Torio

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Torio
bianco argenteo
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico torio, Th, 90
Serie attinidi
Gruppo, periodo, blocco --, 7, f
Densità 11 724 kg/m³
Durezza 3,0
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico 232,0381 u.m.a.
Raggio atomico (calc.) 179 pm
Raggio covalente 206 ± 6 pm
Configurazione elettronica [Rn]6d27s2
e per livello energetico 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
Stati di ossidazione 4 (debolmente basico)
Struttura cristallina cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato della materia solido
Punto di fusione 2 115 K (1 842 °C)
Punto di ebollizione 5 061 K (4 788 °C)
Volume molare 1,98 × 10−5 /mol
Entalpia di vaporizzazione 514 kJ/mol
Calore di fusione 13,81 kJ/mol
Velocità del suono 2 490 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS 7440-29-1
Elettronegatività 1,3 (scala di Pauling)
Calore specifico 120 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica 6,53 × 106 /m ohm
Conducibilità termica 54 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione 587 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1110 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 1930 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 2780 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
226Th sintetico 30,6 mesi α 222Ra
227Th sintetico 18,72 giorni α 223Ra
228Th sintetico 1,9116 anni α 5,520 224Ra
229Th sintetico 7340 anni α 5,168 225Ra
230Th sintetico 75380 anni α 4,770 226Ra
231Th sintetico 25,5 ore β 0,39 231Pa
232Th 100% 1,405 × 1010  anni α 4,083 228Ra
233Th sintetico 22,3 mesi β 233Pa
234Th sintetico 24,1 giorni β 0,27 234Pa
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Il torio è l'elemento chimico di numero atomico 90. Il suo simbolo è Th.

Caratteristiche[modifica | modifica wikitesto]

Il torio è un metallo reperibile in natura, debolmente radioattivo. In natura si trova solo come Torio 232, il suo isotopo più stabile, che decade con emissione α. Se puro e in forma metallica, è di colore bianco argenteo che si mantiene lucido per molti mesi; però se viene contaminato con il suo ossido si annerisce lentamente all'aria diventando prima grigio e poi nero. L'ossido di torio (ThO2), detto anche toria, ha uno dei più alti punti di fusione di tutti gli ossidi (3300 °C). Quando vengono scaldati all'aria, i trucioli metallici di torio prendono fuoco e bruciano con una brillante luce bianca.

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

Applicazioni del torio:

  • Reticelle per luci a gas portatili. Queste reticelle rilucono di una luce bianca abbagliante quando vengono scaldate nella fiamma del gas.
  • In leghe di magnesio, cui conferiscono grande durezza e resistenza alla fatica ad alte temperature.
  • Il torio è usato per rivestire i fili di tungsteno nel catodo a riscaldamento diretto delle valvole grazie alla sua grande emissione elettronica, è usato ancor oggi nei tubi a riscaldamento diretto quali quelli dei trasmettitori TV di potenza.
  • Il torio è stato usato in elettrodi per saldatura e ceramiche resistenti al calore.
  • Il suo ossido è usato per controllare la dimensione della grana del tungsteno usato nei filamenti delle lampadine elettriche.
  • Il suo ossido è usato per crogioli da laboratorio per alte temperature.
  • L'ossido di torio aggiunto al vetro permette di creare vetri con alto indice di rifrazione e dispersione molto bassa. Perciò trova applicazione in lenti di alta qualità per macchine fotografiche e strumenti scientifici.
  • L'ossido di torio è stato usato come catalizzatore per:
  • Il rapporto uranio-torio è stato usato per datare fossili di ominidi.
  • Come materiale fertile per produrre combustibile nucleare. In particolare il progetto proposto di reattore ad amplificazione di energia dovrebbe impiegare torio. Poiché il torio è più abbondante dell'uranio, i progetti delle cupole dei reattori nucleari incorporano il torio nel loro ciclo del combustibile nucleare.
  • Il diossido di torio (ThO2) era l'ingrediente attivo del Torotrasto, che era usato nella diagnostica medica a raggi X: questo uso è però stato abbandonato per via della carcinogenicità di tale composto.
  • Centrali nucleari di nuova generazione: produce scorie che durano solo poche decine di anni.[1]

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Il torio fu scoperto nel 1828 dal chimico svedese Jöns Jakob Berzelius, che lo battezzò così in onore di Thor, il dio norreno del tuono. Il torio metallico non aveva praticamente nessun uso pratico prima dell'invenzione della reticella per lanterne nel 1885. Il nome Ionio fu usato per un isotopo del torio nei primi studi sulla radioattività.

Disponibilità[modifica | modifica wikitesto]

Il torio si trova in piccole quantità nella maggior parte delle rocce e dei suoli, dove è circa dieci volte più abbondante dell'uranio, ed è circa comune quanto il piombo. Il terreno contiene di solito una media di sei ppm di torio; tale elemento si rinviene anche in molti minerali di cui il più comune è la monazite, formata da fosfato di torio e terre rare, che contiene fino al 12% di ossido di torio e di cui esistono depositi consistenti in vari paesi. L'isotopo torio-232 decade molto lentamente (la sua emivita è circa tre volte l'età attuale della terra), ma la maggior parte degli altri isotopi di torio fanno parte della catena di decadimento del torio e dell'uranio, e sono molto più radioattivi: tuttavia la loro frazione rispetto all'isotopo "stabile" è trascurabile.

Le riserve mondiali accertate al 2007 ad un costo estrattivo inferiore ai 80 $/kg ammontano a circa 2,6 milioni di tonnellate. Le principali riserve sono situate in Australia, Stati Uniti d'America, Turchia, India, Venezuela e Brasile; questi paesi hanno ognuno fra il 12 ed il 19% delle riserve mondiali.[2]

Giacimenti in Italia[modifica | modifica wikitesto]

In Italia il torio è presente in discrete quantità, soprattutto nel Lazio settentrionale, Mont Mort (che si trova sopra al tunnel del Gran San Bernardo al confine tra Svizzera e Valle d'Aosta, a 2867 metri), Etna.[3] Non è conosciuta l'entità di tali riserve. Carlo Rubbia parla di giacimenti anche in Umbria ed Abruzzo.[senza fonte]

Il torio come combustibile nucleare[modifica | modifica wikitesto]

Radiotossicità (in sievert per gigawatt termico all'anno) del combustibile esausto scaricato dai reattori per diversi cicli del combustibile, in funzione del tempo. Il torio determina scorie radioattive a vita più breve e meno radiotossiche.

Il torio, come l'uranio, può essere usato come combustibile in un reattore nucleare: anche se di per sé non è fissile, il torio-232 (232Th) assorbe neutroni termici trasmutandosi in uranio-233 (233U), che invece lo è. Perciò il torio viene considerato fertile, come l'uranio-238 (238U).

L'uranio-233 è migliore dell'uranio-235 e del plutonio-239 per via della sua maggiore resa in termini di assorbimento dei neutroni[senza fonte], che consente di realizzare un ciclo di alimentazione a partire da altri materiali fissili (uranio-235 e plutonio-239) simile ma più efficiente di quello basato sull'uranio-238 e sul plutonio nei reattori termici. 232Th assorbe un neutrone trasformandosi in 233Th che successivamente decade in 233Pa e quindi in 233U. Il combustibile così irraggiato viene quindi scaricato dal reattore, 233U separato dal torio e usato per alimentare un altro reattore come parte di un ciclo chiuso.

Tra i problemi connessi a questo utilizzo rientrano gli elevati costi di produzione del combustibile, legati all'alta radioattività dell'uranio-233, che è sempre contaminato da tracce di uranio-232; anche il riciclo del torio presenta problemi simili dovuti all'altamente radioattivo 228Th; 233U può inoltre essere impiegato per la produzione di ordigni nucleari e pone alcuni problemi tecnici per il suo riciclo. Tali difficoltà rendono per ora l'uso del torio come combustibile nucleare ancora improbabile, data l'abbondante disponibilità di uranio.

Nondimeno, il ciclo combustibile del torio può essere potenzialmente utile sul lungo periodo, data la sua possibilità di produrre combustibile senza dover ricorrere a reattori a neutroni veloci. Il torio è significativamente più abbondante dell'uranio, risultando quindi un fattore chiave per la sostenibilità dell'energia nucleare. L'India possiede ingenti riserve di torio ed ha quindi pianificato un ambizioso programma nucleare che ambisce ad escludere l'uranio come materia prima.

Il vantaggio più evidente è tuttavia quello riguardante le scorie: il "combustibile" esausto scaricato da un reattore autofertilizzante al torio ha una radiotossicità estremamente più bassa (di svariati ordini di grandezza) rispetto a qualunque reattore all'uranio-plutonio: dopo meno di un secolo è infatti inferiore a quella dell'uranio naturale ed addirittura, nei reattori termici al torio è fin dall'inizio inferiore. Si ritiene pertanto che le scorie andrebbero confinate solamente per circa 300 anni (meno di quanto non serva per molti prodotti dell'industria chimica). A titolo di confronto il "combustibile" esausto di un reattore all'uranio di 3ª generazione, per ridurre la propria radiotossicità a livelli inferiori a quelli dell'uranio naturale di partenza, impiega circa un milione di anni, mentre il combustibile di un reattore autofertilizzante all'uranio-plutonio impiega decine di migliaia di anni.[4]

Isotopi[modifica | modifica wikitesto]

In natura il torio si presenta con un unico isotopo, 232Th, che è il più stabile dei 25 isotopi conosciuti, la cui massa atomica è compresa tra 212 e 236.

232Th ha un'emivita di oltre 14 miliardi di anni, seguono in ordine di stabilità decrescente 230Th (75380 anni), 229Th (7340 anni) e 228Th (1,92 anni). Tutti gli altri rimanenti isotopi hanno emivite comprese tra i 30 mesi e 25 ore. Del torio è noto anche un metastato.

Precauzioni[modifica | modifica wikitesto]

Il torio metallico polverizzato si incendia molto facilmente e deve essere maneggiato con cautela. La disintegrazione di isotopi instabili del torio produce un isotopo del radon (220Rn): il gas Radon è radioattivo e pericoloso per la salute. Perciò è fondamentale che i locali in cui è immagazzinato del torio siano ben ventilati.

L'esposizione al torio in aria può portare ad un aumento del rischio di cancro ai polmoni, al pancreas, ai reni e al sangue. L'ingestione di torio provoca danni al fegato. Il torio non ha ruoli biologici noti. Vedi anche Torotrasto.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Carlo Rubbia Centrale nucleare al torio, 15 maggio 2008. URL consultato il 31 marzo 2011.
  2. ^ (EN) http://www.world-nuclear.org/info/inf62.html
  3. ^ Tocqueville.it: Il Torio come combustibile nucleare - Il Legno Storto
  4. ^ R. Brissot, D. Heuer, E. Huffer, C. Le Brun, J.-M. Loiseaux, H. Nifenecker, A. Nuttin, "Nuclear Energy With (Almost) No Radioactive Waste?", Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie, Grenoble, luglio 2001

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]