Túlium

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
69 erbiumtúliumitterbium
-

Tm

Md
Általános
Név, vegyjel, rendszám túlium, Tm, 69
Elemi sorozat lantanoidák
Csoport, periódus, mező ?, 6, f
Megjelenés ezüstszürke
Tm,69.jpg
Atomtömeg 168,93421(2) g/mol
Elektronszerkezet [Xe] 4f13 6s2
Elektronok héjanként 2, 8, 18, 31, 8, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 9,32 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 8,56 g/cm³
Olvadáspont 1818 K
(1545 °C, 2813 °F)
Forráspont 2223 K
(1950 °C, 3542 °F)
Olvadáshő\Delta_{fus}{H}^\ominus 16,84 kJ/mol
Párolgáshő \Delta_{vap}{H}^\ominus 247 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 27,03 J/(mol·K)
Gőznyomás
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 1117 1235 1381 1570 (1821) (2217)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet hexagonális
Oxidációs szám 3
(bázikus oxid)
Elektronegativitás 1,25 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 596,7 kJ/mol
2.: 1160 kJ/mol
3.: 2285 kJ/mol
Atomsugár 175 pm
Atomsugár (számított) 222 pm
Egyebek
Mágnesség nincs adat
Elektromos ellenállás (szh.) (poly) 676 nΩ·m
Hőmérséklet-vezetési tényező (300 K) 16,9W/(m·K)
Hőtágulási tényező (szobahőmérséklet) (poly)
13,3 µm/(m·K)
Young-modulus 74,0 GPa
Nyírási modulus 30,5 GPa
Kompressziós modulus 44,5 GPa
Poisson-tényező 0,213
Vickers-keménység 520 MPa
Brinell-keménység 471 HB
CAS-szám 7440-30-4
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A túlium izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
167Tm mest. 9,25 d ε 0,748 167Er
168Tm mest. 93,1 d ε 1,679 168Er
169Tm 100% Tm stabil 100 neutronnal
170Tm mest. 128,6 d β- 0,968 170Yb
171Tm mest. 1,92 y β- 0,096 171Yb
Hivatkozások

A túlium kémiai elem az elemek periódusos rendszerében. Vegyjele Tm, rendszáma 69. Moláris tömege 168,93 g/mol. A lantanoidák közé tartozik. A túlium a lantanoidák közül a legritkábban előforduló elem (a prométium gyakorisága kisebb, de ez az elem nem található meg a természetben). Könnyen megmunkálható, élénk ezüstszürkén csillogó fém. Ritkasága és magas ára ellenére hordozható röntgeneszközökben és szilárdtest lézerekben használják fel.

Tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fizikai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A tiszta túlium élénk ezüstös csillogású. A levegőn meglehetősen stabil, a nedvességre viszont érzékeny. A fém lágy, képlékeny, könnyen alakítható.[1] 32 K alatt ferromágneses, 32 és 56 K között antiferromágneses, 56 K felett paramágneses tulajdonságú.[2]

Kémiai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A fém túlium levegőn lassan oxidálódik, fényét elveszti, 150 °C felett jól ég és túlium(III)-oxidot képez:

4 Tm + 3 O2 → 2 Tm2O3

A túlium meglehetősen elektropozitív, hideg vízzel lassan, meleg vízzel gyorsan túlium-hidroxidot képez:

2 Tm (s) + 6 H2O (l) → 2 Tm(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

Magasabb hőmérsékleten az összes halogénnel reakcióba lép. A reakció szobahőmérsékleten lassú, 200 °C felett heves:

2 Tm (s) + 3 F2 (g) → 2 TmF3 (s) [fehér]
2 Tm (s) + 3 Cl2 (g) → 2 TmCl3 (s) [sárga]
2 Tm (s) + 3 Br2 (g) → 2 TmBr3 (s) [fehér]
2 Tm (s) + 3 I2 (g) → 2 TmI3 (s) [sárga]

A túlium jól oldódik hígított kénsavban, mellyel halványzöld Tm(III) ionokat tartalmazó oldatot hoz létre, az ionok [Tm(OH2)9]3+ komplexként léteznek:[3]

2 Tm (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Tm3+ (aq) + 3 SO2−4 (aq) + 3 H2 (g)

Különböző fémes és nemfémes elemmel számos kétkomponensű vegyületet alkot, például: TmN, TmS, TmC2, Tm2C3, TmH2, TmH3, TmSi2, TmGe3, TmB4, TmB6 and TmB12. Ezekben a vegyületekben a túlium +2, +3 és +4 vegyértékállapotú, azonban a +3 állapot a legáltalánosabb.[4]

Izotópjai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A természetes állapotban előforduló túlium egy stabil izotópból, a Tm-169-ből (100%-os természetes előfordulás) áll. 31 további izotópot írtak le, ezek közül a legstabilabbak a Tm-171, melynek felezési ideje 1,92 év, a Tm-170 128,6 napos, a Tm-168 93,1 napos és a Tm-167 9,25 napos felezési idejű. A többi radioaktív izotóp felezési ideje 64 óránál rövidebb, ezeknek többsége is kevesebb mint 2 perces felezési idejű. Ennek az elemnek 14 metaállapota van, a legstabilabb a Tm-164m (t½ 5,1 perc), a Tm-160m (t½ 74,5 másodperc) és a Tm-155m (t½ 45 másodperc).

A túlium izotópjainak atomtömege 145,966 u-tól (Tm-146) 176,949 u-ig (Tm-177) terjed.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A túliumot Per Teodor Cleve svéd vegyész fedezte fel 1879-ben, miközben ritkaföldfémek oxidjainak szennyezőit vizsgálta (ezzel a módszerrel fedezett fel korábban Carl Gustaf Mosander más ritkaföldfémeket). Cleve azzal kezdte, hogy eltávolította az erbium(III)-oxid (Er2O3) összes ismert szennyezését. További feldolgozást követően két új anyagot kapott: egy barna és egy zöld színűt. A barna színű kémiai anyag a holmium elem oxidja, a zöld színű pedig egy ismeretlen elem oxidja volt. Cleve az oxidot Thule skandináv város után túliának, az elemet pedig túliumnak nevezte el. 1911-ben Theodore William Richards a túlium-bromát 15 000-szeri újrakristályosítását végezte el, abból a célból, hogy tiszta túliumot állítson elő, és pontosan meghatározhassa az elem atomsúlyát.[5]

A túlium olyan ritka volt, hogy az akkori kutatók közül senki nem rendelkezett elegendő tiszta mennyiséggel ahhoz, hogy ténylegesen megállapíthassa annak zöld színét, meg kellett elégedniük a spektroszkópiai vizsgálattal, megfigyelve az erbium fokozatos eltávolítása következtében erősődő abszorpciós sávokat. Az első kutató, aki csaknem tiszta túliumot tudott előállítani, a brit Charles James volt, aki a New Hapshire állembeli Durhamban végezte kutatásait. Eredményeit, melyben leírta a tisztításra használt bromát kristályosítási módszert, 1911-ben publikálta. Az anyag homogenitásának biztosítása érdekében 15 000 műveletre volt szüksége.[6]

Az első kereskedelmi mennyiségű, nagytisztaságú túlium-oxidot az 1950-es évek végén állították elő ioncserélő szeparációs technikával. Az American Potash & Chemical Corporation Lindsay Chemical Divíziója 99%-os és 99,9%-os tisztaságban állította elő. A 99,9%-os tisztaságú anyag kilogrammonkénti ára 1959 és 1998 között 4600 és 13 300 dollár között változott, a lantaniodák között a lutécium után a második legdrágább volt.[7][8]

Előfordulása és előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Monazit - Madagaskar.jpg

Az elem természetes körülmények között nem fordul elő tiszta alakjában, általában más ritkaföldfémek ásványaiban található meg. Előfordulása a földkéregben 0,5 mg/kg.[5] A túliumot főként a monacit ércből vonják ki (~0,007% túlium) ioncserélésssel. Az újabb ioncserélő és oldószerextrakciós módszerek jobb elválasztást tesznek lehetővé, mely olcsóbbá tette a túlium előállítását. A fő források Kína déli részén, agyaglerakódásokban találhatók. Ezekben a lerakódásokban, melyekben a teljes ritkaföldfém-mennyiség kétharmada ittrium, a túlium aránya körülbelül 0,5%. A fém oxidjának redukciójával is előállítható. Kereskedelmi szempontből a túlium egyetlen természetes vegyületének sincs jelentősége.[1]

Felhasználása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Lézer[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A holmium-króm-túlium adalékolású YAG (Ho:Cr:Tm:YAG vagy Ho,Cr,Tm:YAG) nagy hatásfokú aktív lézerközeg. Hullámhossza 2097 nm, széleskörűen használják katonai, orvosi és meteorológiai célokra. Az egyelemes túlium adalékolású YAG (Tm:YAG) lézerek 1930 és 2040 nm hullámhossz között üzemelnek.[9] A túliumalapú lézerek hullámhossza nagyon hatékonyan használható szövetek felületi elpárologtatására. Emiatt a túliumlézereket szívesen használják a lézersebészetben.[10]

Röntgenforrás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Magas ára ellenére, a hordozható röntgenkészülékek forrásaként olyan túliumot alkalmaznak, melyet előzőleg nukleáris reaktorban bombáztak. Ezek a források nagyjából egy évig használhatóak, orvosi és fogászati vizsgálatoknál, valamit nehezen elérhető helyen fekvő mechanikus vagy elektromos alkatrészek behatárolásánál. Az ilyen források esetében nincs szükség különleges sugárvédelemre.[11]

Egyéb[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Túliumot használnak egyes magas hőmérsékletű szupravezetők előállításánál is.

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. ^ a b C. R. Hammond. The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition. CRC press (2000). ISBN 0849304814 
  2. M. Jackson (2000.). „Magnetism of Rare Earth”. The IRM quarterly 10 (3), 1. o.  
  3. Chemical reactions of Thulium. Webelements. (Hozzáférés: 2009. június 6.)
  4. Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill (2003). ISBN 0070494398. Hozzáférés ideje: 2009. június 6. 
  5. ^ a b John Emsley. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. US: Oxford University Press, 442–443. o (2001). ISBN 0198503415 
  6. James, Charles (1911.). „Thulium I”. J. Am. Chem. Soc. 33 (8), 1332–1344. o. DOI:10.1021/ja02221a007.  
  7. James B. Hedrick. „Rare-Earth Metals”, USGS (Hozzáférés ideje: 2009. június 6.) 
  8. Stephen B. Castor and James B. Hedrick. „Rare Earth Elements” (Hozzáférés ideje: 2009. június 6.) 
  9. Walter Koechner. Solid-state laser engineering. Springer (2006). ISBN 038729094X 
  10. Frank J. Duarte. Tunable laser applications. CRC Press (2008). ISBN 1420060090 
  11. C. K. Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy. Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press (2004). ISBN 0415333407