Chapitres
- 01. Présentation
- 02. Un peu d’histoire
- 03. Présence à l’état naturel
- 04. Propriétés physiques et chimiques
- 05. Utilisations
- 06. Toxicité
- 07. Écotoxicité
Présentation
Le thorium est un élément chimique qui porte le numéro 90 dans la classification périodique des éléments.
Informations générales | |
---|---|
Symbole | Th |
Numéro atomique | 90 |
Famille | Actinide |
Période | 7 |
Bloc | f |
Masse volumique | 11,72 g.cm-3 |
Dureté | 3 |
Couleur | Argenté terni de noir |
Propriétés atomiques | |
Masse atomique | 23,0377 u |
Rayon atomique | 179 pm |
Configuration électronique | [Rn] 7s2 6d2 |
Électrons par niveau d'énergie | 2 | 8 | 18 | 32 | 18 | 10 | 2 |
Oxyde | Base faible |
Système cristallin | Cubique à faces centrées |
Propriétés physiques | |
État ordinaire | Solide |
Point de fusion | 1 750°C |
Point d'ébullition | 4 790°C |
Définitions
- Numéro atomique : Le numéro atomique d'un atome représente le nombre de protons de ce dernier
- Famille : L'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
- Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
- Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
- Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
- Dureté : La dureté d'un matériau représente la résistance qu'il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
- Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique fond, passant ainsi de l'état solide à l'état liquide
- Point d'ébullition : Le point d'ébullition correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique bout, passant ainsi de l'état liquide à l'état gazeux
Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C'est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l'évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.
L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science. L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.
Un peu d’histoire
Étymologie
L'élément 90, le thorium, est nommé ainsi sur la base du nom Thor qui est le dieu scandinave du tonnerre. Il a dans un premier temps été proposé en 1815 par le chimiste suédois Jons Jakob Berzelius pour un élément qu'il croyait alors inconnu mais qui s'avéra être de l'yttrium. Il l'a ensuite réutilisé pour un nouvel élément identifié en 1829.
Découverte
Le thorium a été découvert en Norvège, plus précisément sur l'île de Løvøy, sous la forme d'un minerai noir par Morten Thrane Esmark qui envoya un échantillon à son père, le professeur Jens Esmark. Jens Esmark est en effet un minéralogiste connu et distingué qui était alors incapable d'identifier l'échantillon fourni par son fils. Pour cela, il envoya l'échantillon au chimiste suédois Jöns Jakob Berzelius en 1828 pour que celui-ci l'examine. Le chimiste déclara alors qu'il s'agissait d'un nouvel élément qu'il nommera thorium en référence au célèbre dieu scandinave du tonnerre, Thor. Ce métal resta cependant inutilisé jusqu'en 1885, année où le manchon à incandescence fut inventé. Il sera alors utilisé jusqu'à ce que le marché des lampes à incandescence s'effondre à la fin de la Première Guerre mondiale. Après cela, en 1898, la célèbre physicienne Marie Curie découvrit la radioactivité du thorium avec le chimiste Gerhard Carl Schmidt. Plus tard, entre 1900 et 1903, deux scientifiques, Ernest Rutherford et Frederick Soddy, démontrèrent que le thorium se désintégrait en suivant une loi de décroissance exponentielle donnant de nouveaux éléments. De cela, on identifiera la période radioactive comme une caractéristique essentielle des particules alpha.
La radioactivité alpha est un rayonnement provoqué par une désintégration alpha qui est une désintégration radioactive où un noyau atomique éjecte une particule alpha qui se transforme en un autre noyau dont le nombre de masse est diminué de 4 et le numéro atomique de 2 à cause de la particule alpha manquante qui est analogue au noyau d’hélium 4 On appelle période radioactive le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux d’un isotope radioactif se désintègre de manière naturelle. Cette période n’est influencée en aucun cas par les conditions de l’environnement, que ce soit la température, la pression ou encore le champ magnétique, elle est propre à l’isotope en question. Statistiquement, on peut dire que la période radioactive est le temps à l’issue duquel le noyau de l’atome a 50 % de chances de s’être désintégré
Présence à l’état naturel
Puisque le thorium 232 présente une période radioactive très longue, c'est à dire environ trois fois l'âge de la Terre, il n'y a seulement qu'un cinquième du thorium initial qui s'est désintégré afin de former du plomb 208. Le thorium peut être trouvé en petites quantités dans une majorités de roches et de sol et possède une clarke quatre fois plus important de l'uranium et un clarke à peu près égal à celui du plomb. En effet, dans le sol, on peut trouver environ 12 ppm de thorium.
Le clarke d’un élément chimique définit sa présence moyenne dans la croûte terrestre . Il s’exprime sous la forme d’une fraction massique en pourcentage, ppm (partie par million), ou ppb (partie par milliard)
L'élément 90 peut également être retrouvé dans de nombreux minéraux. Les principaux minerais de thorium sont :
- La thorite, de formule ThSiO4
- La thorianite, de formule ThO2
- Et la monazite, de formule (Ce,La,Nd,Th)PO4
Mais les plus communs des minerais de thorium sont le phosphate de thorium mais aussi le phosphate de terres rares qui peuvent contenir jusqu'à 12% d'oxyde de thorium.
Les terres rares constituent un groupe de métaux possédant des propriétés proches du scandium 21Sc, de l’yttrium 39Y, et des quinze lanthanides.
Propriétés physiques et chimiques
Le thorium sous forme de corps simple
Le thorium est un actinide qui, lorsqu'il est pur est un métal grisâtre, mou, très dense, qui se ternit progressivement lorsqu'il est exposé au dioxygène car sa couche supérieur forme de l'oxyde de thorium de couleur noirâtre. Il peut cependant conserver son aspect brillant pendant plusieurs mois grâce à sa couche d'oxyde.
On appelle actinide tout élément chimique dont le numéro atomique est compris entre 89 et 103
A haute température il peut brûler et sous forme de poudre il peut même s'enflammer spontanément. Il peut réagir avec la plupart acides ainsi qu'avec l'eau.
Les ions du thorium en solution aqueuse
L'ion thorium IV, de formule Th4+, est un cation monoatomique qui présente un défaut de quatre électrons. Il peut être obtenu par dissolution du nitrate de thorium dans l'eau mais sa solubilité est faible en milieu neutre ou basique.
Composés à base de thorium
L'oxyde de thorium, de formule ThO2, est l'oxyde présentant la températures de fusion la plus élevée, c'est à dire 3300°C. Il peut être utilisé pour obtenir des céramiques réfractaires. Il permet également d'obtenir des verres ayant un indice de réfraction très élevés utilisés dans certaines lentilles. L'oxyde de thorium est présent dans la nature sous forme d'un noir appelé thorianite.
Isotopes
Des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons
Les isotopes du thorium, sans exception, sont radioactifs. Le thorium naturel est dit monoisotopique et mononucléidique.
On dit d'un élément qu'il est monoisotopique lorsqu'il ne possède qu'un seul isotope stable. On dit d’un élément qu’il est mononucléidique lorsque cet élément n’est présent sur Terre que sous la forme d’un seul nucléide, stable ou non.
En effet, il n'est constitué qu'un seul isotope dont le nombre de masse est égal à 232 et dont la période radioactive est de 14 milliards d'années.
Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome
Utilisations
Le thorium est surtout utilisé afin de fabriqué des électrodes et des cathodes mais aussi dans les verres optiques qui, de ce fait, affichent une moindre aberration chromatique. Le thorium permet également, grâce à ses propriétés, aux manchons à incandescence de fonctionner à très haute température, de même pour les porcelaines : celles contenant du thorium peuvent résister à des températures élevées.
Toxicité
Le thorium est un élément faiblement radioactif. De ce fait, il n'est dangereux uniquement s'il est inhalé ou ingéré en grande quantité. Ces expositions peuvent alors provoquer, en cas d'inhalation, des cancers du poumons, du pancréas et du sang mais, en cas d'ingestion, le thorium peut provoquer des maladies du foie.
Écotoxicité
On dit d’un objet qu’il est écotoxique lorsqu’il est toxique pour l’environnement, c’est-à-dire polluant
Le thorium est un élément dit écotoxique. En effet, la population mondiale absorbe, par l'intermédiaire de l'eau et de la nourriture, du thorium. Cela est dû aux quantités importantes, et qui sont souvent non contrôlées, près des sites de déchets dangereux dans le cas où le thorium n'a pas été éliminé selon les bonnes procédures. De ce fait, le sol est pollué mais également les eaux souterraines, affectant les personnes vivant près de ce genre de site mais également les animaux et les végétaux évoluant dans cet environnement.
Si vous désirez une aide personnalisée, contactez dès maintenant l’un de nos professeurs !