녹는점은 1750oC이고 끓는점은 약 4800oC로, 악티늄족 원소 중에서는 녹는점과 끓는점이 가장 높으며 모든 원소 중에서 액체로 존재하는 온도 범위가 가장 넓다. 밀도는 25oC에서 11.72g/cm3로, 납과 비슷하다. 결정은 낮은 온도에서는 면심입방(fcc) 구조를, 그리고 높은 온도에서는 체심입방(bcc) 구조를 갖는다. 실온에서 산소나 물과 느리게 반응하여 산화토륨(ThO2)이 생성되는데, 이는 보호 피막 역할을 한다. 그러나 공기 중에서 가열하면 흰색 빛을 내면서 타서 전체가 산화토륨이 되고, 분말은 실온에서도 자연 발화할 수 있다. 산화토륨은 모든 산화물 중에서 녹는점(3300oC)이 가장 높다. 수소, 질소, 황, 할로겐 등과도 가열하면 반응한다. 염산(HCl)과 플루오르화수소산(HF)에는 잘 녹으나, 대부분의 다른 산에는 잘 녹지 않으며, 알칼리와도 반응하지 않는다. 화합물에서 가장 흔한 산화 상태는 +4이나, +3의 산화상태를 갖는 화합물들도 알려져 있다. 본문자연에 존재하는 토륨은 거의 모두가 232Th이다. 이 동위원소는 반감기(t1/2)가 140.5억년으로 매우 길어 태양계가 형성될 때 생성된 것이 아직도 지구 상에 존재한다. 이외에도 여러 토륨 동위원소(질량수 227~231, 234)들이 우라늄과 232Th의 자연 방사성 붕괴 중간 생성물로 생성되어 자연에 극미량 존재한다. 토륨은 지각에 약 12ppm(1.2x10-3%)의 농도로 들어있는 대략 37번째로 풍부한 원소로, 존재량이 납과 비슷하고 우라늄보다는 4배가 많다. 지각에 낮은 농도로 널리 분포되어 있으며, 대부분의 흙과 암석에도 들어있다. 주요 광석은 토라이트(thorite, ThSiO4), 우라노토라이트(uranothorite, (U,Th)SiO4), 토리아나이트(thorianite, (U,Th)O2) 등이다. 희토류 광석인 모나자이트(monazite, 희토류 금속의 인산염 광석)에 보통 2-3% 정도의 농도로 들어 있으며, 지르콘(zircon), 타이타늄석(titanite), 가돌리나이트(gadolinite) 등에도 약간 들어있다. 토륨은 상업적으로는 주로 모나자이트에서 추출해서 얻으며, 우라늄 생산의 부산물로도 얻는다. 토륨과 이의 화합물(주로 산화토륨)은 가스 맨틀(gas mantle, 가스등의 점화구에 씌우는 그물망), 텅스텐과 마그네슘의 고온 합금제, X-선 진단 조영제 등으로 널리 사용되었으며, 독일에서는 1900년대 초반에 치약 성분으로도 사용되었다. 그러나 지금은 방사능 위험 때문에 이들 용도로는 거의 사용되지 않으며, 지금은 화학촉매, 고온세라믹, 아크 용접 전극 첨가제 등으로 산화토륨이 약간 사용된다. 반면, 최근에는 토륨을 원자로에서 우라늄 핵 연료의 대체 물질로 사용하는 것이 여러 나라에서 연구되고 있다. 토륨 원전(네이버캐스터, ‘토륨 원전’ 참조)은 토륨 연료사이클(thorium fuel cycle)에 의한 증식로(소비하는 핵 연료보다 더 많은 핵 분열성 물질을 만드는 원자로)로, 토륨 원전이 실용화된다면, 앞으로 수천 년의 세계 전력 수요를 해결할 것으로 기대되고 있다. |