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innere Übergangsmetalle: Thorium

Symbol: Th
Kategorie: innere Übergangsmetalle
Ordnungszahl: 90
Relative Atommasse: 232,0381
Schmelzpunkt: 2023 K
Siedepunkt: 5060 K
Dichte: 11,72 g cm-3
Elektronegativität: 1,1
Ionisierungsenergie: 6,95 eV
Konfiguration: [Rn] 6d² 7s²
Oxidationszahlen: 4, 3, 2
Atomradius: 179,8 pm
Ionenradius: 99 pm (+4); 101 pm (+3)

Neben Uran ist Thorium das einzige Element jenseits der Ordnungszahl 83, das ein nahezu stabiles Isotop hat. Th-232 hat eine Halbwertszeit von etwa 14 Milliarden Jahren – länger als das Alter des Universums. Entsprechend gibt es auf der Erde primordiales Thorium, und davon gar nicht so wenig; es erzeugt mit seiner Radioaktivität derzeit den größten Teil der Zerfallswärme, die die Erde von innen heizt und die dafür sorgt, dass der Planet nicht schon längst komplett erstarrt ist.

In der Erdkruste kommt es mit einigen Milligramm pro Kilogramm in höheren Konzentrationen vor als die meisten Seltenerdmetalle, mit denen es zusammen auftritt. Es bildet als Thoriumdioxid sogar ein eigenes Mineral, Thorianit. Man gewinnt Thorium jedoch hauptsächlich aus Monazit, in dem es zusammen mit den seltenen Erden vorkommt. Anders als die meisten Actinoide mit der typischen Oxidationsstufe +3 kommt Thorium fast immer in der Oxidationsstufe +4 vor, der Grund sind relativistische Effekte, durch die alle vier Valenzelektronen sehr ähnliche Energien haben. Chemisch ähnelt es eher Zirconium und Hafnium als den Lanthanoiden.

Für Thorium gab es lange Zeit eine große Vielfalt von Anwendungen, zum Beispiel in Keramik und in der chemischen Katalyse, oder in den Elektroden zum Lichtbogenschweißen. Wegen seiner Radioaktivität verschwand es allerdings gegen Ende des 20. Jahrhunderts aus vielen Anwendungen, für die es geeignete Ersatzstoffe gab.

Man kann Thorium allerdings analog zu Uran als Energieträger für Kernreaktoren nutzen, was in Indien auch geschieht. Thorium selbst ist nicht spaltbar, man kann es jedoch durch Neutronenbestrahlung in das spaltbare U-233 umwandeln – ganz analog zum Schnellen Brüter, der Uran in Plutonium umwandelt. Dieses Uranisotop hat den Vorteil, dass bei seinem Zerfall weniger hochradioaktive Abfälle entstehen; es hat eine deutlich geringere Chance, durch Neutroneneinfang zu problematischen Transuranen zu werden. Stattdessen findet häufiger Spaltung statt. Ein weiterer Vorteil ist, dass Thorium viel häufiger ist als Uran. Unglücklicherweise ist der Thoriumzyklus technisch deutlich aufwändiger als klassische uranbasierte Reaktoren; außerdem warnen Fachleute, dass man auch aus Thorium waffenfähiges Uran erzeugen kann.

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