Надо Знать

добавить знаний



Тулий


Thulium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg

План:


Введение

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

Monazit - Madagaskar.jpg

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.)


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам