Thulium

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 17. juni 2022; checks kræver 5 redigeringer .

Thulium

← Erbium | Ytterbium →

Tm
↓
md

69 Tm

Udseende af et simpelt stof

Oprenset prøve af thulium

Atom egenskaber

Navn, symbol, nummer

Thulium / Thulium (Tm), 69

Gruppe , punktum , blok

3 (forældet 3), 6,
f-element

Atommasse
( molær masse )

168.93421(2) [1] a. e. m. ( g / mol )

Elektronisk konfiguration

[Xe] 6s 2 4f 13

Atomradius

177 kl

Kemiske egenskaber

156 kl

(+3e) 87 kl

1,25 (Pauling-skala)

Tm←Tm 3+ -2,32 V
Tm←Tm 2+ -2,3 V

Oxidationstilstande

+2, +3

Ioniseringsenergi

1.: 596,7 (6,18) kJ / mol ( eV )
2.: 1160 (12,02) kJ / mol ( eV )

3.: 2285 (23,68) kJ / mol ( eV )

Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof

Tæthed ( i.a. )

9,321 g/cm³

Smeltetemperatur

1818 K

Kogetemperatur

2220K _

Oud. fusionsvarme

16,84 kJ/mol

Oud. fordampningsvarme

232 kJ/mol

Molær varmekapacitet

27,0 [2] J/(K mol)

Molært volumen

18,1 cm³ / mol

Krystalgitteret af et simpelt stof

Gitterstruktur

Sekskantet

Gitterparametre

a=3,540 c=5,56 Å

c / a -forhold

1.570

Andre egenskaber

6,76 ∙ 10 -7 Ohm m

(300 K) 16,9 W/(m K)

13,3 µm/(m∙K) (ved 25°C)

74,0 GPa

30,5 GPa

44,5 GPa

0,213

2-3

470-650 MPa

470-900 MPa

69	Thulium
Tm168,9342
4f 13 6s 2

Thulium ( kemisk symbol - Tm , fra lat. Thulium ) er et kemisk grundstof af den 3. gruppe (ifølge den forældede klassifikation - en sideundergruppe af den tredje gruppe, IIIB) i den sjette periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 69.

Tilhører Lanthanide- familien .

Det simple stof thulium er et letforarbejdet sjældent jordmetal med en sølvfarvet hvid farve .

Historie

Thulium blev opdaget af den svenske kemiker Per Theodor Kleve i 1879, mens han ledte efter urenheder i oxiderne af andre sjældne jordarters grundstoffer (dette var den samme metode, som Carl Gustav Mosander tidligere havde brugt til at opdage nogle andre sjældne jordarters grundstoffer). Kleve begyndte med at fjerne alle kendte erbium ( Er 2 O 3 ) forureninger. Med yderligere forarbejdning modtog han to nye forbindelser - den ene brun og den anden grøn. Den brune forbindelse var holmium(III)oxid og blev kaldt "holmium" af Cleve, mens den grønne forbindelse var et oxid af et ukendt grundstof. Kleve kaldte dette oxid "thulium" og dets grundstof "thulium" efter den legendariske ø Thule , et oldgræsk navn for et sted forbundet med Skandinavien eller Island . Det oprindelige atomsymbol for thulium var Tu, men senere ændret til Tm.

Thulium var så sjældent, at ingen af de tidlige opdagelsesrejsende havde nok af det til at rense det nok til rent faktisk at se den grønne farve. Den første forsker, der opnåede næsten rent thulium, var Charles James, en britisk immigrant, der arbejdede i stor skala ved University of New Hampshire i Durham, USA . I 1911 rapporterede han sine resultater ved at bruge metoden til fraktioneret krystallisation af bromater opdaget af ham til oprensning. Det er kendt, at det tog ham 15.000 rengøringsoperationer at fastslå, at materialet var homogent.

Højrent thuliumoxid blev først kommercialiseret i slutningen af 1950'erne som et resultat af introduktionen af ionbytningsseparationsteknologi. Lindsay Chemical Division af American Potash & Chemical Corporation solgte det i 99% og 99,9% renhed. Prisen per kilogram varierede fra US$4.600 til US$ 13.300 mellem 1959 og 1998 for 99,9% renhed, og det var den næsthøjeste for lanthaniderne efter lutetium .

Navnets oprindelse

Efter at have isoleret oxidet af et ukendt grundstof, gav den svenske kemiker Per Theodor Kleve det navnet " Thulium " til ære for den legendariske ø Thule beliggende i det nordlige Europa (fra andet græsk Θούλη og også fra latin Thule ). Desuden brugte han ved at skrive " Thullium" ved en fejl to konsonanter [3] .

Egenskaber

Fysiske egenskaber

Den komplette elektroniske konfiguration af thuliumatomet er: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 13 .

Thulium er et blødt, sølvhvidt sjældent jordmetal. Ikke radioaktivt . Under standardforhold er det en paramagnet [4] .

Ren metallisk thulium har en sølvskinnende glans, som anløber i luften på grund af dannelsen af thulium(III)oxid. Metallet skæres med en kniv, da det har en Mohs hårdhed på 2 til 3. Rent thulium udviser ferromagnetiske egenskaber ved temperaturer under 32 K; ved temperaturer fra 32 til 56 K udviser den antiferromagnetiske egenskaber, og ved temperaturer over 56 K er den paramagnetisk.

Thulium har to hovedallotropiske modifikationer: den tetragonale α-Tm og den mere stabile hexagonale β-Tm.

Kemiske egenskaber

Som et resultat af interaktion med ilt anløber thulium langsomt i luften og brænder let ved 150 °C for at danne thulium(III)oxid :

${\ce {4Tm + 3O2 -> 2Tm2O3}}$

Thulium er ret elektropositivt og reagerer langsomt med koldt vand og ret hurtigt med varmt vand til dannelse af thulium(III)hydroxid:

${\ce {2Tm + 6H2O -> 2Tm(OH)3 +3H2 ^}}$

Thulium reagerer med alle halogener . Reaktioner forløber langsomt ved stuetemperatur, men forløber voldsomt ved temperaturer over 200 °C:

${\ce {2Tm + 3F2 -> 2TmF3}}$ (hvid)

${\ce {2Tm + 3Cl2 -> 2TmCl3}}$ (gul)

${\ce {2Tm + 3Br2 -> 2TmBr3}}$ (hvid)

${\ce {2Tm + 3I2 -> 2TmI3}}$ (gul)

Thulium opløses let i fortyndet svovlsyre for at danne opløsninger indeholdende bleggrønne Tm 3+ ioner, som yderligere danner [Tm(H 2 O) 9 ] 3+ komplekser :

${\ce {2Tm + 3H2SO4 -> 2Tm^3+ + 3SO4^2- + 3H2 ^}}$

${\ce {Tm^3+ + 9H2O -> [Tm(H2O)9]^3+))$

Nogle hydratiserede thuliumforbindelser, såsom TmCl 3 7H 2 O og Tm 2 (C 2 O 4 ) 3 6H 2 O, er grønne eller grønlig hvide.

Thulium reagerer med forskellige metaller og ikke-metaller og danner en række binære forbindelser, herunder thulium(III)azid, thulium(II)sulfid, thulium(II)dicarbid, dithulium(III)tricarbid, thulium(II) og thulium(III) hydrider, disilicid thulium (II) osv. Som de fleste lanthanider er oxidationstilstanden +3 for thulium den mest karakteristiske og er den eneste observeret i opløsninger af thuliumforbindelser. I vand eksisterer thulium som hydrerede Tm3 + -ioner . I denne tilstand er thuliumionen omgivet af ni vandmolekyler. Tm3 + -ioner udviser lyseblå luminescens. Oxidationstilstanden +2 kan også eksistere, men den observeres kun i forbindelser i fast aggregeringstilstand.

Det eneste kendte thuliumoxid er Tm 2 O 3 . Thulium(II)-forbindelser kan opnås ved reduktion af thulium(III)-forbindelser. Eksempler på thulium(II)-forbindelser omfatter halogenider (bortset fra fluorid). Thulium(II)dichlorid reagerer meget kraftigt med vand:

${\ce {2TmCl2 + 6H2O -> 2Tm(OH)3 + 4HCl + H2 ^}}$

Reaktionen af thulium med chalcogener resulterer i thulium chalcogenider.

Thulium reagerer med vandige opløsninger af syrer for at danne salte af thulium (III) og hydrogen :

${\ce {2Tm + 6HCl -> 2TmCl3 + 3H2 ^}}$

Oxiderende syrer (for eksempel salpetersyre) oxiderer metallet uden at frigive brint:

${\ce {2Tm + 6HNO3 -> 2Tm(NO3)3 + 3NO2 ^ + 3H2O))$

Isotoper

Thulium isotoper spænder fra 145 Tm til 179 Tm. Den primære henfaldskanal før fremkomsten af den mest stabile 169 Tm isotop er elektronindfangning , og hovedkanalen efter er beta-henfald .

Thulium-169 er den eneste primordiale thulium-isotop og den eneste thulium-isotop, der anses for stabil; det forventes at gennemgå alfa-henfald til holmium-165, med en meget lang halveringstid . De længstlevende radioaktive isotoper er thulium-171 med en halveringstid på 1,92 år og thulium-170 med en halveringstid på 128,6 dage. Halveringstiden for de fleste andre isotoper er et par minutter eller mindre. I alt 35 isotoper og 26 nukleare isomerer af thulium er blevet opdaget. De fleste isotoper af thulium med en. mu mindre end 169 henfald ved elektronindfangning eller β + henfald , selvom nogle udviser betydelig alfa-henfald eller protonemission . Tungere isotoper gennemgår β - henfald.

Thulium-170 isotopen bruges til fremstilling af bærbare røntgenenheder til medicinske formål [3] såvel som til påvisning af metalfejl [5] . For nylig er det blevet foreslået som brændstof i radioisotopstrømkilder .

Udbredelse i naturen

Thulium er et sjældent grundstof (det sjældneste af lanthaniderne) [3] , dets indhold i jordskorpen er 2,7⋅10 −5 wt. %, i havvand - 10 −7 mg/liter [2] . Grundstoffet forekommer ikke i naturen i sin rene form, men forekommer i små mængder i mineraler med andre sjældne jordarters grundstoffer. Thulium forekommer ofte med mineraler, der indeholder yttrium og gadolinium . Især forekommer thulium i mineralet gadolinit . Men ligesom mange andre lanthanider forekommer thulium også i mineralerne monazit , xenotimeog euxenit . Indtil videre er der ikke fundet en overvægt af thulium i forhold til andre sjældne jordarters grundstoffer i noget mineral. Thuliummalm udvindes for det meste i Kina. Men Australien , Brasilien , Danmark (Grønland) , Indien , Tanzania og USA har også store reserver af thulium. Verdensreserverne af thulium er cirka 100.000 tons. Thulium er det mindst udbredte lanthanid på Jorden, med undtagelse af det radioaktive promethium .

Henter

Thulium udvindes hovedsageligt fra monazitmalme (~0,007 % thulium efter vægt) fundet i flodsand, såvel som gennem ionbytning . Nye metoder til ionbytning og opløsningsmiddelekstraktion har forenklet isoleringen af sjældne jordarters grundstoffer, hvilket resulterer i en betydelig reduktion i omkostningerne ved produktion af thulium. De vigtigste kilder i dag er ion-adsorptionsler fra det sydlige Kina. I dem, hvor omkring to tredjedele af det samlede indhold af sjældne jordarters grundstoffer er yttrium, er thulium omkring 0,5 % (eller omtrent det samme som lutetium). Metallet kan isoleres ved at reducere dets oxid med calciummetal i en lukket beholder:

${\displaystyle {\mathsf {2TmF_{3}+3Ca\rightarrow 2Tm+3CaF_{2))))$

Omkring 50 tons thuliumoxid produceres årligt. I 1996 kostede thuliumoxid 20 USD/gram, og i 2005 kostede 99 % rent thuliummetalpulver 70 USD/gram.

Ansøgning

Lasermaterialer

Yttrium aluminium granat, dopet med holmium, krom og thulium (Ho:Cr:Tm:YAG eller Ho,Cr,Tm:YAG), er et lasermediumaktivt materiale med høj effektivitet. Det udsender ved en bølgelængde på 2080 nm i det infrarøde område og er meget udbredt i militære, medicinske og meteorologiske applikationer. Thulium-doterede enkelt-element YAG (Tm:YAG) lasere fungerer ved en bølgelængde på 2010 nm. [6] Bølgelængden af thuliumlasere er meget effektiv til fjernelse af overfladisk væv med minimal koagulationsdybde. Dette gør thuliumlasere attraktive til laserkirurgi. [7]

Termoelektriske materialer

Thulium monotellurid har en meget høj termisk emf. (700 μV / K), og effektiviteten af termoelektriske omformere fremstillet på basis af det er meget høj (med et fald i prisen på thulium vil dets brug i produktionen af termoelementer stige kraftigt). Derudover bruges thuliumtellurid til at kontrollere halvlederegenskaberne af blytellurid (modifikator).

Andre

Thulium kan bruges i højtemperatur superledere som yttrium. Thulium har potentiale til at blive brugt i ferriter, keramiske magnetiske materialer, der bruges i mikrobølgeudstyr. Thulium kan ligesom scandium bruges i buebelysning på grund af dets usædvanlige spektrum (i dette tilfælde dets grønne emissionslinjer), der ikke overlapper med andre elementer. Fordi thulium fluorescerer blåt, når det udsættes for ultraviolet stråling , påføres thuliumforbindelser på eurosedler som en foranstaltning mod falskmøntneri. [8] Den blå fluorescens af thulium-doteret calciumsulfat kan bruges i personlige dosimetre til visuel overvågning af stråling . Thulium-doterede halogenider, hvor de er i oxidationstilstanden +2, er lovende luminescerende materialer, der kunne muliggøre effektive el-generatorer baseret på det luminescerende solkoncentratorprincip . [9]

Biologisk rolle

Thulium spiller ingen biologisk rolle, selvom det er kendt for at stimulere stofskiftet . [10] Opløselige thuliumsalte er af lav toksicitet, men uopløselige forbindelser er ikke-toksiske. Grundstoffet absorberes praktisk talt ikke af planter og kan derfor ikke komme ind i fødekæden [10] . Det gennemsnitlige indhold af thulium i planter er omkring 1 mg pr. ton tørvægt [10] .

Noter

↑ 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. Grundstoffernes atomvægte 2011 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Bd. 85 , nr. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 . Arkiveret fra originalen den 5. februar 2014.
↑ 1 2 Kemisk encyklopædi: i 5 bind / Red.: Zefirov N. S. (chefredaktør). - M . : Great Russian Encyclopedia, 1999. - T. 5. - S. 16.
↑ 1 2 3 Leenson, 2016 , s. 48.
↑ Forfatterkollektiv, 1985 , s. 588.
↑ Forfatterkollektiv, 1985 , s. 590.
↑ Walter Koechner. Solid State Laser Engineering . - Springer Science & Business Media, 2006. - 766 s. — ISBN 978-0-387-29094-2 . Arkiveret 24. juni 2022 på Wayback Machine
↑ FJ Duarte. Afstembare laserapplikationer . — CRC Press, 2008-08-26. - 480 s. - ISBN 978-1-4200-6058-4 . Arkiveret 24. juni 2022 på Wayback Machine
↑ Brian Wardle. Principper og anvendelser af fotokemi . — John Wiley & Sons, 2009-11-06. — 267 s. - ISBN 978-0-470-71013-5 . Arkiveret 24. juni 2022 på Wayback Machine
↑ Otmar M. ten Kate, Karl W. Krämer, Erik van der Kolk. Effektive selvlysende solcellekoncentratorer baseret på selvabsorptionsfri, Tm2+ doterede halogenider // Solenergimaterialer og solceller. – 2015-09. — Bd. 140 . — S. 115–120 . - doi : 10.1016/j.solmat.2015.04.002 . Arkiveret fra originalen den 6. april 2022.
↑ 1 2 3 John Emsley. Naturens byggesten: en A-Z guide til elementerne . - USA: Oxford University Press , 2001. - S. 442-443. — ISBN 0-19-850341-5 .

Litteratur

Forfatterholdet. Elementegenskaber: Ref. udg. / Ed. E. M. DRITS. - M . : Metallurgi, 1985. - 672 s.
Leenson I. A. Kemiske grundstoffer på 60 sekunder. - M. : AST, 2016. - 160 s. - (70 fakta). - ISBN 978-5-17-096039-2 .
Remy G. Kursus i uorganisk kemi. - M . : Mir, 1966. - T. 2. - 838 s.
Rich V. I. På jagt efter elementer. - M .: Kemi, 1985. - 168 s.

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Britannica (online) Treccani Universalis Granatæble
I bibliografiske kataloger	GND : 4185369-6 J9U : 987007536581905171 LCCN : sh85135103

Thuliumforbindelser _
salt	Thuliumfluorid (TmF 3 ) Thuliumchlorid (TmCl 3 ) Thuliumbromid ( TmBr3 ) Thuliumiodid ( TmI3 ) Thuliumnitrat (Tm(NO 3 ) 3 ) Thuliumoxalat (Tm 2 (C 2 O 4 ) 3 )
Iltforbindelser	Thuliumoxid (Tm 2 O 3 ) Thuliumhydroxid (Tm(OH) 3 )
Chalcogenider	Thuliumsulfid (TmS) Pentathulium heptasulfid (Tm 5 S 7 ) Thulium selenid (TmSe) Dithulium triselenid (Tm 2 Se 3 )
Kategori:Thuliumforbindelser Kategori:Thulium intermetalliske forbindelser

Elektrokemisk aktivitet serie af metaller
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , Th , Np , U , Hf , Be , Al , Ti , Zr , Yb , Mn , V , Nb , Pa , Cr , Zn , Ga , Fe , Cd , In , Tl , Co , Ni , Te , Mo , Sn , Pb , H2 , W , Sb , Bi , Ge , Re , Cu , Tc , Te , Rh , Po , Hg , Ag , Pd , Os , Ir , Pt , Au _