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Articulo de referencia

dióxido de torio

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El dióxido de torio (ThO₂ ) , también llamado óxido de torio(IV) , es un sólido cristalino, a menudo de color blanco o amarillo. También conocido como toria , es principalmente un subproducto de la producción de lantánidos y uranio . [ 4 ] La torianita es el nombre de la forma mineralógica del dióxido de torio . Es moderadamente rara y cristaliza en un sistema isométrico. El punto de fusión del óxido de torio es de 3300  °C, el más alto de todos los óxidos conocidos. Solo unos pocos elementos (incluidos el tungsteno y el carbono ) y unos pocos compuestos (incluido el carburo de tantalio ) tienen puntos de fusión más altos. [ 6 ] Todos los compuestos de torio, incluido el dióxido, son radiactivos porque no hay isótopos estables de torio .

Estructura y reacciones

El dióxido de torio existe en dos formas polimórficas. Una de ellas presenta una estructura cristalina de fluorita , lo cual es poco común entre los dióxidos binarios . (Otros óxidos binarios con estructura de fluorita incluyen el dióxido de cerio , el dióxido de uranio y el dióxido de plutonio ). La banda prohibida del dióxido de torio es de aproximadamente 6 eV . También se conoce una forma tetragonal de dióxido de torio. 

El dióxido de torio es más estable que el monóxido de torio (ThO). [ 7 ] Solo con un control preciso de las condiciones de reacción se puede lograr que la oxidación del torio metálico produzca monóxido en lugar de dióxido. A temperaturas extremadamente altas, el dióxido puede convertirse en monóxido mediante una reacción de desproporción (equilibrio con torio metálico líquido) por encima de 1850 K (1580 °C; 2870 °F) o mediante una simple disociación (liberación de oxígeno) por encima de 2500 K (2230 °C; 4040 °F) . [ 8 ]      

Aplicaciones

combustibles nucleares

El dióxido de torio se puede utilizar en reactores nucleares como pastillas de combustible cerámico, generalmente contenidas en barras de combustible nuclear revestidas con aleaciones de circonio. El torio no es fisionable (pero es "fértil", ya que produce uranio-233 fisionable bajo bombardeo de neutrones); por lo tanto, debe utilizarse como combustible de reactor nuclear junto con isótopos fisionables de uranio o plutonio. Esto se puede lograr mezclando torio con uranio o plutonio, o utilizándolo en su forma pura junto con barras de combustible separadas que contengan uranio o plutonio. El dióxido de torio ofrece ventajas sobre las pastillas de combustible de dióxido de uranio convencionales, debido a su mayor conductividad térmica (menor temperatura de funcionamiento), punto de fusión considerablemente más alto y estabilidad química (no se oxida en presencia de agua u oxígeno, a diferencia del dióxido de uranio).

El dióxido de torio puede transformarse en combustible nuclear mediante su conversión en uranio-233 (véase más abajo y consulte el artículo sobre el torio para obtener más información). Su elevada estabilidad térmica permite su uso en la proyección térmica y en cerámica de alta temperatura.

Aleaciones

El dióxido de torio se utiliza como estabilizador en electrodos de tungsteno para soldadura TIG , tubos electrónicos y motores de turbina de gas para aeronaves. Como aleación, el tungsteno toriado no se deforma fácilmente debido a que el dióxido de torio, un material de alta fusión, mejora sus propiedades mecánicas a altas temperaturas, y el torio estimula la emisión de electrones ( termiones ). Es el aditivo de óxido más popular por su bajo costo, pero se está reemplazando gradualmente por elementos no radiactivos como el cerio , el lantano y el circonio .

El níquel disperso en dióxido de torio encuentra aplicaciones en diversas operaciones a altas temperaturas, como en motores de combustión, debido a su buena resistencia a la fluencia. También puede utilizarse para la captura de hidrógeno. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]

Catálisis

El dióxido de torio prácticamente no tiene valor como catalizador comercial, pero sus aplicaciones han sido ampliamente investigadas. Se utiliza como catalizador en la síntesis de anillos grandes de Ruzicka . Otras aplicaciones exploradas incluyen el craqueo de petróleo , la conversión de amoníaco en ácido nítrico y la preparación de ácido sulfúrico . [ 14 ]

Agentes de contraste radiológico

El dióxido de torio era el ingrediente principal de Thorotrast , un agente de contraste radiológico que antes se usaba comúnmente para la angiografía cerebral ; sin embargo, causa una forma rara de cáncer ( angiosarcoma hepático ) muchos años después de su administración. [ 15 ] Este uso fue reemplazado por yodo inyectable o suspensión de sulfato de bario ingerible como agentes de contraste radiológico estándar .

camisas de lámparas

Otro uso importante en el pasado fue en la camisa de gas de las linternas desarrolladas por Carl Auer von Welsbach en 1890, que están compuestas de 99 % de ThO₂ y 1 % de óxido de cerio(IV) . Incluso en la década de 1980 se estimaba que aproximadamente la mitad de todo el ThO₂ producido (varios cientos de toneladas por año) se utilizaba para este fin. [ 16 ] Algunas camisas todavía usan torio, pero el óxido de itrio (o a veces el óxido de circonio ) se usa cada vez más como reemplazo.

Fabricación de vidrio

Tres lentes, desde amarillentas hasta transparentes, de izquierda a derecha.
Lente de dióxido de torio amarillenta (izquierda), lente similar parcialmente desamarillenta con radiación ultravioleta (centro) y lente sin amarilleamiento (derecha).

Cuando se añade al vidrio , el dióxido de torio ayuda a aumentar su índice de refracción y a disminuir la dispersión . Este tipo de vidrio se utiliza en lentes de alta calidad para cámaras e instrumentos científicos. [ 17 ] La radiación de estas lentes puede oscurecerlas y amarillearlas con el paso de los años, además de degradar la película, pero los riesgos para la salud son mínimos. [ 18 ] Las lentes amarillentas pueden recuperar su color original mediante una exposición prolongada a radiación ultravioleta intensa. Desde entonces, el dióxido de torio ha sido sustituido por óxidos de tierras raras, como el óxido de lantano, en casi todos los vidrios modernos de alto índice, ya que proporcionan efectos similares y no son radiactivos. [ 19 ]

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Haynes, pág. 4.95
  2. ↑ Haynes, pág. 4.136
  3. ↑ Haynes, pág. 4.144
  4. 1 2 Yamashita, Toshiyuki; Nitani, Noriko; Tsuji, Toshihide; Inagaki, Hironitsu (1997). "Expansiones térmicas de NpO 2 y algunos otros dióxidos actínidos". J. Nucl. Materia . 245 (1): 72– 78. Bibcode : 1997JNuM..245...72Y . doi : 10.1016/S0022-3115(96)00750-7 .
  5. ↑ "Dióxido de torio" . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov .
  6. ↑ Emsley, John (2001). Los componentes básicos de la naturaleza (Tapa dura, primera edición). Oxford University Press . 441 págs . ISBN   978-0-19-850340-8.
  7. ↑ He, Heming; Majewski, Jaroslaw; Allred, David D.; Wang, Peng; Wen, Xiaodong; Rector, Kirk D. (2017). "Formación de monóxido de torio sólido en condiciones cercanas al ambiente observada mediante reflectometría de neutrones e interpretada mediante cálculos funcionales híbridos apantallados" . Journal of Nuclear Materials . 487 : 288–296 . Bibcode : 2017JNuM..487..288H . doi : 10.1016/j.jnucmat.2016.12.046 .
  8. ↑ Hoch, Michael; Johnston, Herrick L. (1954). "La reacción que ocurre en cátodos toriados". J. Am. Chem. Soc . 76 (19): 4833– 4835. Bibcode : 1954JAChS..76.4833H . doi : 10.1021/ja01648a018 .
  9. ↑ Mitchell, Brian S (2004). Introducción a la ingeniería de materiales y ciencia para química y materiales . John Wiley & Sons. pág. 473. ISBN  978-0-471-43623-2.
  10. ↑ Robertson, Wayne M. (1979). "Medición y evaluación del atrapamiento de hidrógeno en níquel disperso en toria". Metallurgical and Materials Transactions A . 10 (4): 489– 501. Bibcode : 1979MTA....10..489R . doi : 10.1007/BF02697077 . S2CID 137105492 . 
  11. ↑ Kumar, Arun; Nasrallah, M.; Douglass, DL (1974). "El efecto del itrio y el torio en el comportamiento de oxidación de las aleaciones de Ni-Cr-Al". Oxidation of Metals . 8 (4): 227– 263. doi : 10.1007/BF00604042 . hdl : 2060/19740015001 . ISSN 0030-770X . S2CID 95399863 .  
  12. ↑ Stringer, J.; Wilcox, BA; Jaffee, RI (1972). "La oxidación a alta temperatura de aleaciones de níquel-20 % en peso de cromo que contienen fases de óxido dispersas". Oxidation of Metals . 5 (1): 11– 47. doi : 10.1007/BF00614617 . ISSN 0030-770X . S2CID 92103123 .  
  13. ↑ Murr, LE (1974). "Energética interfacial en los sistemas TD-níquel y TD-nicromo". Journal of Materials Science . 9 (8): 1309– 1319. Bibcode : 1974JMatS...9.1309M . doi : 10.1007/BF00551849 . ISSN 0022-2461 . S2CID 96573790 .  
  14. ↑ Stoll, Wolfgang (2012) "Torio y compuestos de torio" en Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002/14356007.a27_001
  15. ↑ Thorotrast . radiopaedia.org
  16. ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Química de los elementos . Oxford: Pergamon Press . págs. 1425, 1456. ISBN  978-0-08-022057-4.
  17. ↑ Hammond, CR (2004). Los elementos, en Manual de química y física (81.ª ed.). CRC Press . ISBN  978-0-8493-0485-9.
  18. ↑ Oak Ridge Associated Universities (1999). "Lente de cámara toriada (ca. década de 1970)" . Recuperado el 29 de septiembre de 2017 .
  19. ↑ Stoll, W. (2005). «Torio y compuestos de torio». Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Wiley-VCH. pág. 32. doi : 10.1002/14356007.a27_001 . ISBN  978-3-527-31097-5.

Fuentes citadas