Оксид тория(IV)

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
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

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

Получение

• Сгорание тория на воздухе:

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

• Разложение гидроксида, нитрата, карбоната или оксалата тория:

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

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

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

$\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}{\mathsf{C}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\stackrel{T}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{O}$

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

Физические свойства

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

Химические свойства

• Реагирует только с концентрированными серной и азотной кислотами:

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\underset{-H_{2}O}{\overset{80^{o}C}{\to }}\mathsf{[}\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{H}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{)}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{]}\mathsf{H}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\stackrel{0^{o}C,H_{2}O}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}$

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\stackrel{HF}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

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

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{H}\mathsf{F}\stackrel{400-500^{o}C}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{F}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\stackrel{1300-1500^{o}C}{\to }\mathsf{2}\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{S}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

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

• Реагирует с хлором в присутствии восстановителей:

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{O}\stackrel{400-500^{o}C}{\to }\mathsf{2}\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$

• Вытесняется из оксида более активными металлами:

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{a}\stackrel{950^{o}C,Ar}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{a}\mathsf{O}$

• Реагирует при сплавлении с гидросульфатом калия:

$\mathsf{T}\mathsf{h}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{K}\mathsf{H}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\stackrel{350-400^{o}C,Ar}{\to }\mathsf{T}\mathsf{h}\mathsf{(}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

Применение

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), однако впоследствии вышел из употребления ввиду доказанной радиоканцерогенности.

Литература

• 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.