속성

토륨(Thorium)은 주기율표 악티늄족 금속으로, 대기 중에서 표면이 산화되며 벌크 상태에서는 비교적 안정하나 미분말 상태에서는 자연 발화성을 갖는 뚜렷한 형상 의존적 거동을 가집니다.

산화 거동과 발화 특성

토륨은 대기 중에서 표면이 서서히 산화되어 회색에서 흑색으로 변색됩니다. 이때 형성되는 산화막은 크롬의 산화 피막과 달리 치밀한 보호 작용을 하지 않아 산화가 점진적으로 진행되며, 고온에서는 산화 속도가 급격히 빨라집니다.

미분말과 절삭 칩은 상온 대기 중에서도 자연 발화할 수 있어, 불활성 분위기 또는 오일 하에서 보관하고 취급합니다. 발화한 토륨 화재에는 물이나 이산화탄소를 사용할 수 없으며, 금속 화재용 소화제를 적용합니다. 또한 고온에서 수소, 질소, 탄소와 반응해 각각 수소화물, 질화물, 탄화물을 형성하므로, 열처리는 진공 또는 아르곤 분위기에서 수행합니다.

내식성과 화학적 안정성

토륨은 물과 대기 중에서 벌크 상태로는 비교적 안정하며, 알칼리 용액에서도 큰 반응을 보이지 않습니다. 염산에는 용해되나 표면에 흑색 잔류물이 남으며, 소량의 불화물 이온이 존재하면 용해가 촉진됩니다.

다만 질산과 황산 등에 대해서는 부동태 거동을 보여 표면에서 반응이 억제되며, 왕수에도 쉽게 용해되지 않습니다. 매체에 따라 용해 거동이 크게 달라지므로, 화학 공정 적용 시에는 사전 시험이 필요합니다.

주요 화합물

산화 상태는 +2에서 +4까지 가능하며 +4가 압도적으로 안정적입니다.

· 산화토륨(ThO₂) — 융점 3,390 °C의 고온 내화물 소재

· 이산화토륨 첨가 텅스텐 — 아크 용접 전극의 대표 조성

· 불화토륨(ThF₄) — 적외선 광학 코팅 소재