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Tório (Th)

Tório é um actinídeo cujas aplicações nucleares vêm sendo cada vez mais estudadas.

Símbolo do elemento químico tório
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O tório, símbolo Th e número atômico 90, é um actinídeo. É um elemento com cerca de 30 isótopos ao todo, sendo seis deles encontrados na natureza. Apresenta o estado de oxidação +4 e forma compostos com boa parte dos ametais da Tabela Periódica. Apresenta abundância comparável à do chumbo na crosta terrestre e pode ser comercialmente extraído de alguns minerais, como a monazita.

O tório é produzido quase sempre como subproduto da obtenção de outros metais e se destaca por sua boa resistência térmica, o que o habilita para espaçonaves e mísseis. O óxido de tório, ThO2, é o de maior ponto de fusão, além de ter um alto índice de refração. O tório também vem sendo estudado como combustível para usinas nucleares, cuja aplicação apresenta vantagens sobre o urânio convencionalmente usado.

Leia também: Actínio — actinídeo que pode ser utilizado no tratamento de câncer

Tópicos deste artigo

Resumo sobre o tório

  • O tório é um metal pertencente ao grupo dos actinídeos.

  • Possui mais de 30 isótopos, sendo seis deles encontrados na natureza.

  • É quimicamente reativo e forma compostos com boa parte dos ametais.

  • Apresenta boa concentração na crosta terrestre, próxima à do chumbo.

  • É comercialmente extraído de minerais em que não é o elemento principal, como a monazita e a allanita.

  • Possui aplicação na indústria aeroespacial, na fabricação de lentes de alta qualidade, e desponta para uso como combustível nuclear.

  • Foi descoberto, em 1828, pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius.

Propriedades do tório

  • Símbolo: Th

  • Número atômico: 90

  • Massa atômica: 232,03806 u.m.a

  • Eletronegatividade: 1,3

  • Ponto de fusão: 1750 °C

  • Ponto de ebulição: 4788 °C

  • Densidade: 11,72 g.cm-3

  • Configuração eletrônica: [Rn] 7s2 6d2

  • Série química: actinídeos

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Características do tório

O tório, símbolo Th e número atômico 90, é um metal pertencente ao grupo dos actinídeos. Quando em sua forma metálica, apresenta coloração prateada brilhante, além de ter o maior ponto de fusão entre todos os actinídeos. Porém, excetuando-se o actínio, o Th apresenta a menor densidade entre os demais elementos dessa categoria.

Existem, pelo menos, 30 isótopos de tório, contudo, apenas os de massa 227, 228, 230, 231, 232 e 234 são naturais (encontrados na natureza). Os demais são produzidos em laboratório ou oriundos de reações de decaimento de outros elementos feitos em laboratório, e por isso são considerados sintéticos.

Dentre os isótopos naturais, destaca-se o 232Th, cuja meia-vida é na faixa de 14 bilhões de anos. Isso porque boa parte do tório encontrado na natureza é oriunda de reações de decaimento de isótopos naturais de urânio, contudo, o 232Th é o único encontrado em minérios isentos de urânio.

A reatividade química do tório é alta: em altas temperaturas, é facilmente atacado por oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, halogênios e enxofre. Carbono e fósforo são capazes de fazer compostos binários com o Th.

Quando finamente dividido, o tório é, inclusive, pirofórico (entra em ignição espontânea em contato com o ar), porém, quando na forma bruta e em condições ambientes, ele reage lentamente com o ar, mas, mesmo assim, é percebida corrosão.

Com os ácidos, o tório reage vigorosamente com o ácido clorídrico, deixando para trás um resíduo preto de fórmula ThO(X)H, em que X é uma mistura dos íons OH- e Cl-. Com os demais ácidos, o Th praticamente não reage.

Onde o tório pode ser encontrado?

Amostra de monazita
A monazita é a principal fonte comercial de tório.

O tório possui uma boa participação mássica na crosta terrestre. Estima-se que seja três vezes mais abundante que o estanho, duas vezes mais abundante que o arsênio e tão abundante quanto o chumbo e o molibdênio. Dados indicam que sua concentração na crosta terrestre é de 10 ppm (parte por milhão ou miligrama por quilograma), enquanto a do chumbo, para se ter comparação, é de 16 ppm.

É encontrado na natureza na forma tetravalente, Th4+, e frequentemente associado ao U4+, Zr4+, Hf4+ e Ce4+, além de alguns metais terras-raras trivalentes (carga 3+) com raio iônico semelhante. Nos oceanos, a concentração de Th4+ não passa de 0,5 x 10-3 g/m³, pois a forma tetravalente é pouco solúvel.

Os óxidos de tório e de urânio, ThO2 e UO2, apresentam estruturas análogas e, por isso, podem formar uma solução sólida. Se a mistura tiver até 15% em mol de ThO2, estamos diante do minério uraninita. Contudo, caso haja mais de 75% em mol de ThO2, o minério é chamado de torianita. É por isso que o tório é uma impureza sempre presente em amostras minerais de uraninita.

Um outro mineral com alto teor de tório é a torita, um silicato de tório (ThSiO4) pelo qual o elemento foi descoberto, porém tanto a torita quanto a torianita são minerais considerados raros.

Assim, comercialmente, as principais fontes de tório são a monazita, a allanita e o zircão (ou zirconita). Nesses minerais, e nos demais apresentados na tabela a seguir, o tório é um constituinte minoritário.

Mineral

Teor de Th (ppm)

monazita

25.000 a 200.000

allanita

1000 a 20.000

zircão

50 a 4000

titanita

100 a 600

epídoto

50 a 500

apatita

20 a 150

magnetita

0,3 a 20


A monazita, um fosfato de terras-raras de coloração dourada ou amarronzada, é uma importante fonte de tório na forma de ThO2, pois está distribuída por quase todo o planeta, sendo que alguns depósitos são bem extensos. Destacam-se depósitos em Índia, Egito, África do Sul, Estados Unidos e Canadá, com 200-400 kton (quilotoneladas, 10³ toneladas) de ThO2 em cada país.

Leia também: Amerício — actinídeo muito utilizado em detectores de fumaça

Obtenção do tório

Como o tório é encontrado quase sempre associado a metais de grande interesse comercial (como nióbio, urânio e zircônio), assim como lantanídeos, ele é produzido como um subproduto.

No caso da monazita, há duas formas de se iniciar a obtenção do tório:

  • fazer um ataque por ácidos fortes, capazes de transformar os íons fosfato (PO43-) em H2PO4- e H3PO4, assim deixando os íons metálicos na forma de sais solúveis em água;

  • ou utilizar soluções fortemente alcalinas, que converterão os fosfatos insolúveis em hidróxidos metálicos insolúveis, os quais podem ser dissolvidos posteriormente com ácido após a separação do sobrenadante.

No caso da via ácida, após solubilização, o tório é separado dos demais terras-raras por precipitação após o ajuste do pH em 1,0. O precipitado, um fosfato de tório, é então tratado com solução alcalina para a remoção de fosfatos indesejados, e então dissolvido em ácido nítrico, para ser purificado com fosfato de tributila em querosene.

Já na via alcalina, o hidróxido de tório é separado dos demais hidróxidos de terras-raras por adição de ácido clorídrico e ajuste do pH entre 5,0 e 6,0, o que precipita apenas o composto de tório. A partir daí, o tório é também dissolvido em ácido nítrico e posteriormente purificado com fosfato de tributila em querosene.

Em ambos os casos, o tório é recuperado na forma de Th(NO3)4, ou seja, nitrato de tório IV.

Para a produção de tório metálico, já foi utilizada a redução de haletos e di-haletos de Th por sódio, potássio ou cálcio. A eletrólise também pode ser aplicada, em que cloreto ou fluoreto de tório é fundido em cloreto de sódio ou potássio. O ThOé também uma fonte de tório metálico, por processos de redução, como é o caso do processo Sylvania (em que cálcio é o redutor).

Aplicações do tório

O tório possui grande resistência térmica. A liga metálica entre tório e magnésio (Mag-Thor) é utilizada em espaçonaves e em mísseis. O ThO2, óxido de maior ponto de fusão existente, tem um alto índice de refração e baixa dispersão, sendo utilizado em lentes ópticas de alta qualidade.

Compostos de tório também podem ser usados como catalisadores em importantes processos industriais, como o craqueamento do petróleo, a síntese do ácido sulfúrico e o processo Ostwald para síntese do ácido nítrico.

Contudo, o tório tem se destacado em química nuclear. Em relação ao urânio, ele tem uma vantagem: praticamente todo o tório natural está na forma de 232Th, não necessitando de enriquecimento. O tório-232 não é físsil, contudo, pode ser convertido via absorção de nêutrons a 233U, um excelente combustível físsil.

Outro ponto a favor de usá-lo para produção de energia é que os resíduos de tório se tornam seguros em um menor intervalo de tempo se comparados aos resíduos de urânio. Enquanto resíduos de urânio são perigosos por milhares de anos, cerca de 83% do resíduo de fluoreto de tório líquido ficariam seguros em 10 anos, enquanto os 17% remanescentes, em cerca de 300 anos.

Vista aérea de usina nuclear indiana.
Vista aérea de usina nuclear indiana.

Não à toa a Índia, com alta quantidade de depósitos de tório e baixa quantidade de urânio, busca o desenvolvimento de usinas nucleares utilizando tório.

Confira no nosso podcast: Como funcionam as usinas nucleares?

Tório e a radioatividade

O tório não é facilmente tomado por nosso corpo, além de possuir baixas concentrações no ar, na água em que bebemos e nos alimentos. Assim, dificilmente veremos problemas causados pelo tório na população em geral. Boa parte dos estudos avaliou trabalhadores que estavam expostos a grandes quantidades desse material, como mineiros.

Acerca da radioatividade, a Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (Iarc) classificou o tório como carcinogênico para humanos. Contudo, o Departamento de Saúde e Serviços Humanos dos Estados Unidos diz que ainda é cedo para concluir que o tório é carcinogênico para seres humanos.

De 1928 até 1955, ele era utilizado como contraste em exames radiológicos, o Thorotrast, que continha 25% de ThO2 e era pouco radioativo. Foi percebido um maior número de cânceres de fígado, vesícula biliar e sangue em pacientes que receberam grandes dosagens desse contraste.

História do tório

No ano de 1815, o químico Jöns Jacob Berzelius recebeu uma amostra de um raro mineral oriundo do distrito Falun, Suécia. À altura, o químico assumiu que haveria um novo elemento nesse mineral, o qual chamou de tório, em referência ao deus do trovão e da guerra escandinavo, Thor. No entanto, 10 anos depois, o mineral foi confirmado como sendo uma simples amostra de xenotima, fosfato de ítrio.

Em 1928, entretanto, Berzelius recebeu uma nova amostra mineral do reverendo e mineralogista norueguês Hans Morten Thrane Esmark. Nesse novo mineral, enfim, o químico sueco descobriu um novo elemento, dando-lhe o mesmo nome. Consequentemente, batizou-o de tória (thoria), que, depois, teve seu nome alterado para torita (thorite).

 

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

NOVAIS, Stéfano Araújo. "Tório (Th)"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/torio-th.htm. Acesso em 04 de julho de 2022.

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