Készítette: Tóth Krisztián. Web: http://krissz.hu

Túlium

69
168.934
3, 2
Tm
5d0
4f13
Túlium
Alapadatok
Név, vegyjel, rendszám túlium, Tm, 69
Elemi sorozat lantanoidák
Csoport, periódus, mező ?, 6, f
Megjelenés ezüstszürke
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 16,84 kJ/mol
Párolgáshő 247 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 27,03 J/(mol·K)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet hexagonális
Oxidációs állapotok 3
(bázikus oxid)
Elektronegativitás 1,25 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 596,7 kJ/mol
Atomsugár 175 pm
Atomsugár (számított) 222 pm
Egyéb jellemzők
Mágnesség nincs adat
Elektromos ellenállás (szh.) (poly) 676 nΩ·m
Hővezetési tényező (300 K) 16,9 W/(m·K)
Hőtágulási tényező (szobahőmérséklet) (poly)
13,3 µm/(m·K)
Young-modulus 74,0 GPa
Nyírási modulus 30,5 GPa
Bulk modulusz 44,5 GPa
Poisson-arányszám 0,213
Vickers-keménység 520 MPa
Brinell-keménység 471 HB
CAS-szám 7440-30-4

A Túlium bővebb leírása

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

Fizikai

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

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

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

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 előálítása

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

Lézer

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

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

Túliumot használnak egyes magas hőmérsékletű szupravezetők előállításánál is.