Оксид тория(IV)

Окси́д то́рия(IV) — бинарное неорганическое соединение металла тория и кислорода с формулой ThO₂, бесцветные кристаллы, нерастворимые в воде.

Оксид тория​(IV)​
Общие
Систематическое наименование	Оксид тория, диоксид тория
Традиционные названия	Окись тория, двуокись тория
Хим. формула	ThO2
Физические свойства
Состояние	бесцветные кристаллы
Молярная масса	264,04 г/моль
Плотность	9,7; 9,87; 10,03 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	3050; 3350 °C
• кипения	≈4400 °C
Мол. теплоёмк.	61,76 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	-1226,4 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS	1314-20-1
PubChem	O=[Th]=O
Рег. номер EINECS	215-225-1
SMILES	O=[Th]=O
InChI	InChI=1S/2O.Th ZCUFMDLYAMJYST-UHFFFAOYSA-N
ChEBI	37339
ChemSpider	14124
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

ПолучениеПравить

• Сгорание тория на воздухе:

$\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{{\mathsf{250}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {Th+O_{2}\ {\xrightarrow {250^{o}C}}\ ThO_{2}}}$ 

• Разложение гидроксида, нитрата, карбоната или оксалата тория:

$\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{4}}\stackrel{{\mathsf{470}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Th(OH)_{4}\ {\xrightarrow {470^{o}C}}\ ThO_{2}+2H_{2}O}}$ 

$\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{4}}\stackrel{{\mathsf{400}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {Th(NO_{3})_{4}\ {\xrightarrow {400^{o}C}}\ ThO_{2}+4NO_{2}+O_{2}}}$ 

$\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\stackrel{\mathsf{T}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {Th(CO_{3})_{2}\ {\xrightarrow {T}}\ ThO_{2}+2CO_{2}}}$ 

$\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}{\mathsf{C}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\stackrel{\mathsf{T}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{O}$${\mathsf {Th(C_{2}O_{4})_{2}\ {\xrightarrow {T}}\ ThO_{2}+2CO_{2}+2CO}}$ 

• В природе встречается редкий минерал — торианит, ThO₂ — минерал из группы уранинита.

Физические свойстваПравить

Оксид тория(IV) образует бесцветные кристаллы кубической сингонии, пространственная группа F m3m, параметры ячейки a = 0,5584 нм, Z = 4.

Химические свойстваПравить

• Реагирует только с концентрированными серной и азотной кислотами:

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\underset{\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}}{\overset{{\mathsf{80}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }}\mathsf{[}\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{H}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{)}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{]}\mathsf{H}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\stackrel{{\mathsf{0}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}\mathsf{,}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {ThO_{2}+H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow[{-H_{2}O}]{80^{o}C}}\ [Th(HSO_{4})SO_{4}]HSO_{4}\ {\xrightarrow {0^{o}C,H_{2}O}}\ Th(SO_{4})_{2}}}$ 

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\stackrel{\mathsf{H}\mathsf{F}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {ThO_{2}+4HNO_{3}\ {\xrightarrow {HF}}\ Th(NO_{3})_{4}+2H_{2}O}}$ 

• При сильном нагревании реагирует с фтороводородом, сероводородом, оксидом кремния:

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{F}\stackrel{\mathsf{400}\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{500}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{F}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {ThO_{2}+4HF\ {\xrightarrow {400-500^{o}C}}\ ThF_{4}+2H_{2}O}}$ 

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\stackrel{\mathsf{1300}\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{1500}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{S}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {ThO_{2}+4H_{2}S\ {\xrightarrow {1300-1500^{o}C}}\ 2ThS_{2}+2H_{2}O}}$ 

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{{\mathsf{1400}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}$${\mathsf {ThO_{2}+SiO_{2}\ {\xrightarrow {1400^{o}C}}\ ThSiO_{4}}}$ 

• Реагирует с хлором в присутствии восстановителей:

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{O}\stackrel{\mathsf{400}\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{500}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {ThO_{2}+2Cl_{2}+2CO\ {\xrightarrow {400-500^{o}C}}\ 2ThCl_{4}+2CO_{2}}}$ 

• Вытесняется из оксида более активными металлами:

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{a}\stackrel{{\mathsf{950}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}\mathsf{,}\mathsf{A}\mathsf{r}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{a}\mathsf{O}$${\mathsf {ThO_{2}+2Ca\ {\xrightarrow {950^{o}C,Ar}}\ Th+2CaO}}$ 

• Реагирует при сплавлении с гидросульфатом калия:

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{K}\mathsf{H}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\stackrel{\mathsf{350}\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{400}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}\mathsf{,}\mathsf{A}\mathsf{r}}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {ThO_{2}+4KHSO_{4}\ {\xrightarrow {350-400^{o}C,Ar}}\ Th(SO_{4})_{2}+2K_{2}SO_{4}+2H_{2}O}}$ 

ПрименениеПравить

 

Слегка желтоватый цвет на просвет, придаваемый линзами из ториевого стекла некоторых фотообъективов середины XX века

• Компонент специальных стёкол.
• Для легирования вольфрама и его сплавов.
• Катализатор в органическом синтезе. В частности, один из лучших катализаторов димеризации метана в этилен.
• Ранее применялся в рентгендиагностике как основной ингредиент рентгеноконтрастных препаратов (в частности, входил в состав торотраста  (англ.) (рус.), однако впоследствии вышел из употребления ввиду доказанной радиоканцерогенности.

ЛитератураПравить

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И. Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — 671 с. — ISBN 5-82270-035-5.
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др.. — 2-е изд., испр. — М.—Л.: Химия, 1966. — Т. 1. — 1072 с.
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
• Лидин Р. А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.