Torium dioksida

Torium dioksida (ThO₂), juga disebut torium(IV) oksida, adalah sebuah padatan kristal, seringkali berwarna putih atau kuning. Juga dikenal sebagai toria, ia diproduksi terutama sebagai produk sampingan dari produksi lantanida dan uranium.^[4] Torianit adalah nama bentuk mineralogi dari torium dioksida. Ia cukup langka dan mengkristal dalam sistem isometrik. Titik lebur torium oksida adalah 3300 °C – tertinggi dari semua oksida yang diketahui. Hanya beberapa unsur (meliputi wolfram dan karbon) dan beberapa senyawa (meliputi tantalum karbida) yang memiliki titik lebur lebih tinggi.^[5] Semua senyawa torium, termasuk torium dioksida, bersifat radioaktif karena tidak ada isotop torium yang stabil.

Torium dioksida

Nama
Nama IUPAC Torium dioksida Torium(IV) oksida
Nama lain Toria Torium anhidrida
Penanda
Nomor CAS	1314-20-1 Y
Model 3D (JSmol)	Gambar interaktif
3DMet	{{{3DMet}}}
ChEBI	CHEBI:37339
ChemSpider	14124
Nomor EC
Referensi Gmelin	141638
PubChem CID	14808
Nomor RTECS	{{{value}}}
UNII	9XA7X17UQC Y
Nomor UN	2910 2909
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID0051657
InChI Key: ZCUFMDLYAMJYST-UHFFFAOYSA-N InChI=1S/2O.Th
SMILES O=[Th]=O
Sifat
Rumus kimia	ThO2
Massa molar	264,037 g/mol[1]
Penampilan	padatan putih[1]
Bau	nirbau
Densitas	10,0 g/cm3[1]
Titik lebur	3.350 °C (6.060 °F; 3.620 K)[1]
Titik didih	4.400 °C (7.950 °F; 4.670 K)[1]
Kelarutan dalam air	tidak larut[1]
Kelarutan	tidak larut dalam alkali sedikit larut dalam asam[1]
Suseptibilitas magnetik (χ)	−16,0·10−6 cm3/mol[2]
Indeks bias (nD)	2,200 (torianit)[3]
Struktur
Struktur kristal	Fluorit (kubus), cF12
Grup ruang	Fm3m, No. 225
Konstanta kisi	a = 559,74(6) pm[4]
Geometri koordinasi	Tetrahedron (O2−); kubus (ThIV)
Termokimia
Entropi molar standar (So)	65,2(2) J K−1 mol−1
Entalpi pembentukan standar (ΔfHo)	−1226(4) kJ/mol
Bahaya
Piktogram GHS
Keterangan bahaya GHS	{{{value}}}
Pernyataan bahaya GHS	H301, H311, H331, H350, H373
Langkah perlindungan GHS	P260, P261, P264, P270, P271, P280, P302+352, P304+340, P321, P330, P403+233, P405, P501
Titik nyala	Tidak mudah terbakar
Dosis atau konsentrasi letal (LD, LC):
LD50 (dosis median)	400 mg/kg
Senyawa terkait
Kation lainnya	Hafnium(IV) oksida Serium(IV) oksida
Senyawa terkait	Protaktinium(IV) oksida Uranium(IV) oksida
Kecuali dinyatakan lain, data di atas berlaku pada suhu dan tekanan standar (25 °C [77 °F], 100 kPa).
N verifikasi (apa ini YN ?)
Referensi

Struktur dan reaksi

Toria eksis sebagai dua polimorf. Satu memiliki struktur kristal fluorit. Ini jarang terjadi di antara biner dioksida. (Oksida biner lainnya dengan struktur fluorit termasuk serium dioksida, uranium dioksida, dan plutonium dioksida).^{[butuh klarifikasi]} Celah pita toria adalah sekitar 6 eV. Bentuk tetragon dari toria juga dikenal. Torium oksida sangat sedikit larut dalam air, pada pH di bawah 4.^[6][7]

Torium dioksida lebih stabil daripada torium monoksida (ThO). Hanya dengan kontrol kondisi reaksi yang hati-hati, oksidasi logam torium dapat menghasilkan monoksida daripada dioksida. Pada suhu yang sangat tinggi, dioksida dapat diubah menjadi monoksida melalui reaksi disproporsionasi (kesetimbangan dengan logam torium cair) di atas suhu 1.850 K (1.580 °C; 2.870 °F) atau melalui disosiasi sederhana (evolusi oksigen) di atas suhu 2.500 K (2.230 °C; 4.040 °F).

Aplikasi

Bahan bakar nuklir

Torium dioksida (toria) dapat digunakan dalam reaktor nuklir sebagai pelet bahan bakar keramik, biasanya terkandung dalam batang bahan bakar nuklir yang dibalut dengan paduan zirkonium. Torium tidak bersifat fisil (tetapi "subur", membiakkan uranium-233 yang bersifat fisil di bawah pemborbardiran neutron); karenanya, ia harus digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir bersama dengan isotop fisil dari uranium atau plutonium. Hal ini dapat dicapai dengan mencampur torium dengan uranium atau plutonium, atau menggunakannya dalam bentuk murni bersamaan dengan batang bahan bakar terpisah yang mengandung uranium atau plutonium. Torium dioksida menawarkan keunggulan dibandingkan pelet bahan bakar uranium dioksida konvensional, karena konduktivitas termalnya yang lebih tinggi (suhu pengoperasiannya lebih rendah), titik leburnya yang jauh lebih tinggi, dan stabilitas kimiawinya (tidak teroksidasi dengan adanya air/oksigen, tidak seperti uranium dioksida).^{[8][9][10][11][12]}

Torium dioksida dapat diubah menjadi bahan bakar nuklir dengan membiakkannya menjadi uranium-233. Stabilitas termal yang tinggi dari torium dioksida memungkinkan aplikasi dalam penyemprotan api dan keramik suhu tinggi.

Paduan

Torium dioksida digunakan sebagai penstabil pada elektroda wolfram pada pengelasan TIG, tabung elektron, dan mesin turbin gas pesawat terbang. Sebagai paduan, logam wolfram yang ditoriasi tidak mudah berubah bentuk karena bahan fusi tinggi toria menambah sifat mekanik suhu tinggi, dan torium membantu merangsang emisi elektron (termion). Ia adalah aditif oksida yang paling populer karena biayanya yang rendah, tetapi telah dihapus demi unsur nonradioaktif seperti serium, lantanum, dan zirkonium.

Nikel terdispersi toria menemukan aplikasinya dalam berbagai operasi suhu tinggi seperti mesin pembakaran karena merupakan bahan tahan mulur yang baik. Ia juga dapat digunakan untuk menjebak hidrogen.

Katalisis

Torium dioksida hampir tidak memiliki nilai sebagai katalis komersial, tetapi aplikasi tersebut telah diteliti dengan baik. Ia adalah katalis dalam sintesis cincin besar Ruzicka. Aplikasi lain yang telah dieksplorasi meliputi perengkahan minyak bumi, konversi amonia menjadi asam nitrat dan pembuatan asam sulfat.^[13]

Agen radiokontras

Torium dioksida adalah bahan utama dalam Thorotrast, sebuah agen radiokontras yang dulu umum digunakan untuk angiografi serebral, namun menyebabkan bentuk kanker yang langka (angiosarkoma hepatik) bertahun-tahun setelah pemberian. Penggunaan ini diganti dengan iodin yang dapat disuntikkan atau suspensi barium sulfat yang dapat ditelan sebagai agen kontras sinar-X standar.^[14]

Mantel lampu

Artikel utama: Kaus lampu

Penggunaan utama lainnya di masa lalu adalah mantel gas lentera yang dikembangkan oleh Carl Auer von Welsbach pada tahun 1890, yang terdiri dari 99% ThO₂ dan 1% serium(IV) oksida. Bahkan hingga tahun 1980-an diperkirakan sekitar setengah dari semua ThO₂ yang diproduksi (beberapa ratus ton per tahun) digunakan untuk tujuan ini. Beberapa mantel masih menggunakan torium, tetapi itrium oksida (atau terkadang zirkonium oksida) semakin banyak digunakan sebagai pengganti.^[15]

Pembuatan kaca

Lensa torium dioksida yang menguning (kiri), lensa serupa yang sebagian sudah menguning dengan radiasi ultraungu (tengah), dan lensa yang belum menguning (kanan)

Ketika ditambahkan ke kaca, torium dioksida membantu meningkatkan indeks biasnya dan menurunkan dispersinya. Kaca semacam itu digunakan dalam lensa berkualitas tinggi untuk kamera dan instrumen ilmiah. Radiasi dari lensa-lensa ini dapat menggelapkan dan menguningkannya selama bertahun-tahun dan menurunkan film, tetapi risiko kesehatannya minimal. Lensa yang menguning dapat dikembalikan ke keadaan aslinya yang tidak berwarna dengan paparan yang lama terhadap radiasi ultraungu yang intens. Torium dioksida sejak saat itu telah digantikan oleh oksida tanah jarang seperti lantanum oksida di hampir semua kaca indeks tinggi modern, karena memberikan efek yang serupa dan tidak bersifat radioaktif.^[16][17][18]

Referensi

1. Haynes, hlm. 4.95
2. Haynes, p. 4.136
3. Haynes, hlm. 4.144
4. Yamashita, Toshiyuki; Nitani, Noriko; Tsuji, Toshihide; Inagaki, Hironitsu (1997). "Thermal expansions of NpO₂ and some other actinide dioxides". J. Nucl. Mater. 245 (1): 72–78. Bibcode:1997JNuM..245...72Y. doi:10.1016/S0022-3115(96)00750-7.
5. Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks (edisi ke-1, Sampul keras). Oxford University Press. hlm. 441. ISBN 978-0-19-850340-8.
6. He, Heming; Majewski, Jaroslaw; Allred, David D.; Wang, Peng; Wen, Xiaodong; Rector, Kirk D. (2017). "Formation of solid thorium monoxide at near-ambient conditions as observed by neutron reflectometry and interpreted by screened hybrid functional calculations". Journal of Nuclear Materials. 487: 288–296. Bibcode:2017JNuM..487..288H. doi:10.1016/j.jnucmat.2016.12.046 .
7. Hoch, Michael; Johnston, Herrick L. (1954). "The Reaction Occurring on Thoriated Cathodes". J. Am. Chem. Soc. 76 (19): 4833–4835. doi:10.1021/ja01648a018.
8. Mitchell, Brian S (2004). An Introduction to Materials Engineering. and Science for Chemical and Materials. hlm. 473. ISBN 978-0-471-43623-2.
9. Robertson, Wayne M. (1979). "Measurement and evaluation of hydrogen trapping in thoria dispersed nickel". Metallurgical and Materials Transactions A. 10 (4): 489–501. Bibcode:1979MTA....10..489R. doi:10.1007/BF02697077. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
10. Kumar, Arun; Nasrallah, M.; Douglass, D. L. (1974). "The effect of yttrium and thorium on the oxidation behavior of Ni-Cr-Al alloys". Oxidation of Metals. 8 (4): 227–263. doi:10.1007/BF00604042. hdl:2060/19740015001 . ISSN 0030-770X. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
11. Stringer, J.; Wilcox, B. A.; Jaffee, R. I. (1972). "The high-temperature oxidation of nickel-20 wt.% chromium alloys containing dispersed oxide phases". Oxidation of Metals. 5 (1): 11–47. doi:10.1007/BF00614617. ISSN 0030-770X. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
12. Murr, L. E. (1974). "Interfacial energetics in the TD-nickel and TD-nichrome systems". Journal of Materials Science. 9 (8): 1309–1319. Bibcode:1974JMatS...9.1309M. doi:10.1007/BF00551849. ISSN 0022-2461. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
13. Stoll, Wolfgang (2012) "Thorium and Thorium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a27_001
14. Thorotrast. radiopaedia.org
15. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. hlm. 1425, 1456. ISBN 0-08-022057-6.
16. Hammond, C. R. (2004). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics (edisi ke-81). CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9.
17. Oak Ridge Associated Universities (1999). "Thoriated Camera Lens (ca. 1970s)". Diakses tanggal 12 Juni 2023. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
18. Stoll, W. (2005). "Thorium and Thorium Compounds". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. hlm. 32. doi:10.1002/14356007.a27_001. ISBN 978-3-527-31097-5.

Sumber terkutip

• Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (edisi ke-92). CRC Press. ISBN 978-1439855119.