全統計。20多個省和地區都已發現具有相當數量的釷資源。2005年中國科學院的資料顯示，內蒙古白雲鄂博礦區釷儲量約為22萬噸，占全國釷礦產儲量28.6萬噸的77.3%。

基本介紹

• 中文名：釷
• 外文名：Thorium
• CAS登錄號：7440-29-1
• EINECS登錄號：231-139-7
• 熔點：1842 ℃
• 沸點：4788 ℃
• 密度：11.7 g/cm
• 外觀：帶鋼灰色光澤，質地柔軟
• 元素符號：Th
• 發現人：貝采利烏斯
• 原子序數：90
• 原子量：232.0377
• 周期：第七周期
• 族：IIIB族
• 電子排布：[Rn]6d7s
• 元素類別：錒系元素

歷史

1815年，貝齊里烏斯從事分析瑞典法龍（Fahlum）地方出產的一種礦石，發現一種新金屬氧化物和鋯的氧化物很相似。他用古代北歐雷神Thor命名這一新金屬為throine（釷），給出它的拉丁名稱thorium和元素符號Th。由於貝齊里烏斯是當時化學界的權威，所以化學家們都承認了它。可是，貝齊里烏斯在10年後發表文章說，那個稱為thorine的新金屬不是新的，含它的礦石只是釔的磷酸鹽，他自己撤銷了對釷的發現。

到1828年，貝齊里烏斯分析了另一種礦石，是由挪威南部勒峰島上所產的黑色花崗石中找到的，發現其中有一種當時未知的元素。仍用thorine命名它。現明確，這種礦石的主要成分是矽酸釷ThSiO₄。因此釷是先被命名後被發現的。

含量分布

釷以化合物的形式存在於礦物內（例如獨居石和釷石），通常與稀土金屬聯繫在一起，天然存在釷的是質量數為232的釷同位素。

世界各國已探明的獨居石儲量達幾百萬噸。隨著各國對釷礦的勘探力度的加大，釷的探明儲量也在一直增加。截至2000年，全世界獨居石產量約78萬噸。巴西是最大的釷資源國，其次是土耳其，加拿大和美國。

中國釷資源比較豐富，據不完全統計。20多個省和地區都已發現具有相當數量的釷資源。2005年中國科學院的資料顯示，內蒙古白雲鄂博礦區釷儲量約為22萬噸，占全國釷礦產儲量28.6萬噸的77.3%。

在地殼中釷的平均含為0.001-0.002%，比鈾的含量大兩倍，與鉛、鈷、鉍相當。它的分布是相當廣泛的,共有一百多種礦物，其中最重要的有：（1）磷酸鹽：獨居石（鈰、其他稀土及釷的磷酸鹽，釷含量約4~6%）；磷酸釔礦（釔，其他稀土的磷酸鹽；含少量的釷）。（2）氧化物：方釷石（氧化釷，氧化鈾及少量稀土，ThO₂含量高達40~90%）。（3）矽酸鹽：釷石（氧化釷，氧化矽，釷含量可高達~62%）後兩種礦物含釷量很高，但這些礦很稀少。

同位素與核性質

然界中大量存在的釷是Th，豐度是100%，放射α粒子，半衰期非常長，為1.4×10年，是天然釷放射系（4n系）的原始核。此外，自然界中還存在著很少量的天然鈾系和錒鈾系的成員Th等核素。自然界存在的以及人工合成的釷同位素已經多達25個。壽命最長的是Th，壽命相當長的是在鈾礦中少量存在的Th（半衰期是7.54×10年）。壽命極短的有217，218，219，220等人工核素。

Th是釷元素最重要的核素，它俘獲熱中子發生（n，γ）反應的截面是7.40±0.08b，而發生裂變的截面僅僅是5.6×10b，因此可以認為Th不能被熱中子所裂變。發生（n，γ）反應的產物是Th，它的衰變子體就是可裂變的U。

Th是釷放射系的起始母核，在經過六次α衰變和四次β衰變後，衰變系的最終子體是穩定的Pb。相對於母體Th的半衰期為140億年來講，4n系的全部子體的半衰期都是很短的。其中最長的是半衰期為5.75年的Ra（MsTh₁），其次是半衰期為1.91年的Th（RdTh）和半衰期為3.64天的Ra（ThX），其餘的半衰期都很短。因此，雖經化學處理提純的釷，在放置若干年後，其子體能很快地積聚起來，而使釷成品往往都具有由子體產生的很強的放射性。

理化性質

物理性質

外觀	銀白色金屬，暴露在大氣中漸變為灰色。
質地	質較軟，可鍛造。
熔點	1842°C
沸點	4788°C
密度	11.7g/cm
原子排列	在1400℃以下原子排列成面心立方晶體；當加熱達到此溫度時，便改為體心立方晶體。

化學性質

釷的化學性質比較活潑，不溶於稀酸和氫氟酸，溶於發煙的鹽酸、硫酸和王水中。硝酸能使釷鈍化。苛性鹼對它無作用。高溫時可與鹵素、硫、氮作用。釷是放射性元素，自然界的釷全部為Th，所有釷鹽都顯示出+4價。在化學性質上與鋯、鉿相似。除惰性氣體外，釷能與幾乎所有的非金屬元素作用，生成二元化合物；加熱時迅速氧化並發出耀眼的光。釷是高毒性元素。

金屬釷

釷化合物

二氧化釷ThO₂是僅有的較穩定的釷氧化物，屬於簡單立方晶系，a=5.5971Å，為螢石型結構。熔點高達3390℃，是氧化物中的最高熔融溫度。釷的鹵化物以四氟化釷ThF₄最為重要。四氟化釷是熔鹽電解法製備粉末狀金屬釷的原料，也是鈣熱還原法製取金屬釷的原料。它是白色結晶粉末，具有八個配位氟原子的UF₄型結構，單斜晶系。另一個在核工藝中有價值的鹵化物是四氯化釷ThCl₄，它是製備金屬釷的氯化物熔鹽電解法的原料。用鹽酸處理ThO₂或ThCl₄可得到四氯化釷的水溶液。硝酸釷Th(NO₃)₄在釷的工藝生產中有重要的價值。它形成的五水合物Th(NO₃)₄·5H₂O中釷為十一配位。

製備方法

釷元素多數以氧化物的形式存在於礦物內（如獨居石），通常與稀土金屬和鉿等金屬的氧化物共生，釷的氧化物和其他稀土元素的氧化物一樣，很難還原，雖然貝齊里烏斯曾利用金屬鉀和氟化釷鉀作用，獲得不純的金屬釷：K₂ThF₆ + 4K = 6KF + Th。後來用電解的方法才獲得較純的釷。製備釷的最常用方法是將鈣與氧化釷研磨後放在CaO襯裡的坩堝中在氬氣氛圍下加熱至1000℃，然後用水和稀酸浸取產物，可以得到粉末狀金屬釷。

用還原的方法很難製得純的固態金屬釷，商業上可買到雜質含量小於0.20%的200目金屬粉末，粉末中一般不標出氧含量，通常不能用於許多物理化學性能的測定。

套用領域

釷一般用來製造合金以提高金屬強度；灼燒二氧化釷會發出強烈的白光因此曾經做煤氣燈的白熱紗罩。釷衰變所儲藏的能量，比鈾、煤、石油和其他燃料總和還要多許多，而且釷的含量也要比鈾多得多，所以釷是一種極有前途的能源。釷還是製造高級透鏡的常用原料。用中子轟擊釷可以得到一種核燃料——鈾-233。

另外，釷也是比鈾更安全的核燃料，是未來核能利用的發展方向。

計算化學數據

數據：

1.疏水參數計算參考值（XlogP）:無

2.氫鍵供體數量:0

3.氫鍵受體數量:0

4.可旋轉化學鍵數量:0

5.互變異構體數量:無

6.拓撲分子極性表面積0

7.重原子數量:1

8.表面電荷:0

9.複雜度:0

10.同位素原子數量:0

11.確定原子立構中心數量:0

12.不確定原子立構中心數量:0

13.確定化學鍵立構中心數量:0

14.不確定化學鍵立構中心數量:0

15.共價鍵單元數量:1

安全信息

信息：

風險類別：7

危險類別碼：23/24/25-34

安全標誌：S27:立刻除去所有污染衣物。

S45:出現意外或者感到不適，立刻到醫生那裡尋求幫助（最好帶去產品容器標籤）。

S26:萬一接觸眼睛，立即使用大量清水沖洗並送醫診治。

新聞事件

2025年2月28日訊息，中國內蒙古自治區白雲鄂博礦區探明的釷儲量足以為中國提供6萬年的能源供應。