Thorium - Définition

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Historique

Le thorium a été découvert sous forme d'un minéral noir sur l'île de Løvøy, en Norvège, par M. T. Esmark. Il en envoya un échantillon au professeur Jens Esmark, minéralogiste distingué, qui ne fut pas en mesure de l'identifier, et en envoya un échantillon au chimiste suédois Jöns Jakob Berzelius pour examen en 1828. Berzelius en fit l'analyse, et nomma le nouvel élément Thorium, d'après Thor, dieu scandinave du tonnerre.

Ce nouveau métal resta pratiquement inutilisé jusqu'à l'invention du manchon à incandescence en 1885.

Entre 1900 et 1903, Ernest Rutherford et Frederick Soddy démontrèrent que le thorium se désintègre suivant une loi de décroissance exponentielle en une série d'autres éléments. Ce constat conduisit à identifier la demi-vie comme l'une des caractéristiques importantes associées aux particules alpha, expériences qui les conduisirent à leur théorie de la radioactivité.

La méthode de la zone fondue, découverte par Anton Eduard van Arkel et Jan Hendrik de Boer en 1925, permit de produire du thorium métallique de haute pureté.

Au début de l'étude de la radioactivité, le nom de ionium avait été donné à l'isotope 230Th isotopique, trouvé dans la chaîne de désintégration de 238U, avant que l'on ne réalise que ionium et thorium sont chimiquement identiques. Cet hypothétique élément reçut le symbole Io.

Géologie et minéralogie

La Monazite, un phosphate de thorium et de terres rares, est le principal minerai de thorium.

Abondance et gisements

Faiblement radioactif, le thorium 232 se désintègre très lentement (sa demi-vie est environ trois fois l'âge de la Terre, 14,05×109 années). Le thorium se trouve en petites quantités dans la plupart des roches et sols, il est environ trois fois plus abondant que l'uranium, à peu près aussi fréquent que le plomb. Un terrain normal contient en moyenne environ 12 parties par million (ppm) de thorium.

Le thorium se rencontre dans plusieurs minéraux. Les minerais de thorium sont la thorite ThSiO4, la thorianite ThO2 et surtout la monazite (Ce,La,Nd,Th)PO4, le plus commun, phosphate de thorium et de terre rare, qui peut contenir jusqu'à environ 12 % d'oxyde de thorium.

Il en existe de grands gisements en Bretagne, en Australie, en Inde et en Turquie. On trouve de la monazite à forte teneur en thorium en Afrique, en Antarctique, en Australie, en Europe, en Amérique du Nord et en Amérique du Sud.

D'autres isotopes du thorium se rencontrent à l'état de traces. Dans la chaîne de désintégration du thorium (le 228Th ; 1,91 an) ; de l'uranium 238 (le 230Th ; 75 000 ans) ; et de l'uranium 235 (le 231Th ; 25,2 h). Leur courte durée de vie entraîne une activité massique importante, et les rend beaucoup plus radioactifs que 232Th ; mais en masse, ils sont d'une abondance négligeable.

Extraction minière

Le thorium est principalement extrait de la monazite, par un traitement en plusieurs étapes. Dans un premier temps, le sable de monazite est dissous dans un acide inorganique tel que l'acide sulfurique (H 2SO4). Dans un deuxième temps, le thorium est extrait dans une phase organique contenant une amine. Ensuite, il est séparé à l'aide d'ions tels que les nitrates, chlorure, hydroxyde ou carbonate, ce qui fait passer à nouveau le thorium en phase aqueuse. Enfin, le thorium est précipité et recueilli.

Propriétés

Physique et chimie

Lorsqu’il est pur, le thorium est un métal gris-blanc qui conserve son lustre pendant plusieurs mois, grâce à l'oxyde qui le protège. Toutefois, quand il est exposé à l'oxygène, le thorium ternit lentement dans l'air, devient gris et finalement noir.
→ L'oxyde de thorium (ThO2) est un des meilleurs matériaux réfractaires avec une température de fusion de 3 300 °C.

Le Thorium métal en poudre est souvent pyrophorique et doit être manipulé avec soin. Chauffé dans l'air, des copeaux de thorium peuvent s'enflammer et brûler brillamment avec une lumière blanche.

Le thorium est l'élément qui a la plus grande plage de température pour son état liquide : 3033 K entre son point de fusion et son point d'ébullitionpression atmosphérique).

Radionucléide

Le thorium 232 est un isotope fertile : en absorbant un neutron, il se transmute en thorium 233 (radioactif), qui se désintègre ensuite en protactinium 233 (radioactif), qui se désintègre à son tour en uranium 233, fissile.

Tous les isotopes du thorium sont radioactifs. Le thorium naturel n'est constitué que du seul isotope, le thorium 232, à très longue période radioactive (14 milliards d'années).

Son activité massique est de 4,10.103 Bq.g-1

Radiotoxicité

Le Thorium naturel se désintègre plus lentement que la plupart des autres matières radioactives, et les rayonnements alpha émis ne peuvent pas pénétrer la peau humaine. La détention et la manipulation de petites quantités de thorium, comme celles contenues dans un manchon à incandescence, sont considérées comme non dangereuses tant que l'on prend soin de ne pas ingérer le thorium - les poumons et les autres organes internes peuvent être atteints par les rayonnements alpha. Une exposition à un aérosol de thorium peut conduire à une augmentation du risque de cancer du poumon, du pancréas et du sang. Une ingestion de thorium conduit à une augmentation du risque de maladies du foie.

Cet élément n'a pas de rôle biologique connu. Il est parfois utilisé comme medium de contraste pour les radiographies.

La chaîne de désintégration du Thorium produit du « thoron » (220Rn), qui est un émetteur alpha et présente un risque radiologique. Comme pour tous les isotopes du radon, son état gazeux le rend susceptible d'être facilement inhalé. Une bonne ventilation des zones où le thorium est stocké ou manipulé est donc essentielle.

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