El nitrato de torio (IV) es un compuesto químico , una sal de torio y ácido nítrico con la fórmula Th(NO 3 ) 4 . Es un sólido blanco en su forma anhidra, puede formar tetrahidratos y pentahidratos . Como sal de torio es débilmente radiactivo .
El hidrato de nitrato de torio (IV) se puede preparar mediante la reacción de hidróxido de torio (IV) y ácido nítrico :
Se producen diferentes hidratos mediante la cristalización en diferentes condiciones. Cuando una solución está muy diluida, el nitrato se hidroliza. Aunque a lo largo de los años se han descrito varios hidratos y algunos proveedores incluso afirman tenerlos en stock, [1] en realidad solo existen el tetrahidrato y el pentahidrato. [2] Lo que se denomina hexahidrato, cristalizado a partir de una solución neutra, es probablemente una sal básica. [3]
El pentahidrato es la forma más común y se cristaliza a partir de una solución diluida de ácido nítrico. [4]
El tetrahidrato, Th(NO 3 ) 4 •4H 2 O se forma mediante la cristalización a partir de una solución de ácido nítrico más fuerte. Las concentraciones de ácido nítrico de 4 a 59% dan como resultado la formación del tetrahidrato. [2] El átomo de torio tiene una coordinación 12, con cuatro grupos nitrato bidentados y cuatro moléculas de agua unidas a cada átomo de torio. [3]
Para obtener el nitrato de torio (IV) anhidro, se requiere la descomposición térmica de Th(NO 3 ) 4 ·2N 2 O 5. La descomposición ocurre a 150-160 °C. [5]
El nitrato de torio anhidro es una sustancia blanca, unida mediante enlaces covalentes y con un punto de fusión bajo de 55 °C. [2]
El pentahidrato Th(NO 3 ) 4 •5H 2 O cristaliza con cristales transparentes e incoloros [6] en el sistema ortorrómbico . El tamaño de la celda unitaria es a=11,191 b=22,889 c=10,579 Å. Cada átomo de torio está conectado dos veces a cada uno de los cuatro grupos nitrato bidentados y a tres moléculas de agua a través de sus átomos de oxígeno. En total, el torio tiene once coordinaciones. También hay otras dos moléculas de agua en la estructura cristalina. El agua está unida por enlaces de hidrógeno a otra agua o a grupos nitrato. [7] La densidad es de 2,80 g/cm 3 . [4] La presión de vapor del pentahidrato a 298 K es de 0,7 torr y aumenta a 1,2 torr a 315 K, y a 341 K es de hasta 10,7 torr. A 298,15 K, la capacidad calorífica es de aproximadamente 114,92 calK −1 mol −1 . Esta capacidad calorífica se reduce considerablemente a temperaturas criogénicas. La entropía de formación del pentahidrato de nitrato de torio a 298,15 K es −547,0 calK −1 mol −1 . La energía de formación de Gibbs estándar es −556,1 kcalmol −1 . [8]
El nitrato de torio se puede disolver en varios disolventes orgánicos diferentes [7], incluidos alcoholes, cetonas, ésteres y éteres. [3] Esto se puede utilizar para separar diferentes metales, como los lantánidos. Con nitrato de amonio en la fase acuosa, el nitrato de torio prefiere el líquido orgánico y los lantánidos permanecen en el agua. [3]
El nitrato de torio disuelto en agua reduce su punto de congelación. La máxima disminución del punto de congelación es de -37 °C con una concentración de 2,9 mol/kg. [9]
A 25°, una solución saturada de nitrato de torio contiene 4,013 moles por litro. A esta concentración, la presión de vapor del agua en la solución es de 1745,2 pascales, en comparación con los 3167,2 Pa del agua pura. [10]
Cuando se calienta el pentahidrato de nitrato de torio, se producen nitratos con menos agua, pero los compuestos también pierden algo de nitrato. A 140 °C se produce un nitrato básico, ThO(NO 3 ) 2 . Cuando se calienta fuertemente se produce dióxido de torio . [7]
Un peroxinitrato polimérico se precipita cuando el peróxido de hidrógeno se combina con el nitrato de torio en solución con ácido nítrico diluido. Su fórmula es Th 6 (OO) 10 (NO 3 ) 4 •10H 2 O. [7]
La hidrólisis de las soluciones de nitrato de torio produce nitratos básicos Th 2 (OH) 4 (NO 3 ) 4 • x H 2 O y Th 2 (OH) 2 (NO 3 ) 6 •8H 2 O. En los cristales de Th 2 (OH) 2 (NO 3 ). 6 •8H 2 O un par de átomos de torio están conectados por dos átomos de oxígeno puente. Cada átomo de torio está rodeado por tres grupos nitrato bidentados y tres moléculas de agua, lo que eleva el número de coordinación a 11. [7]
Cuando se añade ácido oxálico a una solución de nitrato de torio, precipita oxalato de torio insoluble . [11] Otros ácidos orgánicos añadidos a la solución de nitrato de torio producen precipitados de sales orgánicas con ácido cítrico; sales básicas, como ácido tartárico , ácido adípico , ácido málico , ácido glucónico , ácido fenilacético , ácido valérico . [12] También se forman otros precipitados a partir del ácido sebácico y el ácido azelaico .
Los hexanitratotorácicos con la fórmula genérica M I 2 Th(NO 3 ) 6 o M II Th(NO 3 ) 6 •8H 2 O se obtienen mezclando otros nitratos metálicos con nitrato de torio en una solución diluida de ácido nítrico. M II puede ser Mg, Mn, Co, Ni o Zn. M I puede ser Cs, (NO) + o (NO 2 ) + . [7] Los cristales del hexanitrato de torio octahidratado de metal divalente tienen una forma monoclínica con dimensiones de celda unitaria similares: β=97°, a=9,08 b=8,75-8 c=12,61-3. [13] Los pentanitratotorácicos con la fórmula genérica M I Th(NO 3 ) 5 • x H 2 O se conocen porque M I es Na o K. [7]
También se conocen K 3 Th(NO 3 ) 7 y K 3 H 3 Th(NO 3 ) 10 •4H 2 O. [3]
El nitrato de torio también cristaliza con otros ligandos y solvatos orgánicos, incluidos el éter dietílico de etilenglicol , el fosfato de tri(n-butilo) , la butilamina , la dimetilamina y el óxido de trimetilfosfina. [3]
