Torium

Sifat Umum

Torium merupakan logam aktinida radioaktif berwana keperakan terang, paramagnetik, dan agak lunak. Di dalam tabel periodik, torium berada di sebelah kanan aktinium, kiri protaktinium, dan di bawah serium. Torium murni sangat lunak, dan seperti logam pada umumnya, dapat digulung dalam keadaan dingin, ditempa, dan dibentuk. Pada temperatur ruangan, logam torium memiliki struktur kristal kubus berpusat wajah (face-centered); memiliki dua bentuk lain, satu pada temperatur tinggi (lebih dari 1360 °C; kubus berpusat tubuh) dan satu lagi pada tekanan tinggi (sekitar 100 GPa; tetragonal berpusat tubuh).
Logam torium memiliki modulus kompresi (ukuran ketahanan terhadap kompresi dari bahan) sebesar 54 GPa, hampir sama seperti timah (58,2 GPa). Aluminium sebesar 75,2 GPa; tembaga 137,8 GPa; dan baja ringan sebesar 160-169 GPa. Kekerasan torium adalah sama kerasnya dengan baja ringan, sehingga ketika dipanaskan torium dapat digulung menjadi lembaran ditarik menjadi kawat.
Berat jenis torium mendekati setengah dari berat jenis uranium dan plutonium, lebih keras dari keduanya. Torium menjadi superkonduktif di bawah suhu 1,4 K. Titik leleh torium sebesar 1.750 °C berada di atas aktinium (1.227 °C) dan protaktinium (1568 °C). Di awal susunan unsur periode 7, dari francium sampai dengan torium, titik leleh unsur-unsur tersebut meningkat (seperti halnya periode lain), karena jumlah elektron setiap atom yang terdelokasi memberikan kontribusi yang meningkat dari satu di francium ke empat di torium, mengarah pada daya tarik yang lebih besar antara elektron-elektron dan ion logam sehingga beban mereka meningkat dari satu menjadi empat. Setelah torium, ada kecenderungan penurunan baru titik leleh torium menjadi plutonium, ketika jumlah elektron f meningkat dari sekitar 0,4 menjadi sekitar 6: kecenderungan ini dikarenakan meningkatnya pencampuran orbit 5f dan 6d dan pembentukan ikatan langsung yang mengakibatkan struktur kristal lebih kompleks dan melemahkan ikatan logam. (Perhitungan elektron f untuk torium adalah non-integer karena 5f–6d saling tumpang tindih). Diantara aktinida-aktinida hingga kalifornium, yang dapat dipelajari setidaknya dalam jumlah miligram, torium memiliki titik leleh dan titik didih tertinggi dan kepadatan terendah kedua; hanya aktinium yang lebih ringan. Titik didih torium adalah 4.788 °C termasuk dalam lima tertinggi diantara semua unsur yang telah diketahui titik didihnya.
Sifat-sifat torium sangat bervariasi tergantung pada tingkat pengotor dalam sampel. Pengotor utama biasanya torium dioksida (ThO₂); bahkan spesimen torium yang paling murni biasanya mengandung dioksida sekitar sepersepuluh persen (0,1 %). Pengukuran-pengukuran eksperimental untuk densitasnya memberikan nilai antara 11,5 dan 11,66 g/cm³: nilai tersebut sedikit lebih rendah dari nilai teoritis yang diharapkan, yaitu 11,7 g/cm³, dihitung dari parameter kisi torium, mungkin karena rongga-rongga mikroskopis terbentuk dalam logam ketika dicetak. Nilai-nilai ini berada di antara unsur lain di sekitarnya seperti: aktinium (10.1 g/cm³) dan protaktinium (15.4 g/cm³), bagian dari tren di awal aktinida awal. [4]
Torium dapat berbentuk paduan logam/alloy dengan logam lainnya. Penambahan proporsi kecil torium meningkatkan kekuatan mekanika magnesium, dan paduan torium-aluminium telah dianggap sebagai cara untuk menyimpan torium dalam usulan reaktor nuklir torium di masa depan. Torium membentuk campuran eutektik dengan kromium dan uranium, dan benar-benar tercampur baik dalam bentuk materi padat maupun cair dengan congener lebih ringan dari serium.

Isotop

Kecuali dua unsur, teknisium (unsur 43) dan promethium (unsur 61), semua unsur hingga bismuth (unsur 83) memiliki satu isotop yang praktis stabil. Semua unsur dari polonium (unsur 84) ke atas semua isotop-isotopnya radioaktif.²³²Th merupakan salah satu dari tiga nuklida selain bismuth (dua lainnya adalah ²³⁵U dan ²³⁸U) yang memiliki umur paruh dalam ukuran milyaran tahun; umur paruhnya 14,05 milyar tahun, sekitar tiga kali umur bumi dan sedikit lebih tua dari umur alam semesta. Delapan puluh persen torium yang ada pada saat pembentukan bumi masih bertahan hingga sekarang. ²³²Th merupakan satu-satunya isotop torium yang ada dalam jumlah memadai di alam. Stabilitasnya disebabkan oleh kulit inti tertutupnya dengan 142 neutron. Torium memiliki karakteristik komposisi isotop terestrial, dengan berat atom 232,0377(4). Torium merupakan salah satu dari tiga unsur radioaktif yang terjadi dalam jumlah cukup besar di bumi untuk penentuan berat atom standar.
Inti torium rentan terhadap peluruhan alfa karena gaya nuklir kuat tidak dapat mengatasi tolakan elektromagnetik di antara proton-proton mereka. Peluruhan alfa dari ²³²Th memulai rantai peluruhan 4n yang meliputi isotop dengan nomor massa yang dapat dibagi oleh 4 (disebut juga deret torium sesuai dengan nama progenitornya). Rangkaian peluruhan alfa dan beta berturut-turut dimulai dengan peluruhan ²³²Th ke ²²⁸Ra dan berakhir pada ²⁰⁸Pb. Sampel torium atau senyawa-senyawanya akan mengandung jejak dari anak-anak luruh ini, yaitu isotop-isotop thallium, lead, bismuth, polonium, radon, radium, dan actinium. Sampel torium alam dapat dimurnikan secara kimia untuk mengekstrak nuklida anak luruh yang berguna, seperti ²¹²Pb, yang digunakan dalam kedokteran nuklir untuk terapi kanker.  ²³²Th juga mengalami fisi spontan selain peluruhan alfa dan telah meninggalkan bukti-bukti peristiwa tersebut di dalam mineral-mineralnya (seperti jebakan gas xenon yang terbentuk sebagai salah satu hasil fisi), tetapi umur paruh parsial dari proses ini sangat besar di atas 10²¹ tahun dan peluruhan alfa mendominasi.
Tiga puluh radioisotop torium telah dikarakterisasi, dari nomor masa 209 hingga 238. Yang paling stabil (setelah ²³²Th) adalah ²³⁰ᵀʰ dengan waktu paruh 75.380  tahun, ²²⁹ᵀʰ dengan waktu paruh 7.340 tahun, ²²⁸ᵀʰ dengan waktu paruh 1,92 tahun, ²³⁴ᵀʰ dengan waktu paruh 24,10 hari, dan ²²⁷ᵀʰ dengan waktu paruh 18,68 hari. Semua isotop-isotop ini terjadi di alam sebagai jejak radioisotop karena keberadaan mereka dalam rantai peluruhan ²³²Th, ²³⁵U, ²³⁸U, dan ²³⁷Np: Yang terakhir telah lama punah di alam karena waktu paruh yang pendek (2,14 juta tahun), tetapi terus diproduksi dalam jumlah sangat kecil sekali akibat proses tangkapan neutron di bijih uranium. Isotop-isotop torium yang lain memiliki waktu paruh kurang dari 30 hari dan sebagian besarnya kurang dari 10 menit.
Di laut dalam, isotop ²³⁰ᵀʰ mencapai hingga 0,04% torium alam. Ini disebabkan oleh induk ²³⁸U yang larut dalam air namun ²³⁰ᵀʰ tak larut dan mengendap ke dalam sedimen. Bijih uranium dengan konsentrasi torium yang rendah dapat dimurnikan untuk menghasilkan sampel torium ukuran gram yang lebih dari seperempatnya adalah isotop ²³⁰Th, karena ²³⁰Th merupakan salah satu anak luruh dari ²³⁸U. The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) mengkalisifikasikan kembali torium sebagai unsur binuklida pada tahun 2013; yang sebelumnya dinyatakan sebagai unsur mononuklida.
Thorium memiliki 3 isomer nuklir (atau keadaan metastabil), ²¹⁶ᵐ¹Th, ²¹⁶ᵐ²Th, dan ²²⁹ᵐTh.²²⁹ᵐTh memiliki energi eksitasi terendah dari isomer-isomer tersebut, terukur pada 7.6 ± 0.5 eV. Energi ini begitu rendah sehingga ketika menjalani transisi isomeric, radiasi gamma yang dipancarkannya dalam daerah ultraviolet.
Isotop-isotop torium yang berbeda memiliki sifat kimia yang sama tetapi sifat fisikanya sedikit berbeda: sebagai contoh, densitas dari ²²⁸Th, ²²⁹Th, ²³⁰Th, dan ²³²Th murni berturut-turut adalah 11.5, 11.6, 11.6, and 11.7 g/cm³. Isotop ²²⁹Th adalah dapat dipecah dengan masa kritis telanjangnya 2839 kg, walaupun dengan reflektor besi nilai ini turun menjadi 994 kg.[25][e]232Th tidak dapat dipecah, melainkan fertil karena dapat dirubah menjadi fisil ²³³U dengan tangkapan neutron dan diikuti oleh peluruhan beta.