Thorium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Thorium ist deutlich häufiger als Uran und kommt in vielen Gesteinen und Böden in kleinen Mengen vor. Das wichtigste Erz ist Monazit, ein Phosphat der Seltenerdmetalle, das sich in Küstensanden anreichert, etwa in Indien, Brasilien und Australien. Thorium fällt bei der Gewinnung der Seltenen Erden als Nebenprodukt an und wird nur in kleinem Umfang genutzt. Fast alles natürliche Thorium besteht aus dem Isotop Thorium-232.

Die Entdeckung ging von einem Mineral aus. Der norwegische Pfarrer und Mineraliensammler Morten Thrane Esmark fand es 1828 auf einer Insel und schickte eine Probe an Berzelius nach Stockholm. Berzelius erkannte darin ein neues Element, beschrieb es im folgenden Jahr und benannte es nach Thor. Das Mineral heißt heute Thorit. Radioaktivität kannte man damals noch nicht. Die Strahlung des Thoriums wiesen 1898 Gerhard Schmidt und Marie Curie unabhängig voneinander nach.

Eigenschaften und Reaktionen

Thorium steht in Periode 7 und ist das zweite Actinoid, in der Tabelle in der Actinoiden-Zeile zwischen Actinium links und Protactinium rechts. Seine Elektronenkonfiguration ist [Rn] 6d² 7s², die Elektronegativität liegt bei 1,3. Der Atomradius beträgt 180 pm, die Dichte 11,72 g/cm³. Thorium schmilzt bei 1750 °C und siedet erst bei 4788 °C, einem der höchsten Siedepunkte aller Metalle. Als Atommasse gilt 232,038 u, die Masse des Isotops Thorium-232, das fast die gesamte natürliche Menge ausmacht.

Thorium ist ein weiches, silbrig glänzendes Metall, das an der Luft grau bis schwarz anläuft. Fein verteilt kann es sich selbst entzünden. In Verbindungen tritt es fast nur als vierfach positives Ion auf. Thoriumdioxid schmilzt höher als jedes andere Oxid, bei weit über 3000 °C, und dient deshalb als hitzebeständiges Material.

Thorium-232 hat eine Halbwertszeit von rund 14 Milliarden Jahren, etwa so lang wie das Alter des Universums. Wegen dieser Zeitspanne strahlt reines Thorium nur schwach, und seine Alphastrahlung stoppt schon die Haut. Mit der Zeit bilden sich aber Folgeprodukte wie Radium-228 und Radon-220, die die Strahlung verstärken und bei der Verarbeitung berücksichtigt werden müssen. Am Ende der Zerfallsreihe steht stabiles Blei-208.

Gefährlich ist vor allem eingeatmeter oder aufgenommener Staub, der sich in Lunge, Leber und Knochen ablagert. Ein Beispiel ist Thorotrast, eine thoriumhaltige Flüssigkeit, die ab Ende der 1920er-Jahre als Röntgenkontrastmittel gespritzt wurde. Jahrzehnte später traten bei vielen Patienten Lebertumoren und Blutkrankheiten auf. Das Mittel wurde danach verboten.

Glühstrümpfe, Linsen und Reaktorkonzepte

Der größte Alltagsnutzen war der Glühstrumpf. Carl Auer von Welsbach tränkte um 1890 ein Gewebe mit Thoriumnitrat. Beim Verbrennen blieb ein Gerüst aus Thoriumdioxid mit etwas Cerdioxid zurück, das in der Gasflamme hell weiß glüht. So wurden Gaslaternen und später Campinglampen deutlich heller. Heute verwenden die meisten Hersteller thoriumfreie Strümpfe.

Auch Glas für Kameralinsen enthielt Thoriumdioxid, denn es erhöht die Lichtbrechung. Solche Objektive aus der Mitte des 20. Jahrhunderts strahlen schwach und vergilben mit den Jahren. Thorierte Wolframelektroden erleichterten das Schweißen, werden aber zunehmend durch andere Typen ersetzt.

Als Kernbrennstoff ist Thorium ein Konzept. Thorium-232 lässt sich mit langsamen Neutronen nicht spalten, nimmt aber Neutronen auf und wandelt sich über Thorium-233 und Protactinium-233 in Uran-233 um, das sich spalten lässt. Befürworter verweisen auf die großen Vorräte, etwa in Indien. Kritiker nennen hohe technische Hürden. Es gibt Versuchsreaktoren, aber keinen breiten kommerziellen Einsatz.

In der Forschung dient Thorium der Altersbestimmung. Das Isotop Thorium-230 entsteht aus dem Zerfall von Uran-234. Korallen und Tropfsteine nehmen beim Wachsen Uran auf, aber kaum Thorium. Aus dem Verhältnis lässt sich ihr Alter bis zu einigen hunderttausend Jahren ablesen. Die Uran-Thorium-Datierung liefert so Klimadaten aus der Vergangenheit.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Thorium (Th)?

Häufige Fragen