釷 (Th)

發現史

發現: 1828 · Jöns Jacob Berzelius

在1815年，瑞典化學家永斯·貝吉里斯分析了從瑞典中部城市法倫的銅礦中得來的不尋常矽鈹釔礦樣本，他注意到一個白色礦物的浸漬痕跡，並謹慎地假設其為某種未知元素的氧化物。貝吉里斯已經發現了兩種元素，鈰及硒。但他也曾錯誤地公開發表了一個新元素gahnium，後來發現其實是氧化鋅。在1817年，貝吉里斯私下裡以北歐神話的雷神Thor，分別將這假定的元素及其推定的氧化物為命名為thorium及thorina。在1824年，在揶威的西阿格德爾郡發現了更多相同礦物的礦床後，他撤回了他的發現，因為這個礦物（後被命為磷釔礦）被證明大多是正磷酸釔。在1828年，莫滕·特拉內·埃斯馬克在挪威泰勒馬克郡的Løvøya島上發現了一種黑色礦物。他是挪威的神父，也是一個業餘的礦物學家，在泰勒馬克郡研究礦物，並在當地擔任神職人員。他常將最有意思的標本，像是這個，寄給他父親延斯·埃斯馬克。他父親是知名的礦物學家，也是克里斯蒂安尼亞（今奧斯陸）皇家腓特烈大學的礦物學及地質學教授。老埃斯馬克判定這不是已知的礦物，並寄了份樣本給貝吉里斯尋求鑑定。貝吉里斯判定這含有一種新元素。在1829年，在利用鉀金屬還原KThF5，分離出不純的樣品後，他發表了他的發現。貝吉里斯重用了之前誤判新元素的名稱，將這個礦物命名為thorite。貝吉里斯對這新金屬元素及其化學化合物做了初步的鑑定，他正確地得到了氧化釷中的釷氧質量比7.5（真確值約為7.3），但他假設這新元素是二價而非四價，所以算出的原子量為氧原子量的7.5倍（120 amu），實際上的量應為氧的15倍。他判定釷是一種電正度很高的金屬，其電正度比鈰高但比鋯低。金屬形態的釷在1917年第一次被荷蘭企業家Dirk Lely Jr.及Lodewijk Hamburger分離出來。在1869年由門得列夫發表的週期表中，釷及稀土元素被放置在週期表主體之外，也就是在每個垂直週期的底部，鹼土金屬的後面。這反映出了當時認為釷及稀土元素是二價的。之後得知釷及大部份稀土元素是四價，門得列夫在1871年將鈰及釷移到第四族，該族也包含了現代的碳族（第十四族）及鈦族（第四族），因為它們最大的氧化

用途與應用

釷在1828年被發現，當到了1885年才開始被應用 奧地利化學家卡爾·奧爾·馮·韋爾斯巴赫發明了煤氣網罩，一種可攜帶的光源，在燃燒可燃氣體加熱時會因氧化釷的白熾現象而放光。之後發現了許多釷及其化合物的應用，包括了陶瓷、碳弧光燈、抗熱坩堝及工業化學反應的催化劑，像是把氨氧化成硝酸。

同位素

在鉍（83號元素）之前的所有元素，幾乎都有一種幾乎在任何情況下都穩定的同位素（古典穩定），唯鎝及鉕（43號元素及61號元素）除外。而所有從釙（84號元素）開始的元素的所有同位素，都有可測的放射性。釷-232是在鉍-209之後，三種半衰期以億年計的核種之一（另兩個核種是鈾-235及鈾-238），釷-232的半衰期為140.5億年，為地球年齡的三倍，與宇宙的年齡相當。地球誕生時產生的釷有五分之四留存至今。232Th是唯一在自然中大量存在的釷同位素，其穩定性與其閉核殼層中的142顆中子習習相關。釷有特定的地球同位素比例，其原子量為232.0377(4)。在地球上有足夠存量而得以確定標準原子量的放射性元素有四個，釷為其中之一（另三個為鉍、鏷及鈾）。釷原子核會因為強核作用力無法克服質子間的電磁排斥力，而發生α衰變。232Th的α衰變是一4n衰變鏈的開端，此衰變鏈中核種的核子數皆可被4整除（這也是為什麼被取名為4n衰變鏈，這衰變鏈也因啟始核種為釷-232而被稱做釷衰變鏈）。這一系列的α及β衰變以232Th衰變至228Ra為始，止於穩定的208Pb。任何釷及其化合物的樣品，都含有這些後續核種的痕跡，包括了釷、鉈、鉛、鉍、釙、氡、鐳及錒的同位素。自然的釷樣品可用化學方式來提純有用的後續核種，像是可被用做核醫學中癌症治療的212Pb，以及同樣可用於α粒子標靶治療的227Th（會以18.68天的半衰期發射出α粒子）。在非常偶然地的情況下，232Th會進行自發分裂而非α衰變，在其礦物中留下了此反應的證據（也就是受困其中的反應產物氙氣），但其部份半衰期長達1021年，所以α衰變佔絕大多數。釷沒有穩定同位素，目前已鑑別出32種放射性同位素，核子數從207到238。繼最長壽的232Th後，最穩定的同位素分別為230Th（75,380年）、229Th（7,340年）、228Th（1.92年）、234Th（24.10天）及227Th（18.68天）。這些同位素都是釷衰變鏈、錒衰變鏈、鈾衰變鏈或錼衰變鏈的一部份，因此得以痕量存於自然界之中。其中錼衰變鏈的初始同位素237Np因其半衰期為214萬年，遠少於