tul - Thulium

tul,  69 Tm
Sublimowany tul dendrytyczny i 1cm3 kostka.jpg
Tul
Wymowa / Θj ù L i ə m / ( Thew -lee-əm )
Wygląd zewnętrzny srebrzystoszary
Średnia masa atomowa R STD (Tm) 168.934 218 (6)
Tul w układzie okresowym
Wodór Hel
Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon
Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon
Potas Wapń Skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton
Rubid Stront Itr Cyrkon Niob molibden Technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon
Cez Bar Lantan Cer Prazeodym Neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb Lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm Iryd Platyna Złoto Rtęć (pierwiastek) Tal Ołów Bizmut Polon Astatin Radon
Francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton Ameryk Kiur Berkel Kaliforn Einsteina Ferm Mendelew Nobel Wawrzyńca Rutherford Dubnium Seaborgium Bohrium Hass Meitnerium Darmsztadt Rentgen Kopernik Nihon Flerow Moskwa Livermorium Tennessine Oganesson


Tm

Md
erbtuliterb
Liczba atomowa ( Z ) 69
Grupa grupa nie dotyczy
Okres okres 6
Blok   f-blok
Konfiguracja elektronów [ Xe ] 4f 13 6s 2
Elektrony na powłokę 2, 8, 18, 31, 8, 2
Właściwości fizyczne
Faza STP solidny
Temperatura topnienia 1818  K ​(1545 °C, ​2813 °F)
Temperatura wrzenia 2223 K ​(1950 °C, ​3542 °F)
Gęstość (w pobliżu  rt ) 9,32 g / cm 3
w stanie ciekłym (przy  mp ) 8,56 g / cm 3
Ciepło stapiania 16,84  kJ/mol
Ciepło parowania 191 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna 27,03 J/(mol·K)
Ciśnienie pary
P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys
T  (K) 1117 1235 1381 1570 (1821) (2217)
Właściwości atomowe
Stany utleniania 0, +2, +3podstawowy tlenek)
Elektroujemność Skala Paulinga: 1,25
Energie jonizacji
Promień atomowy empiryczny: 176  pm
Promień kowalencyjny 190±10 pm
Kolorowe linie w zakresie spektralnym
Linie widmowe tulu
Inne właściwości
Naturalne występowanie pierwotny
Struktura krystaliczna sześciokątne ciasno upakowane (hcp)
Sześciokątna, ściśle upakowana struktura krystaliczna dla tulu
Rozszerzalność termiczna poli: 13,3 µm/(m⋅K) (w temperaturze  pokojowej )
Przewodność cieplna 16,9 W/(m⋅K)
Rezystancja poli: 676 nΩ⋅m (w temperaturze  pokojowej )
Zamawianie magnetyczne paramagnetyczny (przy 300 K)
Molowa podatność magnetyczna +25 500 × 10 -6  cm 3 /mol (291 K)
Moduł Younga 74,0 GPa
Moduł ścinania 30,5 GPa
Moduł objętościowy 44,5 GPa
Współczynnik Poissona 0,213
Twardość Vickersa 470–650 MPa
Twardość Brinella 470–900 MPa
Numer CAS 7440-30-4
Historia
Nazewnictwo po Thule , mitycznym regionie Skandynawii
Odkrycie i pierwsza izolacja Per Teodor Cleve (1879)
Główne izotopy tulu
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt
167 Tm syn 9,25 dnia ε 167 Er
168 Tm syn 93,1 d ε 168 Er
169 Tm 100% stabilny
170 Tm syn 128,6 d β 170 Yb
171 Tm syn 1,92 lat β 171 Yb
Kategoria Kategoria: Tulu
| Bibliografia

Tul to pierwiastek chemiczny o symbolu Tm i liczbie atomowej 69. Jest trzynastym i trzecim ostatnim pierwiastkiem w serii lantanowców . Podobnie jak w przypadku innych lantanowców, najczęstszym stopniem utlenienia jest +3, co widać w jego tlenku, halogenkach i innych związkach; ponieważ występuje tak późno w serii, stan utlenienia +2 jest również stabilizowany przez prawie pełną powłokę 4f, która powstaje. W roztworze wodnym , podobnie jak związki innych późnych lantanowców, rozpuszczalne związki tulu tworzą kompleksy koordynacyjne z dziewięcioma cząsteczkami wody.

W 1879 roku szwedzki chemik Per Teodor Cleve oddzielił od tlenku ziem rzadkich erbię inne dwa nieznane wcześniej składniki, które nazwał holmią i tulią ; były to odpowiednio tlenki holmu i tulu. Stosunkowo czystą próbkę metalicznego tulu po raz pierwszy uzyskano w 1911 roku.

Tul jest drugim pod względem ilości lantanowców , po radioaktywnie niestabilnym promecie, który występuje na Ziemi tylko w śladowych ilościach . Jest to łatwy w obróbce metal o jasnym srebrzystoszarym połysku. Jest dość miękki i powoli matowieje na powietrzu. Pomimo wysokiej ceny i rzadkości, tul jest używany jako źródło promieniowania w przenośnych aparatach rentgenowskich oraz w niektórych laserach na ciele stałym . Nie odgrywa znaczącej roli biologicznej i nie jest szczególnie toksyczny.

Nieruchomości

Właściwości fizyczne

Czysty metal tul ma jasny, srebrzysty połysk, który matowieje pod wpływem powietrza. Metal można ciąć nożem, ponieważ ma twardość Mohsa od 2 do 3; jest kowalny i plastyczny. Tul jest ferromagnetyczny poniżej 32  K, antyferromagnetyczny od 32 do 56  K i paramagnetyczny powyżej 56  K.

Tul ma dwa główne alotropy : tetragonalny α-Tm i bardziej stabilny heksagonalny β-Tm.

Właściwości chemiczne

Tul powoli matowieje w powietrzu i pali się łatwo w temperaturze 150 °C, tworząc tlenek tulu(III) :  

4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3

Tul jest dość elektrododatni i reaguje powoli z zimną wodą i dość szybko z gorącą wodą, tworząc wodorotlenek tulu:

2 Tm (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Tm (OH) 3 (roztwór wodny) + 3 H 2 (g)

Tul reaguje ze wszystkimi halogenami . Reakcje są powolne w temperaturze pokojowej, ale energiczne powyżej 200  °C:

2 Tm (s) + 3 F 2 (g) → 2 TmF 3 (s) (biały)
2 Tm (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 TmCl 3 (s) (żółty)
2 Tm (s) + 3 Br 2 (g) → 2 TmBr 3 (s) (biały)
2 Tm (s) + 3 I 2 (g) → 2 TmI 3 (s) (żółty)

Tul rozpuszcza się łatwo w rozcieńczonym kwasie siarkowym, tworząc roztwory zawierające jasnozielone jony Tm(III), które istnieją jako kompleksy [Tm(OH 2 ) 9 ] 3+ :

2 Tm (s) + 3 H 2 SO 4 (roztwór wodny) → 2 Tm 3+ (roztwór wodny) + 3 SO2-
4
(roztwór wodny) + 3 H 2 (g)

Tul reaguje z różnymi pierwiastkami metalicznymi i niemetalicznymi, tworząc szereg związków binarnych, w tym TmN, TmS, TmC 2 , Tm 2 C 3 , TmH 2 , TmH 3 , TmSi 2 , TmGe 3 , TmB 4 , TmB 6 i TmB 12 . W związkach tych tul wykazuje stany walencyjne +2 i +3, przy czym najczęściej występuje stan +3 i tylko taki stan zaobserwowano w roztworach tulu. Tul istnieje jako jon Tm 3+ w roztworze. W tym stanie jon tulu otoczony jest dziewięcioma cząsteczkami wody. Jony Tm 3+ wykazują jasną niebieską luminescencję.

Jedynym znanym tlenkiem tulu jest Tm 2 O 3 . Ten tlenek jest czasami nazywany „thulia”. Czerwonawo-fioletowe związki tulu(II) można otrzymać przez redukcję związków tulu(III). Przykłady związków tulu(II) obejmują halogenki (z wyjątkiem fluorku). Niektóre związki uwodnione tul, takie jak TmCl 3 · 7H 2 O i Tm 2 (C 2 O 4 ) 3 · 6 H 2 O są zielone lub Zielonkawobiałe. Dichlorek tulu reaguje bardzo energicznie z wodą . W wyniku tej reakcji powstaje gazowy wodór i Tm(OH) 3 wykazujące zanikający czerwonawy kolor. Kombinacja tulu i chalkogenów daje w wyniku chalkogenki tulu .

Tul reaguje z chlorowodorem, tworząc gazowy wodór i chlorek tulu. Z kwasem azotowym daje azotan tulu, czyli Tm(NO 3 ) 3 .

Izotopy

Izotopy tulu wahają się od 145 Tm do 179 Tm. Pierwotnym trybem rozpadu przed najbardziej obfitym stabilnym izotopem, 169 Tm, jest wychwytywanie elektronów , a trybem pierwotnym po emisji beta . Pierwszorzędowymi produktami rozpadu przed 169 Tm są izotopy pierwiastka 68 ( erb ), a podstawowymi produktami po nich są izotopy pierwiastka 70 ( iterb ).

Thul-169 jest jedynym pierwotnym izotopem tulu i jedynym izotopem tulu uważanym za stabilny; przewiduje się, że ulegnie rozpadowi alfa do holmium -165 z bardzo długim okresem półtrwania. Najdłużej żyjącymi radioizotopami są tul-171, którego okres półtrwania wynosi 1,92 roku, oraz tul-170, którego okres półtrwania wynosi 128,6 dni. Większość innych izotopów ma okres półtrwania wynoszący kilka minut lub mniej. Wykryto trzydzieści pięć izotopów i 26 izomerów jądrowych tulu. Większość izotopów tulu lżejszych niż 169 jednostek masy atomowej rozpada się poprzez wychwytywanie elektronów lub rozpad beta-plus , chociaż niektóre wykazują znaczny rozpad alfa lub emisję protonów . Cięższe izotopy ulegają rozpadowi beta-minus .

Historia

Thul został odkryty przez szwedzkiego chemika Pera Teodora Cleve'a w 1879 roku, szukając zanieczyszczeń w tlenkach innych pierwiastków ziem rzadkich (była to ta sama metoda, którą Carl Gustaf Mosander zastosował wcześniej do odkrycia innych pierwiastków ziem rzadkich). Cleve rozpoczął od usunięcia wszystkich znanych zanieczyszczeń erbii ( Er 2 O 3 ). Po dodatkowej obróbce uzyskał dwie nowe substancje; jeden brązowy i jeden zielony. Brązowa substancja była tlenkiem pierwiastka holmium i została nazwana holmią przez Cleve, a zielona substancja była tlenkiem nieznanego pierwiastka. Cleve nazwał tlenkową thulia i jej pierwiastek tul po nazwie Thule , starożytnej greckiej nazwie miejscowości związanej ze Skandynawią lub Islandią . Symbolem atomowym thulium był kiedyś Tu, ale zmieniono go na Tm.

Thul był tak rzadki, że żaden z wczesnych robotników nie miał go wystarczająco dużo, aby oczyścić go wystarczająco, aby rzeczywiście zobaczyć zielony kolor; musieli zadowolić się spektroskopową obserwacją wzmocnienia dwóch charakterystycznych pasm absorpcyjnych w miarę stopniowego usuwania erbu. Pierwszym badaczem, który uzyskał prawie czysty tul był Charles James , brytyjski emigrant pracujący na dużą skalę w New Hampshire College w Durham w USA. W 1911 r. przedstawił swoje wyniki, wykorzystując do oczyszczania odkrytą metodę frakcyjnej krystalizacji bromianów. Słynie z wykonania 15 000 operacji oczyszczania, aby ustalić, czy materiał jest jednorodny.

Tlenek tulu o wysokiej czystości został po raz pierwszy zaoferowany komercyjnie pod koniec lat pięćdziesiątych, w wyniku przyjęcia technologii separacji jonowymiennej . Lindsay Chemical Division firmy American Potash & Chemical Corporation oferował ją w klasach czystości 99% i 99,9%. Cena za kilogram oscylowała między 4600 a 13300 USD w okresie od 1959 do 1998 dla 99,9% czystości i była drugą najwyższą ceną dla lantanowców po lutetu .

Występowanie

Thul znajduje się w mineralnym monacycie

Pierwiastek ten nigdy nie występuje w naturze w czystej postaci, ale występuje w niewielkich ilościach w minerałach z innymi pierwiastkami ziem rzadkich. Tulu często występuje z minerałami zawierającymi itr i gadolin . W szczególności tul występuje w minerale gadolinicie . Jednak tul występuje również w minerałach monazycie , ksenotymu i euksenicie . W żadnym z minerałów tul nie występuje jeszcze częściej niż inne pierwiastki ziem rzadkich. Jego liczebność w skorupie ziemskiej wynosi 0,5 mg/kg wagi i 50 części na miliard moli . Tul stanowi około 0,5 części na milion gleby , chociaż wartość ta może wahać się od 0,4 do 0,8 części na milion. Thul stanowi 250 części na biliard wody morskiej . W Układzie Słonecznym tul występuje w stężeniach 200 części na bilion wagowo i 1 część na bilion na mole. Ruda tulu występuje najczęściej w Chinach . Jednak Australia , Brazylia , Grenlandia , Indie , Tanzania i Stany Zjednoczone również posiadają duże rezerwy tulu. Całkowite zasoby tulu wynoszą około 100 000 ton . Tul jest najmniej występującym na ziemi lantanowcem, z wyjątkiem radioaktywnego prometu .

Produkcja

Tul jest pozyskiwany głównie z rud monazytu (~0,007% tul) znajdujących się w piaskach rzecznych, poprzez wymianę jonową . Nowsze techniki wymiany jonowej i ekstrakcji rozpuszczalnikowej doprowadziły do ​​łatwiejszego oddzielania pierwiastków ziem rzadkich, co przyniosło znacznie niższe koszty produkcji tulu. Obecnie głównymi źródłami są glinki adsorpcyjne jonów z południowych Chin. W tych, gdzie około dwie trzecie całkowitej zawartości pierwiastków ziem rzadkich stanowi itr, tul stanowi około 0,5% (lub mniej więcej związany z lutetem w przypadku rzadkości). Metal można wyizolować poprzez redukcję jego tlenku metalicznym lantanem lub poprzez redukcję wapnia w zamkniętym pojemniku. Żaden z naturalnych związków tulu nie ma znaczenia komercyjnego. Rocznie wytwarza się około 50 ton tlenku tulu. W 1996 r. tlenek tulu kosztował 20 USD za gram, aw 2005 r. 99% czystego proszku metalicznego tulu kosztowało 70 USD za gram.

Aplikacje

Thulium ma kilka zastosowań:

Laser

Holm - chrom - tul potrójnie domieszkowany itrowo-aluminiowy granat (Ho:Cr:Tm:YAG lub Ho,Cr,Tm:YAG) to aktywny nośnik laserowy o wysokiej wydajności. Działa przy 2080 nm w podczerwieni i jest szeroko stosowany w zastosowaniach wojskowych, medycynie i meteorologii. Jednoelementowe lasery YAG (Tm:YAG) domieszkowane tulem działają przy długości fali 2010 nm. Długość fali laserów na bazie tulu jest bardzo wydajna do powierzchownej ablacji tkanki, przy minimalnej głębokości koagulacji w powietrzu lub w wodzie. To sprawia, że ​​lasery tulowe są atrakcyjne w chirurgii laserowej.

Źródło promieniowania rentgenowskiego

Pomimo wysokich kosztów, przenośne urządzenia rentgenowskie wykorzystują tul, który został zbombardowany neutronami w reaktorze jądrowym w celu wytworzenia izotopu tul-170, o okresie półtrwania 128,6 dni i pięciu głównych liniach emisyjnych o porównywalnej intensywności (przy 7,4, 51.354, 52,389, 59,4 i 84,253 keV). Te źródła promieniotwórcze mają żywotność około jednego roku, jako narzędzia w diagnostyce medycznej i dentystycznej, a także do wykrywania defektów w niedostępnych elementach mechanicznych i elektronicznych. Takie źródła nie wymagają rozległej ochrony przed promieniowaniem – wystarczy niewielka filiżanka ołowiu. Są jednymi z najpopularniejszych źródeł promieniowania stosowanych w radiografii przemysłowej . Thul-170 zyskuje popularność jako źródło promieniowania rentgenowskiego do leczenia raka za pomocą brachyterapii ( radioterapia z zamkniętym źródłem).

Inni

Tul był używany w nadprzewodnikach wysokotemperaturowych podobnie jak itr . Thul potencjalnie może być stosowany w ferrytach , ceramicznych materiałach magnetycznych stosowanych w urządzeniach mikrofalowych . Thul jest również podobny do skandu , ponieważ jest używany w oświetleniu łukowym ze względu na jego niezwykłe widmo, w tym przypadku jego zielone linie emisyjne, które nie są zakrywane przez inne pierwiastki. Ponieważ tul fluoryzuje na niebiesko pod wpływem światła ultrafioletowego , tul jest umieszczany w banknotach euro w celu przeciwdziałania fałszerstwom . Niebieska fluorescencja siarczanu wapnia domieszkowanego Tm została wykorzystana w osobistych dozymetrach do wizualnego monitorowania promieniowania. Halogenki z domieszką Tm, w których Tm znajduje się w stanie 2+ walencyjnym, są obiecującymi materiałami luminescencyjnymi, które umożliwiają wytwarzanie wydajnych okien generujących energię elektryczną w oparciu o zasadę luminescencyjnego koncentratora słonecznego .

Rola biologiczna i środki ostrożności

Rozpuszczalne sole tulu są umiarkowanie toksyczne , natomiast nierozpuszczalne sole tulu są całkowicie nietoksyczne . Po wstrzyknięciu tul może powodować degenerację wątroby i śledziony, a także może powodować wahania stężenia hemoglobiny . Uszkodzenie wątroby wywołane tulem występuje częściej u samców myszy niż u samic myszy. Mimo to tul ma niski poziom toksyczności. U ludzi tul występuje w największych ilościach w wątrobie , nerkach i kościach . Ludzie zazwyczaj spożywają kilka mikrogramów tulu rocznie. Korzenie roślin nie pobierają tulu, a sucha masa warzyw zawiera zwykle jedną część na miliard tulu. Pył i proszek tulowy są toksyczne przy wdychaniu lub połknięciu i mogą powodować wybuchy .

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki