Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

Глава 13. ТОРИЙ И УРАН
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Элемент торий был открыт в 1828 г. Берцелиусом в минерале, найденном в Норвегии и позже названном торитом (ТhSiO₄). Элемент назван по имени бога грома в скандинавской мифологии - Тора.
Чистый торий был получен только в 1934 г. ван Аркелем термической диссо­циацией иодида тория. Радиоактивность тория была обнаружена в 1896 г. Кюри.
Уран открыт в 1789 г. Клапротом в урановой смолке (U₃O₈)- Более 40 лет после открытия за металлический уран принимали его диоксид. Только в 1841 г. Пелиго был получен металлический уран восстановлением его хлорида калием. Радиоактивность минералов урана была открыта в 1896 г. Беккерелем. В 1898 г. Мария и Пьер Кюри открыли радий в урановых рудах.
До 1900 г. урановые руды перерабатывали в небольших количествах с целью получения соединений урана, применявшихся в живописи (урановая желтая), для окраски стекла и керамики. С 1900 по 1942 г. урановые руды перерабатывали главным образом для извлечения радия. С 1942 г. и по настоящее время основ­ная цель переработки руд - производство урана для ядерных реакторов.
Свойства тория и урана
В 1946 г. Г.Сиборг выдвинул гипотезу, согласно которой в Периодической системе после актиния начинается новая переходная группа элементов актини­ды (или актиноиды), подобная лантаноидам, в которой заполняется оболочка 5f. Эта точка зрения в настоящее время общепринята. К ряду актиноидов отно­сят торий, протактиний, уран и заурановые элементы (нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобе­лий). Первые члены этого ряда - торий, протактиний и уран, обычно включав­шиеся соответственно в IV, V и VI побочные группы Периодической системы, не могут по основным химическим свойствам рассматриваться как аналоги актиния и лантаноидов. Кроме того, спектральные исследования указывают на отсутст­вие 5f-электронов у тория и протактиния, а возможно и у урана. Следует, од­нако, учитывать близость энергий электронов на уровнях 5f и 6d у атомов тяжелых элементов, что обусловливает легкость перехода электронов с одного уровня на другой. Имеется ряд доводов в пользу отнесения тория и урана к группе актиноидов. Так, в металлическом состоянии торий и уран (так же, как и трансураниды) близки по свойствам лантаноидам и резко отличаются от цир­кония, тантала и вольфрама. Свойства химических соединений урана значитель­но отличаются от свойств соединений вольфрама.
Хотя торий по химическим свойствам несомненно близок цирконию и гафнию, но большее сходство прослеживается между торием и четырехвалентным церием. Актиноиды подобно лантаноидам отличаются парамагнитными свойствами. Измене­ние магнитной восприимчивости катионов урана и трансуранидов в водных рас­творах аналогично и для ряда лантаноидов.
Природный торий содержит практически один изотоп ²³²₉₀Th (T₁/₂ =1,39• 10¹⁰ лет), являющийся родоначальником радиоактивного семейства, заканчива­ющегося изотопом свинца ²^РЬ. Природный уран состоит, из трех изотопов с массовыми числами 238 (99,28 %), 235 (0,71 %) и 234 (0,005 %). Изотопы ²³⁸U(T₁/₂ = 4,5 • 10⁹ лет) и ²³⁵U(T₁/₂ = 7,1 • 10⁸ лет) являются родоначальниками радиоактивных семейств ряда (4п + 2) и (4n + 3) соответственно.
Физические свойства
Торий мягкий, серебристо-белый металл (в свежем срезе). Известны две криcталлические модификации тория. До 1400 С устойчива α-форма гранецентрированной кубической решеткой, выше 1400 °C β-форма с объемноцентрированной кубической решеткой.
Уран-пластичный металл серо-стального цвета. Известны три его модифика­ции: α-уран устойчив до 662 °С, кристаллизуется в орторомбической системе; β-уран устойчив в интервале 662 - 769°С, структура тетрагональная; γ- уран с кубической гранецентрированной структурой, устойчив выше 769 °С.
Ниже приведены некоторые физические свойства тория и урана:
Торий Уран
Атомный номер 90 92
Атомная масса 233,038 238,03
Плотность р _{20 °С}, г/см³ 11,7 18,5-19
Температура, °С:
плавления 1750 1130
кипения 3500-4200 3700-4200
Удельное электросопротивление
р _{20 °С} •10⁶, Ом•см 13-18 30,0
Сечение захвата тепловых нейтронов
n•10²⁴, см² 7,31 7,68 (природная смесь изотопов)


Механические свойства урана сильно зависят (учитывая анизотропию крис­таллов металла) от режима механической и термической обработки. Нагрев ура­на при температурах устойчивости β и γ-модификаций с последующей закалкой не приводит к фиксированию β- или γ–форм но вызывает измельчение зерна и ликвидирует текстуру, возникающую при механической обработке.