ТУЛИЙ

Тулий

ТУЛИЙ

Туллий есть химическим элементом, что обозначается символом Tm и имеет атомный номер 69.

Тулий это маленький распространен в природе лантаноидов (не считая радиоактивного прометию встречающийся в следовых количествах на Земле). Тулий в виде металла легко поддается обработке и имеет серебристо-белый цвет.

Несмотря на его редкость и высокую цену, тулий применяется в перспективных твердотельных лазерах и в виде радиоизотопа в портативных рентгеновских аппаратах.

1. История

Туллий был открыт шведским химиком Пером Теодором Клеве в 1879 как примесь к оксидов других редкоземельных элементов (был использован метод, которому было предложено Карлом Густавом Мозандером для поиска и выделения новых редкоземельных элементов).

Клеве отделил все известные примеси из эрбия — «земли» (оксида) элемента ( Er 2 O 3). После дополнительных процедур Клеве выделил две новые субстанции: одну коричневого цвета, другую зеленого.

Коричневой была земля, которую Клеве предложил назвать «гольмию» и которая соответствует элементу гольмий, зеленый же землю он назвал «Туллия» и новой элемент Туле в честь Thule, латинского названия Скандинавии.

Туллий был настолько редким, что у одного из ранних исследователей не было его в достаточном количестве, чтобы иметь возможность его достаточно очистить, чтобы увидеть зеленый цвет его соединений, им приходилось радоваться хотя бы потому, что характерные спектральные линии тулия усиливались, когда из образца постепенно удаляли эрбий. Первым исследователем, получил достаточно чистую тулия (оксид тулия), был Чарльз Джеймс, из колледжа в Дареме, Нью-Гемпшир. В 1911 он сообщил о том, что фракционная кристаллизация бромата позволила ему выделить чистый материал. Он провел 15 000 «операций» кристаллизации для установки гомогенности его материала. [1]

Оксид тулия высокой чистоту впервые стал коммерчески доступен с конца 1950-х, в результате совершенствования метода ионно-обмена технологий разделения.

Подразделение Lindsay Chemical Division фирмы American Potash & Chemical Corporation предложила сорта 99% и 99,9% чистоты.

Цена за килограмм колебалась между US $ 4600 и $ 13300 в период с 1959 к 1998 для препарата 99,9% чистоты, это была самая высокая цена на лантаноидов после лютеция. [2] [3]

2. Распространенность и производство

Этот элемент никогда не встречается в природе в свободном состоянии, однако он содержится в небольших количествах в минералах с другими редкоземельными элементами. Его содержание в земной коре составляет 0,5 мг / кг.

[4] Туллий в основном добывают из монациту (~ 0,007% тулия) — руды, содержащийся в некоторых песках, с помощью технологий ионного обмена. Новые ионно-обменные технологии и технологии экстракции с помощью органических растворителей позволили эффективно и более легко выделять тулий, сокращая расходы на его добычу.

Главным источником тулия на сегодня глинистые месторождения южного Китая. В таких минералах, где иттрий составляет 2/3 от всего редкоземельного компонента руды, всего 0,5% тулия. После выделения Металл может быть выделенным путем восстановления его оксида лантаном или кальцием в закрытом реакторе при высоких температурах.

По другому методу, тулий восстанавливают с фторида металлотермическим кальцием:
2TmF 3 + 3Ca = 3CaF 2 + 2Tm

3. Химические свойства

Тулий медленно, а при высокой температуре активно реагирует с кислородом воздуха с образованием тулий (III) оксида:

4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3

Медленно реагирует с водой, однако реакция ускоряется при нагревании с образованием гидроксида:

2 Tm + 6 H 2 O → 2 Tm (OH) 3 + 3 H 2

Тулий реагирует с галогенами :

2 Tm + 3 F 2 → 2 TmF 3 [соль белого цвета] 2 Tm + 3 Cl 2 → 2 TmCl 3 [соль желтого цвета] 2 Tm + 3 Br 2 → 2 TmBr 3 [соль белого цвета] 2 Tm + 3 I 2 → 2 TmI 3 [соль желтого цвета]

Tm реагирует с разбавленной серной кислотой с образованием Tm (III) иона который окрашивает раствор в зеленый цвет (существует как [Tm (OH 2) 9] 3 + аква-комплекс)

2 Tm + 3 H 2 SO 4 → 2 Tm 3 + + 3 SO 2 — 4 + 3 H 2 ↑

4. Применение

Редкий и дорогой тулий имеет несколько приложений:

4.1. Лазеры

Гольмий — хром -Туле трояко-допированных YAG (Ho: Cr: Tm: YAG, или Ho, Cr, Tm: YAG) является активной средой для лазеров с высокой эффективностью. Этот лазер излучает при 2097 нм и имеет широкое применение в военной технике, медицине и метеорологии.

YAG, что допированных исключительно самим Туле (Tm: YAG) является активной средой для лазеров с длиной волны 1930 и 2040 Нм. [5] Длина волны лазеров на основе тулия является очень эффективной для поверхностной абляции биологических тканей, с минимальной глубиной коагуляции как в воздухе так и в воде.

Это делает Туле лазеры привлекательными для лазерной хирургии. [6]

4.2. Источники рентгеновского излучения

Несмотря на свою высокую стоимость, в портативных рентгеновских аппаратах в качестве источника излучения используются тулий, который был облученного нейтронами в ядерном реакторе.

Эти источники активны в течение примерно одного года, как инструмент в мобильных медицинских и стоматологических пунктах, а также для выявления дефектов в труднодоступных механических и электронных компонентах.

Такие источники не требуют серьезного радиационной защиты — достаточно небольшого покрытие из свинца. [7]

Тулий-170 набирает популярность в качестве источника рентгеновского излучения для лечения рака с помощью брахитерапии. [8] Этот изотоп имеет период полураспада 128,6 дня и имеет пять основных линий излучения, с энергиями (7,4, 51,354, 52,389, 59,4 и 84,253 к эВ). [9]

4.3. Другие применения

Туллий был использован для получения высокотемпературных сверхпроводников в качестве аналога иттрия. Тулий потенциально может быть использован в ферритах — керамических магнитных материалах, используемых в микроволновом оборудовании. [7] Тулий также похож на скандий в том, что в спектре эмиссии в электрической дуге его зеленые линии не перекрываются с линиями других элементов. [10]

5. Биологическая роль и предостережения

Биологических роль тулия не известна, хотя было отмечено, что он несколько стимулирует обмен веществ.

Растворимые соли тулия есть немного токсичными, если их введено в организм в больших количествах, но нерастворимые соли нетоксичны.

Туллий не всасывается корнями растений, и поэтому не попадает в пищевую цепь человека. Овощи обычно содержат только один миллиграмм тулия за тонну сухого веса). [4]

Литература

  • Глоссарий терминов по химии / / Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им .. Л.М.Литвиненка НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0

== Примечания ==

  1. James Charles Thulium I / / J.Am.Chem.Soc.. — 33. — (1911) (8): 1332-1344. DOI : 10.1021/ja02221a007.
  2. James B. Hedrick. » Rare-Earth Metals «, USGS. Проверено 2009-06-06.
  3. Stephen B. Castor and James B. Hedrick. » Rare Earth Elements «. Проверено 2009-06-06.
  4. а б John Emsley Nature 's Building Blocks: an AZ guide to the elements. — С. 442-443. — US: Oxford University Press, 2001. ISBN 0198503415.
  5. Walter Koechner Solid-state laser engineering. — Springer, 2006. ISBN 038729094X.
  6. Frank J. Duarte Tunable Laser Applications. — CRC Press, 2008. ISBN 1420060090.
  7. а б CK Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy Extractive Metallurgy Of Rare earths. — CRC Press, 2004. ISBN 0415333407.
  8. Krishnamurthy Devan, Vivian Weinberg, J. Adam M. Cunha, I-Chow Hsu, Jean Pouliot Comparison of high-dose rate prostate brachytherapy dose distributions with iridium-192, ytterbium-169, and thulium-170 sources / / Brachytherapy. — 10. — (2011) (6). DOI : 10.1016/j.brachy.2011.01.012.
  9. Ayoub, Amal Hwaree et al. Development of New Tm-170 Radioactive Seeds for Brachytherapy, Department of Biomedical Engineering, Ben-Gurion University of the Negev
  10. Theodore W. Gray, Nick Mann The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom In The Universe. — Black Dog & Leventhal Publishers, 2009. ISBN 139781579128142.

Химические реакции гольмия на webelements.com (Англ.)

Происхождение названия[ | ]

Выделив оксид неизвестного элемента, шведский химик Пер Теодор Клеве дал ему название Thulium в честь расположенного на севере Европы легендарного острова Туле (др.-греч. Θούλη, лат. Thule).

Получение[ | ]

Металлический тулий получают металлотермическим восстановлением трифторида тулия при помощи металлического кальция:

2 T m F 3 + 3 C a → 2 T m + 3 C a F 2 {displaystyle {mathsf {2TmF_{3}+3Ca
ightarrow 2Tm+3CaF_{2}}}}

Свойства[ | ]

Растворы солей тулия окрашены в зелёный цвет[4].

Распространённость в природе[ | ]

Тулий является редким элементом, его содержание в земной коре — 2,7 ⋅10−5 масс. %, в морской воде — 10−7 мг/литр[2]. Наряду с другими редкоземельными элементами тулий присутствует в таких минералах, как , эвксенит, монацит, лопарит и некоторых других.

Изотопы[ | ]

Основная статья: Изотопы тулия

Изотоп тулий-170 применяется для изготовления портативных рентгеновских установок медицинского назначения, а также в металлодефектоскопии. Сравнительно недавно он предложен в качестве топлива в радиоизотопных источниках энергии.

Магнитные носители информации[ | ]

Производство феррогранатов для получения ЦДМ (носители информации).

Лазерные материалы[ | ]

Ионы тулия применяются для генерации инфракрасного излучения с длиной волны — 1,91 мкм. Кроме того, пары металлического тулия используются для возбуждения лазерного излучения с перестраиваемой длиной волны (частотой).

Термоэлектрические материалы[ | ]

Монотеллурид тулия обладает очень высокой термо-э.д.с (700 мкВ/К), и КПД термоэлектропреобразователей, изготовленных на его основе, очень высок (при снижении цены на тулий его применение в производстве термоэлементов резко возрастет). Кроме того, теллурид тулия применяется для регулирования полупроводниковых свойств теллурида свинца (модификатор).

Ядерная энергетика[ | ]

Борат тулия применяется в атомной технике (специальные эмали).

Биологическая роль[ | ]

Тулий не играет никакой биологической роли, хотя известно, что он стимулирует обмен веществ[5]. Растворимые соли тулия являются малотоксичными, но нерастворимые соединения нетоксичны. Элемент практически не усваивается растениями и, следовательно, не может попасть в пищевую цепь[5]. Среднее содержание тулия в растениях составляет около 1 мг на тонну сухого веса[5].

Цены[ | ]

Цена металлического тулия чистотой >99,9 % составляет примерно 2,2 тыс. долларов за 1 кг, цена оксида тулия чистотой 99,9 % — 1,1 тыс. долларов за 1 кг[6].

Примечания[ | ]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu.

    Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.

  2. 12 Химическая энциклопедия: в 5-ти тт. / Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5.

     — С. 16.

  3. ↑ В устаревшей «короткой» форме периодической таблицы — побочная подгруппа третьей группы.
  4. ↑ Реми, 1966, с. 535.
  5. 123John Emsley. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. — US : Oxford University Press, 2001. — P. 442–443. — ISBN 0-19-850341-5.

  6. ↑ Цены на тулий и его соединения

Ссылки[ | ]

  • Тулий на Webelements
  • Тулий в Популярной библиотеке химических элементов
  • Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Мир, 1966. — Т. 2. — 838 с.

№69 Тулий

ТУЛИЙ

Р’ 1879 РіРѕРґСѓ шведский С…РёРјРёРє Пер Теодор Клеве выделил РёР· «СЌСЂР±РёРё» Мариньяка еще РґРІРµ «Р·РµРјР»Рё», которые назвал гольмией Рё тулией (Thule — древнеримское название Скандинавии).

Спектры показывали, что в составе тулии есть еще неизвестный химический элемент.

Позднее Клеве сумел получить некоторые соли этого элемента, показав, что они имеют бледно-зеленый цвет.

Так был открыт один из самых редких элементов, за которым закрепилось имя Тулий и символ Tm.
В 1911 году Т. У. Ричардс получил элемент в виде простого вещества и определил его атомную массу.

Нахождение в природе, получение:

Тулий — рассеянный элемент, его содержание в земной коре 2,7·10-5% по массе. Входит в состав минералов: монацит (Ce, La …)PO4, бастнезит (Ce, La, Pr)CO3F, и других.

Выделяют тулий из смеси редкоземельных элементов методами ионной хроматографии или экстракции, переводят в оксид, затем во фторид.

Металлический тулий получают восстановлением TmF3 кальцием, или Tm2O3 лантаном

Физические свойства:

Это серебристо-серый металл, он ковкий, пластичный и сравнительно мягкий. Плотность 9,321 г/см3, tплав. = 1545°C, tкип=1950°C.

Природный тулий — моноизотопный элемент (тулий-169), искусственно полученные изотопы тулия имеют короткие периоды полураспада (наиболее долгоживущий тулий-170 — 128,6 суток).

Химические свойства:

Тулий в сухом воздухе достаточно устойчив, при нагревании металлический тулий реагирует с галогенами, азотом, водородом. Устойчив к действию фтора. Реагирует с кипящей водой, образуя гидроксид Tm(OH)3 и водород.

С минеральными кислотами (кроме HF) тулий реагирует с образованием солей тулия(III).
В соединениях проявляет преимущественно степень окисления +3.

Для большинства из них характерна зеленоватая окраска различных оттенков.

Важнейшие соединения:

Оксид тулия(III), Tm2O3, может быть получен осторожным обезвоживанием гидроксида Tm(ОН)3, разложением нитрата или оксалата тулия. Светло-зеленые кристаллы, нерастворимы в воде.

Гидроксид тулия(III), Tm(ОН)3, аморфное вещество нерастворимое в воде. Может быть получено реакцией обмена из растворимых солей тулия(III). С кислотами образует соли тулия(III).

Фторид тулия(III), TmF3 — бесцветные кристаллы, нерастворим, получают обменными реакциями или действием газообразного HF РЅР° РѕРєСЃРёРґ тулия(III)
Хлорид тулия(III), TmРЎl3 — кристаллы желтого цвета, растворим, образует кристаллогидрат TmРЎl3*7H2O — зеленоватые кристаллы. Нагревание кристаллогидрата сопровождается гидролизом СЃ образованием оксохлорида тулия TmOCl. Сильными восстановителями (щелочные металлы) может быть переведен РІ хлорид тулия(II), последний легко окисляется РІРѕРґРѕР№ Рё кислородом.
Нитрат тулия (III), Tm(NO3)3, зеленоватые кристаллы, хорошо растворим в воде, образует кристаллогидрат состава Tm(NO3)3•5H2O.Безводную соль получают действием оксида азота(IV) на оксид тулия(III) или на металлический тулий:

     Tm + 2N2O4 = Tm(NO3)3 + 3NO

Cульфат тулия(III) Tm2(SO4)3, зеленые кристаллы. Растворяется в воде и образует кристаллогидрат состава Tm2(SO4)3•9H2O.

Применение:

Тулий используют как активатор некоторых люминофоров и лазерных материалов, применяют при синтезе искусственных гранатов.

Ограниченно применяется в производстве термоэлектрических и магнитных материалов.

Радиоактивный изотоп тулий-170 используется в качестве источника излучения в переносных рентгеновских аппаратах (мягкое гамма-излучение) и дефектоскопах. Рабочим веществом в них служит оксид тулия(III).

�сточники: 1. Открытие элементов и происхождение их названий. Тулий
  2. Популярная библиотека химических элементов Р�здательство «Наука», 1977. Тулий

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть