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釷的制備、性質(zhì)和用途及其化合物


實(shí)驗(yàn)室k / 2019-03-25

釷的制備、性質(zhì)和用途

       釷在自然界主要存在于獨(dú)居石中。從獨(dú)居石提取希土元素時(shí),可分離出Th(OH)4,這是釷的重要來(lái)源之一。經(jīng)分離提純后,還可用TBP(磷酸三丁酯)萃取進(jìn)行進(jìn)一步提純。

       金屬釷的制備,可將ThO2用Ca在1200K時(shí)于氬氣氛中還原:

ThO2+2Ca=Th+2CaO

       金屬釷在新切開(kāi)或磨亮?xí)r顯銀白色,但在大氣中逐漸變暗,它像鑭系金屬一樣,是活潑金屬,粉末狀釷在空氣中能著火。釷能與沸水反應(yīng):500K與氧反應(yīng);1050K時(shí)與氮反應(yīng)。稀HF,稀HNO3、稀H2SO4和濃HCl或濃H3PO4與釷反應(yīng)緩慢,濃硝酸能使釷鈍化。

       釷主要用于原子能工業(yè),因?yàn)殁Q-232中子照射后可蛻變?yōu)榱炎冊(cè)镶櫍?33。此外,金屬釷可用于制造合金。由于釷有良好的發(fā)射性能,故用于放電管和光電管中。

釷的化合物

       (1)氧化釷

       使粉末狀釷在氧中加熱燃燒,或?qū)溲趸Q、硝酸釷、草酸釷灼燒,都生成二氧化釷(ThO2)。二氧化釷為白色粉末,和硼砂共熔,可得晶體狀態(tài)的二氧化釷。強(qiáng)灼熱過(guò)的或晶形的二氧化釷幾乎不溶于酸,但在800K灼熱草酸釷所得二氧化釷,很松,在稀鹽酸中似能溶解,實(shí)際上是形成溶膠。

       二氧化釷有廣泛的應(yīng)用。在人造石油工業(yè)中,即由水煤氣合成汽油時(shí),通常使用含8%ThO2的氧化鈷作催化劑。它又是制造鎢絲時(shí)的添加劑,約1%ThO2就能使鎢成為穩(wěn)定的小晶粒,并增加抗震強(qiáng)度。媒氣燈的紗罩,灼燒后含99%ThO2,尚有1%CeO2為添加劑。

       (2)氫氧化釷

       在釷鹽溶液中加堿或氨,生成二氧化釷水合物,為白色凝膠狀沉淀,它由空氣中強(qiáng)烈吸收二氧化碳。它易溶于酸中,不溶于堿中,但溶于堿金屬的碳酸鹽中而生成配合物。加熱脫水時(shí),在530~620K溫度范圍內(nèi),有氫氧化釷Th(OH)4穩(wěn)定存在,在743K轉(zhuǎn)化為二氧化釷。

       (3)硝酸釷

       硝酸釷是最普通的釷鹽,也是制備其它釷鹽的原料,將二氧化釷的水合物溶于硝酸,得硝酸釷晶體。由于條件不同,所含的結(jié)晶水也不同。重要的硝酸鹽為Th(NO3)2·5H2O,它易溶于水、醇、酮和酯中。在釷鹽溶液中,加入不同試劑,可析出不同沉淀,最重要的沉淀有氫氧化物、過(guò)氧化物、氟化物、硝酸鹽、草酸鹽和磷酸鹽;后四種鹽,即使在6mol·L-1強(qiáng)酸性溶液中也不溶解,因此可以用于分離釷和其他有相同性質(zhì)的3+和4+陽(yáng)離子。

       Th4+在pH大于3時(shí)發(fā)生劇烈水解,形成的產(chǎn)物是配離子,而且決定于pH值、濃度和陰離子的性質(zhì)。在高氯酸溶液中,主要離子為[Th(OH)]3+、[Th(OH)2]2+、[Th2(OH)2]6+、[Th4(OH)8]8+,最后產(chǎn)物為六聚物[Th6(OH)15]9+。

 


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