થોરિયમ : આવર્તક કોષ્ટકના ત્રીજા (અગાઉ IIIA) સમૂહમાં ઍક્ટિનિયન પછી આવેલ અને ઍક્ટિનાઇડ્ઝ, ઍક્ટિનોઇડ્ઝ અથવા ઍક્ટિનૉન્સ તરીકે ઓળખાતી શ્રેણીમાંનું રાસાયણિક ધાતુતત્વ. સંજ્ઞા Th. 1828માં જોન્સ જેકૉબ બર્ઝેલિયસે હાલ થોરાઇટ તરીકે ઓળખાતા નૉર્વેજિયન અયસ્ક(ore)માંથી એક ઑક્સાઇડ મેળવ્યો, જેને તેમણે યુદ્ધ માટેના નૉર્વેજિયન દેવતાના નામ ઉપરથી ‘થોરિયા’ નામ આપ્યું અને તેના ટેટ્રાક્લોરાઇડનું પોટૅશિયમ વડે અપચયન (reduction) કરી થોરિયમ ધાતુ અલગ પાડી. પણ 1885માં સી.એ. ફોન વેલ્સબાકે તાપદીપ્ત (incandescent) ગૅસ મેન્ટલ વિકસાવ્યું નહિ ત્યાં સુધી તેનો ઝાઝો વપરાશ થતો ન હતો. તત્વની વિકિરણધર્મિતા (radioactivity) 1898માં ગેરહાર્ડ કાર્લ સ્મિડ્ટ અને મેરી ક્યૂરીએ એકબીજાથી સ્વતંત્ર રીતે શોધી કાઢેલી.
ઉપસ્થિતિ (પ્રાપ્તિ, occurrence) : થોરિયમ વિસ્તૃતપણે પણ છૂંટુંછવાયું વિતરિત થયેલું છે. પૃથ્વીના પોપડામાં તેનું પ્રમાણ 0.0015 % જેટલું (સીસા જેટલું) અને યુરેનિયમથી ત્રણગણું છે. તે મુક્ત અવસ્થામાં મળી આવતું નથી. તેની મુખ્ય ખનીજ મૉનેઝાઇટ (monazite) રેતી છે; જે ભારત, બ્રાઝિલ, શ્રીલંકા, દક્ષિણ આફ્રિકા, રશિયા, સ્કૅન્ડિનેવિયા અને ઑસ્ટ્રેલિયામાં મળી આવે છે. અમેરિકામાં તે ફ્લોરિડા, ઇડાહો અને કેરોલિનામાં મળી આવે છે. તેનાં અન્ય ખનિજો થોરાઇટ (ThSiO4), થોરિયેનાઇટ અને ઑરેન્જાઇટ છે.
નિષ્કર્ષણ : મૉનેઝાઇટ રેતીમાંથી થોરિયમ મેળવવા માટે રેતીને ગરમ સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ અથવા ગરમ સાંદ્ર (73 %) કૉસ્ટિક સોડા સાથે પકવવામાં આવે છે. વિવિધ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ અને ટ્રાઇબ્યુટાઇલ ફૉસ્ફેટ વડે નિષ્કર્ષણ દ્વારા થોરિયમને સંકેન્દ્રિત કરવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે શુદ્ધીકરણ પામેલ થોરિયમ સંયોજનને પાછું જલીય દ્રાવણમાં લઈ જઈ તેને સ્ફટિકીકરણ દ્વારા નાઇટ્રેટ રૂપે અથવા ઑક્ઝલેટના અવશેષ તરીકે મેળવવામાં આવે છે. આ શુદ્ધ ક્ષારોમાંથી ઑક્સાઇડ કે અન્ય સંયોજનો બનાવવામાં આવે છે.
થોરિયમ સક્રિય ધાતુ હોવાથી તેને ધાતુસ્વરૂપમાં મેળવવામાં મુશ્કેલી પડે છે. થોરિયમ ઑક્સાઇડનું આલ્કલી કે આલ્કલી મૃદાધાતુ (કૅલ્શિયમ, મૅગ્નેશિયમ) વડે અથવા તેનાં હેલાઇડ સંયોજનોના વિદ્યુતવિભાજનથી થોરિયમ મેળવી શકાય છે. અસ્તરવાળી લોખંડની મૂષા(crucible)માં થોરિયમ ઑક્સાઇડ (ThO2) અને કૅલ્શિયમ ધાતુનું મિશ્રણ થઈ આર્ગન જેવા નિષ્ક્રિય વાયુના આવરણ હેઠળ લગભગ 1000° સે. તાપમાને ગરમ કરતાં ભૂકાના સ્વરૂપમાં થોરિયમ અને કૅલ્શિયમ ઑક્સાઇડ મળે છે :
ThO2 + 2Ca → Th + 2CaO.
આ મિશ્રણને ઓરડાના તાપમાને લાવી, પાણીથી ધોઈ CaO દૂર કરવાથી મળતી અદ્રાવ્ય થોરિયમ ધાતુને શુષ્ક બનાવવામાં આવે છે.
થોરિયમ ક્લોરાઇડ કે ફ્લોરાઇડને આલ્કલી હેલાઇડ સાથે ભેળવી પીગળેલા દ્વિક્ષાર (દા. ત., ThF4·KF)નું વિદ્યુતવિભાજન કરવાથી પણ થોરિયમ મેળવી શકાય છે.
બન્ને વિધિમાં પાઉડર કે દાણા રૂપે ધાતુ મળે છે. તેને ગરમ કરી, દબાવી ગઠ્ઠા-સ્વરૂપમાં થોરિયમ મેળવી શકાય છે.
થોરિયમ આયોડાઇડનું તપ્ત સપાટી ઉપર વિઘટન કરવાથી થોરિયમના સ્ફટિક-રૂપમાં સળિયા મળે છે.
મોટા પાયા પર થોરિયમ ધાતુ મેળવવા માટે બૉમ્બ-પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે; જેમાં ઊંચું તાપમાન સહન કરી શકે તેવી ઈંટોના અસ્તરવાળા પાત્રમાં થોરિયમ ટેટ્રાક્લોરાઇડ, દાણાદાર કૅલ્શિયમ ધાતુ અને ઝિંક ક્લોરાઇડનું મિશ્રણ લઈ આ બૉમ્બને 650° સે. તાપમાને રાખેલી ભઠ્ઠીમાં મૂકવામાં આવતાં થોડા સમય બાદ મિશ્રણ સળગે છે અને પ્રક્રિયાને અંતે CaF2, CaCl2 નો ધાતુમળ (slag) મળે છે. સાથે સાથે થોરિયમ અને ઝિંકની મિશ્રધાતુ બને છે. આ બધું ઊંચા તાપમાને પ્રવાહી સ્થિતિમાં હોય છે, જેમાં મિશ્રધાતુ તળિયે હોય છે જ્યારે ધાતુમળ ઉપર તરતો હોય છે. મિશ્રધાતુને બહાર કાઢી 1100° સે. તાપમાને શૂન્યાવકાશમાં નિસ્યંદન કરતાં ઝિંક દૂર થાય છે અને થોરિયમ છિદ્રાળુ ધાતુ સ્વરૂપમાં મળે છે તેના પર યાંત્રિક ક્રિયા કરતાં તે સળિયા રૂપે મળે છે.
ગુણધર્મો : થોરિયમ ચાંદી જેવી ચમકદાર અને સીસા જેવી નરમ ધાતુ છે. પણ હવામાં તે કાળી કે ભૂખરી પડી જાય છે. પાઉડર-રૂપમાં તે જ્વલનશીલ અને સ્ફોટક છે. તેને બહિ:સ્ફુરિત કરી શકાય છે; ‘રોલ’ કરી શકાય છે તેમજ ઘડી પણ શકાય છે. તેને ટીપી તેમજ તંતુમાં ફેરવી શકાય છે પણ તત્યતા ઓછી હોવાથી તાર ખેંચવામાં મુશ્કેલી પડે છે. તેના કેટલાક ભૌતિક ગુધર્મો સારણીમાં આપ્યા છે.
સારણી : થોરિયમના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો
| પરમાણુક્રમાંક | 90 |
| ઇલેક્ટ્રૉનીય વિન્યાસ | 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2, અથવા
[Rn]7d27s2 |
| સાપેક્ષ પરમાણુદળ | 232.038 |
| ગ.બિં. (°સે.) | 1750 |
| ઉ.બિં. (°સે.) | 4788 |
| ઘનતા (25° સે.)(ગ્રા/ઘ.સેમી.) | 11.72 |
| E° (M4+/M)(વોલ્ટ) | -3.8 |
| વિદ્યુત પ્રતિરોધકતા (27° સે.)
(μ ઑહ્મ સેમી.) |
15.4 |
આ ધાતુ વિકિરણધર્મી સમસ્થાનિકોનું મિશ્રણ છે, જેમાં અર્ધઆયુ 1.4 x 1010 વર્ષવાળા Th-232 સમસ્થાનિકનું પ્રમાણ વધુ હોય છે. તેના બીજા વિકિરણધર્મી સમસ્થાનિકોમાં 227, 228, 229, 230, અને 234 છે. Th-229 સંશ્લેષિત રીતે પણ મેળવી શકાયું છે, જેનું અર્ધઆયુ 7,340 વર્ષ છે અને નેપ્ચૂનિયમના વિખંડનથી તે ઉદભવે છે. થોરિયમના શ્રેણીબદ્ધ 10 વિખંડન (αઅને β ક્ષય) થયા પછી તેનું pb-208માં પરિવર્તન થાય છે.
થોરિયમનાં મોટા ભાગનાં સંયોજનોમાં તેની સંયોજકતા +4 છે. રાસાયણિક રીતે તે ઝર્કોનિયમ અને હાફ્નિયમને મળતું તત્વ છે. હવામાં બળતાં તે ThO2 બનાવે છે. થોરિયમ ઍસિડ પ્રત્યે ઓછું ક્રિયાશીલ છે પણ સાંદ્ર નાઇટ્રિક ઍસિડ સાથે પાણીમાં દ્રાવ્ય Th(NO3)4.4H2O બનાવે છે. આ ધાતુ પાણી કે આલ્કલીમાં અદ્રાવ્ય છે. નિષ્ક્રિય વાયુઓ સિવાય અન્ય અધાતુઓ (nonmetals) સાથેની પ્રક્રિયાથી તે દ્વિઅંગી (binary) સંયોજનો બનાવે છે. હેલોજન સાથે ઊંચા તાપમાને પ્રક્રિયા કરી હેલાઇડ (ThX4, X=હેલોજન) જ્યારે ગંધક અને નાઇટ્રોજન સાથે અનુક્રમે સલ્ફાઇડ અને નાઇટ્રાઇડ બનાવે છે. હેલાઇડ સંયોજન આલ્કલી હેલાઇડ સાથે દ્વિક્ષારો (double salts) બનાવે છે.
થોરિયા (ThO2) એ થોરિયમનો સામાન્ય ઑક્સાઇડ છે; જે નાઇટ્રેટ, હાઇડ્રૉક્સાઇડ, ઑક્ઝલેટ તથા થોરિયમનાં અન્ય સંયોજનોના ઉષ્મીય વિઘટન દ્વારા બનાવી શકાય છે. થોરિયમના ક્ષારોમાંથી Th2O7 (પેરૉક્સાઇડ) તથા Th(OH)4 બનાવી શકાય છે. ThOX2 અને Th(OH)2X2 સંયોજનો પણ જાણીતાં છે. થોરિયમ સલ્ફેટ નિર્જળ અથવા પાણીના 2, 4, 6, 8, અથવા 9 અણુઓ ધરાવતો મળે છે. તેના દ્વિક્ષારો પણ જાણીતા છે.
થોરિયમના કાર્બોનેટ, ફૉસ્ફેટ, આયોડેટ, ક્લોરેટ, મોલિબ્ડેટ અને અન્ય અકાર્બનિક સંયોજનો પણ જાણીતાં છે. પાણીમાં અદ્રાવ્ય થોરિયમ ઑક્ઝલેટ [Th(C2O4)2.6H2O] થોરિયમનાં શુદ્ધ સંયોજનો બનાવવામાં ઉપયોગી છે.
મૅગ્નેશિયમ, બોરોન, ઍલ્યુમિનિયમ, સિલિકન અને અન્ય ધાતુતત્ત્વો સાથે થોરિયમ દ્વિઅંગી આંતરધાતુ(intermetallic) સંયોજનો બનાવે છે, જેમાં કૉપર, સિલ્વર અને ગોલ્ડ સાથેનાં સંયોજનો સ્વત:-જ્વલનશીલ (pyrophoric) હોય છે. સ્કૅન્ડિયમ, ટિટેનિયમ, વૅનેડિયમ અને ક્રોમિયમ સમૂહનાં તત્વો તેમજ વિરલ મૃદા-તત્વો સાથે આંતરધાતુ સંયોજનો બનતાં નથી. થોરિયમના ભારમિતીય પૃથક્કરણમાં તેને ઑક્ઝલેટ તરીકે મેળવી નિસ્તાપન કરતાં ThO2 મળે છે, જેનું વજન કરવામાં આવે છે. કદમિતીય પૃથક્કરણ માટે થોરિયમના દ્રાવણનું EDTA સાથે અનુમાપન (titration) કરવામાં આવે છે, જેમાં ઝાયલીનોલ (xylenol) ઑરેન્જ જેવો સૂચક વપરાય છે.
ઉપયોગો : થોરિયમનો ઉપયોગ હાલ મર્યાદિત છે. તેના ઉત્પાદનનો અર્ધો ભાગ હજુ પણ ગૅસ-મેન્ટલો બનાવવામાં વપરાય છે. વર્ષોથી વીજળીના દીવાના તાર (filament) માટે વપરાતી ટંગ્સ્ટન ધાતુમાં થોરિયમ ઑક્સાઇડ ઉમેરવામાં આવે છે. અન્ય ધાતુઓ અને મિશ્રધાતુઓમાં પણ તે ઉપયોગી છે. મૅગ્નેશિયમ અને તેની મિશ્રધાતુઓની ઊંચા તાપમાને પ્રબળતા વધારવા થોરિયમ (3 %) ઉમેરવામાં આવે છે. આથી વિમાનોનાં એન્જિન અને ફ્રેમો બનાવવામાં તેનો ઉપયોગ વધતો જાય છે. થોરિયમ અથવા તેનો ઑક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રૉનિક ટ્યૂબમાં, વેલ્ડિંગ ઇલેક્ટ્રૉડમાં તથા 2000થી 1750 Åની તરંગલંબાઈવાળા પારજાંબલી પ્રકાશ માપવા માટેના પ્રકાશ-વિદ્યુતકોષમાં પણ વપરાય છે. કેટલીક કાર્બનિક પ્રક્રિયાઓમાં થોરિયમ ઑક્સાઇડ ઉદ્દીપક તરીકે પણ વપરાય છે.
પ્રજનક ભઠ્ઠી(breeder reactor)માં Th-232નો ઉપયોગ થઈ શકે છે; જ્યાં તે ધીમા ન્યૂટ્રૉનને શોષીને, ક્ષય પામી, વિખંડન પામી શકે તેવા U-232માં પરિણમે છે. તેનો ઉપયોગ પારમાણ્વિક ઇંધન તરીકે થાય છે. એમ માનવામાં આવે છે કે દુનિયામાં યુરેનિયમ, કોલસો અને ખનિજતેલમાંથી મળતી કુલ ઊર્જા કરતાં થોરિયમમાંથી પ્રાપ્ત થતી કુલ ઊર્જા વધુ હશે. વિકિરણમિતીય (radiometric) બળ-નિર્ધારણ પ્રયુક્તિઓમાં પણ તે વપરાય છે.
પ્રવીણસાગર સત્યપંથી