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	Tétrafluorure 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
Propriétés chimiques
Formule	ThF4
Masse molaire	308,031 67 ± 2,0E−5 g/mol ; F 24,67 %, Th 75,33 %,
Propriétés physiques
T° fusion	1 068 °C
T° ébullition	1 680 °C
Masse volumique	6,32 g/cm3
Cristallographie
Système cristallin	monoclinique
Classe cristalline ou groupe d’espace	I2/c (no 15)
Paramètres de maille	a = 1 313 pm,; b = 1 102 pm,; c = 862 pm,; β = 126°
Propriétés optiques
Indice de réfraction	1,52
Précautions
	; Composé radioactif
	Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le tétrafluorure de thorium est un composé chimique de formule ThF₄. Il se présente sous la forme d'une poudre blanche cryptocristalline ou de cristaux irisés à réfraction simple. Il est insoluble dans l'eau et a une structure cristalline monoclinique appartenant au groupe d'espace I2/c (n^o 15, position 8) avec pour paramètres cristallins a = 1 313 pm, b = 1 102 pm, c = 862 pm et β = 126°^[1], semblable à celle du tétrafluorure de zirconium ZrF₄. Cette structure cristalline contient des unités ThF₈ de géométrie antiprismatique carrée.

Synthèse et réactions

Le tétrafluorure de thorium peut être obtenu en faisant réagir du fluorure d'hydrogène HF avec du dioxyde de thorium ThO₂ à 550 °C ou de l'hydrure de thorium (en) Th₄H₁₅ à 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 synthèse directe à partir de thorium et de fluor F₂ est également possible^[5].

Le tétrafluorure de thorium réagit avec l'humidité de l'air aux températures supérieures à 500 °C pour former de l'oxyfluorure de thorium (en) ThOF₂^[5]. Il forme des hydrates, notamment des octahydrates, tétrahydrates et dihydrates, dont seule la structure de l'hémihydrate a pu être déterminée^[6] ; l'eau de cristallisation de l'hémihydrate peut être éliminée par chauffage à 400 °C sous vide^[7].

Applications

Le tétrafluorure de thorium est utilisé pour produire du thorium pur et des céramiques réfractaires. Il peut également être employé comme cible de pulvérisation cathodique pour la production de couches minces à faible indice de réfraction sans absorption dans le domaine visible et ultraviolet^[5]. Malgré sa radioactivité, qui reste assez faible, le tétrafluorure de plutonium est utilisé dans certains traitements antireflet à base de revêtements optiques multicouches. Il est très transparent dans les longueurs d'onde de 0,35 à 12 µm et son rayonnement, essentiellement sous forme de particules α, est facilement arrêté par une couche mince superficielle d'un autre matériau^[8]^,^[9]. Il a également été utilisé pour la réalisation de lampes à 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

↑ ^{a b c d e f g h et i} (de) Georg Brauer, en collaboration avec Marianne Baudler, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 3^e éd. révisée, vol. 1, Ferdinand Enke, Stuttgart 1975, p. 1135. (ISBN 3-432-02328-6)
↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
↑ (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 93^e éd. révisée, CRC Press, 2012, p. 95. (ISBN 978-1439880494)
↑ (en) Ronald R. Willey, Practical Design and Production of Optical Thin Film, 2^e éd. révisée, CRC Press, 2002, p. 276. (ISBN 978-0203910467)
↑ ^{a b et c} (en) Dale L. Perry, Handbook of Inorganic Compounds, 2^e éd., CRC Press, 2016, p. 426. (ISBN 978-1-4398-1462-8)
↑ (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)
↑ (en) H. J. Emeléus et A. G. Sharpe, Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry, vol. 2, Academic Press, 1972, p. 208. (ISBN 978-0080578637)
↑ (en) James D. Rancourt, Optical Thin Films: User Handbook, SPIE Press, 1996, p. 196. (ISBN 978-0819422859)
↑ (en) W. Heitmann et E. Ritter, « Production and Properties of Vacuum Evaporated Films of Thorium Fluoride », Applied Optics, vol. 7, n^o 2,‎ février 1968, p. 307-309 (PMID 20062461, DOI 10.1364/AO.7.000307, Bibcode 1968ApOpt...7..307H, lire en ligne)
↑ (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)
↑ « Réacteurs à sels fondus »^{(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?)}, sur laradioactivite.com, 2020 (consulté le 30 décembre 2021).
↑ (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 hal.in2p3.fr, septembre 2007 (consulté le 30 décembre 2021).
↑ (en) « Chemical Processing for Liquid-Fluoride Thorium Reactors », sur nuc.berkeley.edu, Université de Californie à Berkeley (consulté le 30 décembre 2021).
↑ (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, n^o 3,‎ juin 2019, p. 792-799 (DOI 10.1016/j.net.2018.12.023, lire en ligne)