Rebajas de verano : ¡ -30% de descuento en todo el sitio ! |
El torio hace honor al dios escandinavo “Thor” del cual se deriva su nombre. Su potencial es enorme en el ámbito nuclear. Esta sustancia podría constituir una alternativa al uranio, ya que es cuatro veces más abundante que el 238U. También representa una vía seria para evitar los peligros y la contaminación generados por el uso del plutonio en la industria atómica. Hay varios detalles importantes que conocer sobre este elemento.
El torio forma parte de la familia de los actínidos. Se trata de un metal cuyo símbolo es Th y su número atómico, 90. El químico sueco Jöns Jacob Berzelius nombró este elemento en referencia al dios nórdico del trueno “Thor”. Esto ocurrió tras su descubrimiento en 1829.
Esta sustancia se utiliza especialmente en aleaciones de magnesio que se emplean en motores de aeronaves. De hecho, el potencial del torio es enorme para la combustión nuclear. En este sentido, el elemento reduciría los riesgos de accidentes y la producción de residuos en este campo. En la exploración de esta vía, los científicos están comenzando a diseñar varios reactores. Algunos son nucleares y pilotados por acelerador, otros son de sales fundidas o de muy alta temperatura.
La isla de Løvøya en Noruega es el primer lugar donde se encontró este elemento. Se presentaba en forma de mineral negro cuando Morten Thrane Esmark lo descubrió. Éste envió una muestra a su padre, el profesor Jens Esmark, un mineralogista. Sin embargo, a pesar de sus esfuerzos, este último no pudo identificar el elemento. Entonces pasó la muestra al químico sueco Jöns Jacob Berzelius para su examen en 1829. Este científico lo analizó y encontró un elemento que nombró “torio” según el dios escandinavo del trueno “Thor”.
A pesar de esto, este elemento no se utilizó hasta la invención de la camisa incandescente en 1885. Sirvió principalmente para estas lámparas hasta el final de la Primera Guerra Mundial, luego el mercado se derrumbó.
En 1898, la física Marie Curie y el químico Gerhard Carl Schmidt descubrieron que el torio era radioactivo. Estos dos científicos pudieron llegar a esta conclusión de manera independiente.
En 1900 y 1903, Ernest Rutherford y Frederick Soddy lograron demostrar que esta sustancia se desintegra en otros elementos. Esto ocurre según una ley de decrecimiento exponencial. Este descubrimiento contribuyó al hallazgo de la vida media como una de las características principales en relación con las partículas α. El experimento llevó a ambos científicos a su teoría de la radioactividad.
Con el método de la zona fundida, Eduard van Arkel y Jan Hendrik de Boer lograron producir torio metálico en 1925. Este se distinguía por su pureza.
Se nombró “ionio” (Io) al isótopo 230Th en la cadena de desintegración del 238U al comienzo del estudio de la radioactividad. En el pasado, el Th y el Io eran idénticos desde el punto de vista químico.
Hay varios puntos a destacar sobre las características físicas y químicas del torio.
El torio en estado puro se presenta como un metal de color gris-blanco. Puede mantener su brillo durante algunos meses debido a la presencia de un óxido que lo protege. El oxígeno es especialmente el elemento que lo empaña. Así, una vez expuesto al aire, se vuelve gris y luego se ennegrece totalmente.
El dióxido de torio (ThO2) constituye uno de los mejores materiales refractarios. Tiene una temperatura de fusión de 3.300 °C.
En principio, el polvo de Th metal es pirofórico, de ahí la necesidad de manipularlo con cuidado. Una vez calentadas al aire, las virutas de Th pueden inflamarse y arder brillando con una luz blanca.
El torio es el elemento con el rango de temperatura más alto para su estado líquido. En concreto, a presión atmosférica, hay 3.033 K entre su punto de ebullición y su punto de fusión.
Todos los isótopos del Th son radioactivos. En estado natural, el torio está compuesto únicamente de 232Th que tiene una vida media muy larga de 14 mil millones de años. La abundancia considerable del 230Th no hace que este elemento sea mononucleídico. El 232Th constituye un isótopo fértil que se transmuta en 233Th radioactivo tras la absorción de un neutrón. Después de esto, el elemento se desintegra en protactinio 233 que se descompone y se convierte en uranio 233 (fisible).
La actividad másica de la sustancia es de 4,10 × 103 Bq/g.
En comparación con otras materias radioactivas, el torio natural se desintegra más lentamente. Además, las radiaciones α emitidas no pueden penetrar la piel humana.
Incluso en pequeña cantidad, es peligroso poseer y manipular este elemento como las presentes en una camisa incandescente. Por lo tanto, es preferible no inhalar o tragar la sustancia, por ejemplo, tras un incendio de Th en la industria nuclear.
El Th constituye un peligro radiológico para los pulmones y otros órganos internos una vez inhalado o ingerido en gran cantidad. Las radiaciones α son especialmente las principales amenazas que actúan sobre estas partes del cuerpo humano. Así, el riesgo de cáncer de pulmón, páncreas o sangre aumenta tras una exposición masiva a un aerosol de Th. La ingestión de una dosis importante del elemento también aumenta el riesgo de enfermedades hepáticas.
Al ser consumida, la radiotoxicidad del torio 232 (único isótopo natural) es de 2,3 × 10-7 Sv/Bq. Es de 1,1 × 10-4 Sv/Bq cuando se inhala. Hay que señalar que la actividad másica del Th es de 4,1 kBq/g. En este sentido, se puede alcanzar una dosis efectiva de un sievert por inhalación de 2,22 g o por ingestión de 1,06 kg de Th. Sin embargo, sigue siendo peligroso realizarlo de una sola vez.
El valor límite de exposición de los trabajadores nucleares por año es de 20 mSv. Esto corresponde a 4,44 mg de 232Th inhalado. Aquí solo se cuenta el valor de exposición anual del 232Th. El Th natural está, sin embargo, en equilibrio secular con sus descendientes. Así, se puede considerar la radiotoxicidad de estos. Este elemento se encuentra entonces entre los radionucleidos más nocivos que existen.
El torio no juega ningún papel conocido en la biología. En cambio, a veces sirve como agente de contraste para radiografías.
Se puede obtener “torón” (220Rn), un emisor α, en la cadena de desintegración del torio. Presenta un riesgo radiológico teórico al igual que todos los isótopos del radón. Se presenta en estado gaseoso. Por lo tanto, se puede inhalar fácilmente. En la práctica, es muy poco móvil debido a su vida media muy corta (55,6 s). Conviene entonces ventilar bien los lugares donde se almacena y manipula el Th en gran cantidad.
También hay que hablar de la presencia del elemento en la Tierra. A continuación los detalles.
El torio 232 es tres a cuatro veces más abundante que el uranio 238 en el planeta. Es poco radioactivo y se desintegra suavemente. Su vida media es de 1.405 × 1010 años. Esto corresponde a tres veces la edad de la Tierra. Solo una quinta parte del Th presente en esta última se ha desintegrado para dar plomo 208 al final de la cadena radioactiva. El 232Th es el elemento que posee la vida media más larga en la cadena de desintegración del 244Pu. Se trata de una radioactividad extinta.
El torio está presente en pequeñas cantidades en la mayoría de las rocas y suelos. En comparación con el uranio, es cuatro veces más abundante. Sin embargo, es casi tan frecuente como el plomo. En un terreno normal, hay 12 ppm (partes por millón) de Th.
Se puede encontrar este elemento en varios minerales. Los minerales de Th son la torianita ThO2 y la monacita (Ce,La,Nd,Th)PO4. Este último es el más común. También está el fosfato de torio y de tierras raras que contiene un 12% de ThO2.
Los principales yacimientos de Th se sitúan en Francia, Australia, India y Turquía. Por otra parte, hay monacita con un alto contenido en Th en África, la Antártida y Australia. También se puede encontrar en Europa, América del Norte y América del Sur.
Es posible distinguir isótopos del torio en estado de trazas. En particular, en la cadena de desintegración del elemento (228Th, 1,91 años). Además, está la del uranio 238 (el 230Th, 75.000 años) y del uranio 235 (el 231Th, 25,2 h). Debido a su corta vida, su actividad másica es importante. Esto los hace más radioactivos que el 232Th. Sin embargo, en términos de masa, son poco abundantes.
El torio proviene de la monacita y su tratamiento se realiza en varias etapas. Por un lado, se disuelve la arena de monacita en un ácido inorgánico, como el ácido sulfúrico (H2SO4). Por otro lado, se extrae el Th en una fase orgánica compuesta de una amina. Luego se separa con iones como nitratos, cloruro, hidróxido y carbonato. Esto hace pasar el elemento a fase acuosa. Se precipita el Th en forma impura y se recoge para convertirlo en nitrato de torio.
También es posible explotar la reacción entre la monacita y una solución concentrada de hidróxido de sodio (NaOH). Una vez tratado con un ácido inorgánico como el ácido clorhídrico (HCl), produce un hidróxido sólido. También se puede añadir hidróxido de sodio a la solución para obtener hidróxido de torio relativamente impuro. Es posible separar este último de la solución. Cuando el hidróxido obtenido está en contacto con ácido nítrico (HNO3), se obtiene Th(NO3)4.
Se puede purificar el nitrato resultante por disolución en fosfato de tributilo diluido en un hidrocarburo adecuado. Luego conviene exponer la solución al ácido nítrico. En consecuencia, se puede eliminar la mayoría de las tierras raras residuales y otras impurezas metálicas. El U permanece en la misma solución que el Th. Para separarlos, hay que exponer el fosfato de tributilo al ácido nítrico. Esto deja el uranio en esta solución. El Th es entonces extraído.
Una vez purificado, se puede termolizar el nitrato de torio para obtener ThO2.
Para reducir este último, hay que pasar por el ThF4 que se forma gracias a la reacción entre el ThO2 y el HF gaseoso. Luego se mezcla ThF4 con calcio y un halogenuro de zinc, todo en forma pulverulenta. Se expone la mezcla a una temperatura cercana a los 650 °C para dar una aleación de torio y zinc. También se puede obtener cloruro o fluoruro de calcio según las reacciones.
ThF4 + 3Ca + ZnCl2 ⟶ Th + Zn + 2CaF2 + CaCl2 ;
ThF4 + 3Ca + ZnF2 ⟶ Th + Zn + 3CaF2. Luego se lleva la aleación obtenida a una temperatura superior a 907 °C. Se trata del punto de ebullición del Zn, pero el punto de fusión del Th está por debajo. Esto deja una esponja de Th fundida y moldeada en lingotes.
El torio se utiliza para numerosos fines en la industria. En primer lugar, tiene un trabajo de extracción bajo en el diseño de electrodos y cátodos. Esto da lugar a una intensa emisión de electrones de manera termoiónica. A este efecto, se puede encontrar una adición de ThO en ciertos electrodos de tungsteno utilizados en la soldadura bajo gas inerte. Las proporciones van del 0,35% al 4,20%. Por un lado, esto facilita el inicio del arco eléctrico. Por otro lado, las propiedades refractarias del óxido aumentan la longevidad del electrodo ofreciéndole un punto de fusión cercano a los 4.000 °C. El torio también sirve como revestimiento de filamentos de tungsteno de los electrodos de tubos de descarga. También se encuentra en los cátodos de una multitud de dispositivos electrónicos.
En segundo lugar, se utiliza el Th para el diseño de vidrios ópticos. Contribuye a fabricar lentes de calidad para cámaras fotográficas y otros instrumentos científicos. En efecto, un vidrio que contiene óxido de torio posee un índice de refracción elevado y una baja dispersión. Esto reduce la aberración óptica.
A continuación, este elemento juega un papel en la camisa incandescente. En particular, la muy mala conductividad térmica del ThO puede ayudar a aumentar la temperatura de las camisas de iluminación y su luminosidad. Hay que mezclarlo especialmente con óxido de cerio.
Por otra parte, está el producto refractario. Se trata sobre todo de aplicaciones a alta temperatura de material cerámico. La adición de óxido de torio da como resultado una porcelana resistente al calor y muy dura.
La sustancia sirve también como agente de aleación en las estructuras de acero y en la industria como detector de oxígeno.
En la química, el Th actúa como catalizador en la transformación del amoníaco en ácido nítrico. El sector petrolero también necesita este elemento para el cracking y para extraer hidrocarburos de carbono. También se utiliza en la producción industrial de ácido sulfúrico.
En los años treinta y cuarenta, este elemento contribuía a la preparación de thorotrast. Este último es una suspensión coloidal inyectable que posee cualidades de absorción de rayos X. Debido a esto, constituye un producto de contraste en radiología.
A corto plazo, las sustancias que contienen torio no provocan efectos secundarios. Sin embargo, a largo plazo, el elemento puede ser cancerígeno debido a las partículas α que emite. Figura entonces entre los productos cancerígenos para el hombre.
En los años cincuenta, se reemplazaron los agentes de contraste para los exámenes de rayos X por moléculas yodadas hidrófilas.
El Th juega un papel importante en la industria nuclear. Sus propiedades son en efecto muy útiles en este campo.
Es posible utilizar el torio, el uranio y el plutonio como combustible en un reactor nuclear. Al igual que el 238U, el 232Th constituye un isótopo fértil a pesar de que no es fisible. En reactor, puede absorber un neutrón y producir un átomo de uranio 233 fisible después de dos emisiones β.
Al absorber un neutrón, el 232Th se convierte en 233Th. Este último emite un electrón y un antineutrino por desintegración β. Se transforma entonces, por una segunda desintegración β, en protactinio 233 (233Pa) que emite un electrón y un antineutrino. Luego, al cabo de un período de aproximadamente 27 días, se convierte en 233U.
A continuación, es posible irradiar el combustible del reactor. Se puede entonces separar el 233U del Th. Este proceso es relativamente simple, ya que conviene realizar una separación química y no isotópica. Se inyecta entonces el combustible en otro reactor para el ciclo del combustible nuclear cerrado.
El 233U es un producto fisible. Sin embargo, sus propiedades son más ventajosas que los otros dos isótopos fisibles utilizados en la industria nuclear (el 235U y el 239Pu).
El elemento fisiona una vez con neutrones lentos. Produce entonces varios neutrones tan pronto como absorbe uno. Se puede utilizar en un ciclo reproductor más eficaz que el que es posible con el uranio o el plutonio. Esto se hace con materias fisibles como el 235U y el 239Pu.
Diversos medios permiten explotar la energía del torio. Por ejemplo, están los reactores nucleares de sales fundidas que constituyen la vía más prometedora. Varios países como Francia, Estados Unidos, China, India y Japón ya están estudiando esta opción. Sin embargo, se necesitan más investigaciones así como medios financieros e industriales considerables para realizar reactores comerciales. Parece que la factibilidad de la tecnología está casi adquirida. Los equipos de desarrollo más activos avanzan además el horizonte 2025.
En enero de 2012, la Academia de Ciencias de París emitió una opinión sobre la importancia de apoyar las investigaciones sobre las tecnologías emergentes para la industria nuclear. Se trata principalmente de los reactores de cuarta generación y de la industria del Th.
El torio es un isótopo fértil. A este efecto, forma parte de las materias contempladas por el tratado sobre la no proliferación de las armas nucleares.
En Francia, este elemento constituye una materia nuclear que no se puede poseer libremente. Su posesión está sometida a una reglamentación.
Los chinos cuentan con llevar a cabo investigaciones sobre el Th, ya que han constatado una creciente contaminación del aire debido a las energías fósiles. Prevén especialmente construir un prototipo de reactor de sal fundida alimentado con torio en 2028. En teoría, esto produciría menos residuos radioactivos que una central de uranio. Su vida útil también es más corta (500 años).
Prevén desarrollar un polo de investigación en Shanghái, pero los investigadores permanecen prudentes. En octubre de 2021, los científicos pusieron en marcha un reactor experimental, de sales fundidas. Se trata del modelo TMSR-LF.
a partir de 49€
Hecho en España
Disponible, 7 días a la semana
Dentro de 14 días, satisfecho o reembolsado
PayPal, tarjeta de crédito, Visa, Mastercard, transferencia bancaria
4x sin intereses desde 30€ de compra con PayPal