Torio: estructura, propiedades, obtención, usos
El torio es un elemento metálico que pertenece a la serie de los actínidos, de las llamadas tierras raras, y cuyo símbolo químico es Th. Tiene un número atómico de 90 y un peso atómico de 232 g/mol. Los compuestos del torio por lo general lo contienen con el número de oxidación +4 (Th4+).
El compuesto dióxido de torio, ThO2, se conoce industrialmente como toria, y se usa en la mayor parte de las aplicaciones del torio, caracterizándose por ser el compuesto químico con el mayor punto de fusión (3.300 ºC).
El torio fue descubierto en 1828 por Mortar Thrane Esmark, quien halló en la isla noruega de Løvøya un mineral de color negro. Esmark entregó el mineral a Jöns Jacob Berzelius, quien lo analizó hallando en él un metal desconocido.
Llamó al mineral negro como torita (thorita) en honor al dios escandinavo Thor. Mientras, al metal desconocido lo denominó torio (thorium). El carácter radiactivo del torio fue establecido por Anton Edward van Arkel y Jan Hendrik de Boer, e independientemente por Pierre Curie y Marie Curie.
Índice del artículo
El torio es un metal radiactivo, brillante, moderadamente duro, de color blanco plateado, dúctil y maleable, que se empaña muy lentamente en el aire, tornándose gris y posteriormente negro. Pertenece al grupo de los actínidos, identificándose con el número atómico 90 y un peso atómico de 232 g/mol.
El torio-232 (232Th90) constituye más del 99% del total del elemento torio presente en la corteza terrestre. Se puede considerar que es un isotopo estable, a pesar de ser radiactivo, ya que su vida media es de 1.405 x 1010 años. Decae radiactivamente mediante la emisión de partículas α y β, y radiación γ.
El torio-232 se transforma en el radio-268 (268Ra88) mediante la emisión de una partícula alfa, constituida por dos protones y dos neutrones. El torio puede sufrir una serie de desintegraciones radiactivas hasta transformarse en un elemento estable: el plomo-208.
El torio-232 es capaz de atrapar neutrones para transformarse en el elemento radiactivo uranio-233, emitiendo radiaciones de tipo β. El uranio, por otra parte, se utiliza en los reactores nucleares para la producción de energía.
El torio es un metal electropositivo y altamente reactivo. Se oxida muy lentamente en el aire, aunque la corrosión puede ocurrir después de varios meses. Cuando se calienta en el aire se enciende, emitiendo una luz blanca brillante mientras procede la producción del dióxido de torio, ThO2.
En condiciones de temperatura y presión estándar el torio es atacado lentamente por el agua. Asimismo, el torio no se disuelve en la mayoría de los ácidos comunes, con la excepción del ácido clorhídrico, donde se disuelve dejando un residuo negro, insoluble.
También se disuelve en ácido nítrico concentrado con una pequeña cantidad de fluoruro catalítico o fluorosilicato. El torio es un metal pirofórico: cuando se convierte en polvo es capaz de encenderse en el aire de manera espontánea.
Los átomos de torio forman un cristal de estructura cúbica centrada en las caras (fcc) a temperatura ambiente. Cuando se calienta por encima de los 1360 ºC, el cristal sufre una transición a la fase cúbica centrada en el cuerpo (bcc), de menor densidad. Mientras, el torio bajo altas presiones (100 GPa o más), adquiere una estructura densa tetragonal centrada en el cuerpo (bct).
La configuración electrónica abreviada para el torio es la siguiente:
[Rn] 6d2 7s2
Perdiendo sus cuatro electrones de valencia se transforma en el catión Th4+. Nótese que a pesar de ser un actínido, carece de electrones en sus orbitales 5f, en contraste con los otros actínidos.
El principal mineral usado comercialmente para la obtención del torio es la monacita. El paso inicial es su separación de su depósito primario: la pegmatita. Los carbonatos de los metales alcalinotérreos se eliminan de la pegmatita mediante la reacción de sus fragmentos con cloruro de hidrógeno.
Los fragmentos resultantes se calcinan y filtran, sometiéndose luego a una separación magnética. Se obtiene así un material arenoso de monacita. Esta arena es sometida a una digestión con ácido sulfúrico al 93%, a una temperatura de 210 a 230 ºC, y durante varias horas. La solución ácida formada se diluye después con agua diez veces su volumen.
Los restos de monacita se hunden hasta el fondo, mientras que el torio y los otros elementos de las tierras raras flotan en la preparación ácida. Se ajusta el pH a 1.3, lo cual produce la precipitación del torio como fosfato, mientras que permanecen en solución el resto de las tierras raras en suspensión.
Actualmente la separación y purificación se realizan utilizando solventes líquidos, por ejemplo, fosfato de tributilo en queroseno.
El metal torio puede producirse en cantidades comerciales mediante la reducción metalotérmica del tetrafluoruro de torio (ThF4) y dióxido de torio (ThO2), o mediante la electrólisis del tetracloruro de torio (ThCl4).
El torio ha tenido muchas aplicaciones, muchas de las cuales han sido desechadas a partir de la década de 1950, debido a que su carácter radiactivo constituía un riesgo para la salud.
Aleaciones
El torio ha sido aleado con el tungsteno como electrodo en la soldadura TIG (tungsten inert gas), constituyendo el 2% de la aleación.
En pequeñas cantidades se ha agregado torio a filamentos de tungsteno para reducir su cristalización, permitiendo así la emisión de electrones a temperaturas más bajas. Los alambres de tungsteno-torio han sido utilizados en tubos electrónicos y en los electrodos de los tubos de rayos X y rectificadores.
El dióxido de torio ha sido empleado en la soldadura por arco del tungsteno, ya que aumenta la resistencia del tungsteno a las altas temperaturas de los electrodos del metal. Sin embargo, ha sido reemplazado en esta aplicación por los óxidos de circonio, cerio o lantano.
Iluminación
El tetrafluoruro de torio, por otra parte, se ha usado como material para disminuir los reflejos en revestimientos ópticos multicapa, que son transparentes a la luz con una longitud de onda comprendida entre 0.350 a 1.2 µm. Sin embargo, la sal de torio ha sido sustituida en este uso por el tetrafluoruro de lantano.
Se ha empleado el dióxido de torio en la iluminación de manto de luz, por emitir una luz brillante correspondiente a la luz visible. Aunque se sigue usando el torio el torio en esta aplicación, ha sido reemplazado parcialmente por el itrio.
Materiales refractarios
El torio también ha sido empleado en la elaboración de materiales refractarios para la industria metalúrgica y en los crisoles de cerámica para los laboratorios de docencia e investigación.
El torio-232 se utiliza en los reactores nucleares para atrapar neutrones de movimiento lento, ya que al hacerlo se transforma en uranio-233. Este elemento radiactivo es fisionable y se usa para la producción de energía.
El desarrollo de los reactores nucleares con base del torio-32 ha sido lento, creándose el primer reactor con esta característica en el Indian Point Energy Center, ubicado en Buchanan Usa, en el año de 1962. Los reactores nucleares de torio-232 no emiten plutonio, lo que los hace menos contaminantes.
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