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TĂ©trafluorure de thorium

Le tĂ©trafluorure de thorium est un composĂ© chimique de formule ThF4. Il se prĂ©sente sous la forme d'une poudre blanche cryptocristalline ou de cristaux irisĂ©s Ă  rĂ©fraction simple. Il est insoluble dans l'eau et a une structure cristalline monoclinique appartenant au groupe d'espace I2/c (no 15, position 8) avec pour paramĂštres cristallins a = 1 313 pm, b = 1 102 pm, c = 862 pm et ÎČ = 126°[1], semblable Ă  celle du tĂ©trafluorure de zirconium ZrF4. Cette structure cristalline contient des unitĂ©s ThF8 de gĂ©omĂ©trie antiprismatique carrĂ©e.

TĂ©trafluorure de thorium
Image illustrative de l’article TĂ©trafluorure de thorium
__ Th4+ __ F−
Structure cristalline du fluorure de thorium(IV)
Identification
Nom UICPA tetrafluorothorium
Synonymes

fluorure de thorium(IV)
No CAS 13709-59-6
No ECHA 100.033.857
No CE 237-259-6
PubChem 83680
SMILES
InChI
Apparence solide blanc[1]
Propriétés chimiques
Formule F4ThThF4
Masse molaire[2] 308,031 67 ± 2,0E−5 g/mol
F 24,67 %, Th 75,33 %,
Propriétés physiques
T° fusion 1 068 °C[1]
T° Ă©bullition 1 680 °C[3]
Masse volumique 6,32 g/cm3[1]
Cristallographie
SystĂšme cristallin monoclinique[1]
Classe cristalline ou groupe d’espace I2/c (no 15) [1]
ParamĂštres de maille a = 1 313 pm,
b = 1 102 pm,
c = 862 pm,
ÎČ = 126°[1]
Propriétés optiques
Indice de réfraction 1,52[4]
Précautions
Matériau radioactif
Composé radioactif
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

SynthÚse et réactions

Le tĂ©trafluorure de thorium peut ĂȘtre obtenu en faisant rĂ©agir du fluorure d'hydrogĂšne HF avec du dioxyde de thorium ThO2 Ă  550 °C ou de l'hydrure de thorium (en) Th4H15 Ă  350 °C[1] :

ThO2 + 4 HF ⟶ ThF4 + 2 H2O ;
2 Th4H15 (en) + 32 HF ⟶ 8 ThF4 + 31 H2.

Il est également possible de le produire en faisant réagir de l'oxyde de thorium avec du bifluorure d'ammonium NH4HF2 à 500 °C[1] :

ThO2 + 4 NH4HF2 ⟶ ThF4 + 4 NH4F + 2 H2O.

La synthĂšse directe Ă  partir de thorium et de fluor F2 est Ă©galement possible[5].

Le tĂ©trafluorure de thorium rĂ©agit avec l'humiditĂ© de l'air aux tempĂ©ratures supĂ©rieures Ă  500 °C pour former de l'oxyfluorure de thorium (en) ThOF2[5]. Il forme des hydrates, notamment des octahydrates, tĂ©trahydrates et dihydrates, dont seule la structure de l'hĂ©mihydrate a pu ĂȘtre dĂ©terminĂ©e[6] ; l'eau de cristallisation de l'hĂ©mihydrate peut ĂȘtre Ă©liminĂ©e par chauffage Ă  400 °C sous vide[7].

Applications

Le tĂ©trafluorure de thorium est utilisĂ© pour produire du thorium pur et des cĂ©ramiques rĂ©fractaires. Il peut Ă©galement ĂȘtre employĂ© comme cible de pulvĂ©risation cathodique pour la production de couches minces Ă  faible indice de rĂ©fraction sans absorption dans le domaine visible et ultraviolet[5]. MalgrĂ© sa radioactivitĂ©, qui reste assez faible, le tĂ©trafluorure de plutonium est utilisĂ© dans certains traitements antireflet Ă  base de revĂȘtements optiques multicouches. Il est trĂšs transparent dans les longueurs d'onde de 0,35 Ă  12 Â”m et son rayonnement, essentiellement sous forme de particules α, est facilement arrĂȘtĂ© par une couche mince superficielle d'un autre matĂ©riau[8] - [9]. Il a Ă©galement Ă©tĂ© utilisĂ© pour la rĂ©alisation de lampes Ă  arc pour projecteurs[10].

Le tétrafluorure de thorium est étudié dans la réalisation de réacteurs nucléaires à sels fondus[11] - [12] (MSR), notamment les réacteurs au thorium à fluorures liquides (en)[13] - [14] (LFTR).

Notes et références
  1. (de) Georg Brauer, en collaboration avec Marianne Baudler, Handbuch der PrÀparativen Anorganischen Chemie, 3e éd. révisée, vol. 1, Ferdinand Enke, Stuttgart 1975, p. 1135. (ISBN 3-432-02328-6)
  2. Masse molaire calculĂ©e d’aprĂšs « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 93e éd. révisée, CRC Press, 2012, p. 95. (ISBN 978-1439880494)
  4. (en) Ronald R. Willey, Practical Design and Production of Optical Thin Film, 2e éd. révisée, CRC Press, 2002, p. 276. (ISBN 978-0203910467)
  5. (en) Dale L. Perry, Handbook of Inorganic Compounds, 2e Ă©d., CRC Press, 2016, p. 426. (ISBN 978-1-4398-1462-8)
  6. (en) L. R. Morss, N. M. Edelstein, J. Fuger et J. J. Katz, The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, vol. 1-6, Springer, 2010, p. 79, DOI 10.1007/978-94-007-0211-0. (ISBN 978-94-007-0210-3)
  7. (en) H. J. Emeléus et A. G. Sharpe, Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry, vol. 2, Academic Press, 1972, p. 208. (ISBN 978-0080578637)
  8. (en) James D. Rancourt, Optical Thin Films: User Handbook, SPIE Press, 1996, p. 196. (ISBN 978-0819422859)
  9. (en) W. Heitmann et E. Ritter, « Production and Properties of Vacuum Evaporated Films of Thorium Fluoride », Applied Optics, vol. 7, no 2,‎ , p. 307-309 (PMID 20062461, DOI 10.1364/AO.7.000307, Bibcode 1968ApOpt...7..307H, lire en ligne)
  10. (en) John J. Mcketta et William Aaron Cunningham, « Thermoplastics to Trays », Encyclopedia of Chemical Processing and Design, vol. 58, M. Dekker, 1976, p. 81. (ISBN 978-0824726096)
  11. « Réacteurs à sels fondus », sur https://www.laradioactivite.com/, (consulté le ).
  12. (en) E. Merle-Lucotte, D. Heuer, M. Allibert, V. Ghetta, C. Le Brun, R. Brissot, E. Liatard et L. Mathieu, « The thorium molten salt reactor: Launching the thorium cycle while closing the current fuel cycle » [PDF], sur http://hal.in2p3.fr/, (consulté le ).
  13. (en) « Chemical Processing for Liquid-Fluoride Thorium Reactors », sur https://nuc.berkeley.edu/, Université de Californie à Berkeley (consulté le ).
  14. (en) Che Nor Aniz, Che Zainul Bahri, Aznan Fazli Ismail et Amran Ab. Majid, « Synthesis of thorium tetrafluoride (ThF4) by ammonium hydrogen difluoride (NH4HF2) », Nuclear Engineering and Technology, vol. 51, no 3,‎ , p. 792-799 (DOI 10.1016/j.net.2018.12.023, lire en ligne)
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