Tulyum

Tulyum, ₆₉Tm
Tulyum
Telaffuz	/ˈθjuːliəm/ (THEW-lee-əm)
Görünüm	gümüşi gri
Standart atom ağırlığı Ar, std(Tm)	168.934218(6)
Periyodik tablodaki Tulyum
	erbiyum ← tulyum → iterbiyum
Atom numarası (Z)	69
Grup	n/a
Period	periyot 6
Blok	f-blok
Element kategorisi	Lantanid
Elektron konfigürasyonu	[Xe] 4f13 6s2
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 31, 8, 2
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	1818 K (1545 °C, 2813 °F)
Kaynama noktası	2223 K (1950 °C, 3542 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	9.32 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	8.56 g/cm3
Isı entalpisi	16.84 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	191 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	27.03 J/(mol·K)
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	+2, +3 (bir baz oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.25
İyonlaşma enerjisi	1.: 596.7 kJ/mol ; 2.: 1160 kJ/mol ; 3.: 2285 kJ/mol ; ;
Atom yarıçapı	deneysel: 176 pm
Kovalent yarıçapı	190±10 pm
	; tulyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	yakın altıgen paketleme (hcp)
Termal Genleşme	poly: 13.3 µm/(m·K) (r.t.)
Termal iletkenlik	16.9 W/(m·K)
Elektriksel direnç	poly: 676 nΩ·m (r.t.)
Manyetik sıralama	paramanyetik (300 K'da)
Manyetik alınganlık	+25,500·10−6 cm3/mol (291 K)
Young modülü	74.0 GPa
Kayma modülü	30.5 GPa
Bulk modülü	44.5 GPa
Poisson oranı	0.213
Vickers sertliği	470–650 MPa
Brinell sertliği	470–900 MPa
CAS Numarası	7440-30-4
Tarihçe
Adlandırma	İskandinavya'da efsanevi bir bölge olan Thule'den sonra
Keşfeden ve ilk izolasyon	Per Teodor Cleve (1879)
tulyum ana izotopları
	view; talk; edit; \| referanslar

Tulyum, sembolü Tm ve atom numarası 69 olan kimyasal bir elementtir. Lantanid serisinin on üçüncü ve üçüncü son elementidir. Diğer lantanitler gibi, en yaygın oksidasyon durumu, oksitinde, halojenürlerinde ve diğer bileşiklerinde görülen +3'tür; çünkü dizide çok geç meydana gelir, bununla birlikte, +2 oksidasyon durumu da sonuçta neredeyse dolu 4f kabuğu tarafından stabilize edilir. Sulu çözelti içinde, diğer geç lantanitlerin bileşikleri gibi, çözünür Tulyum bileşikleri, dokuz su molekülü ile koordinasyon kompleksleri oluşturur.

1879'da İsveçli kimyager Per Teodor Cleve, nadir toprak oksit erbasından daha önce bilinmeyen ve holmia ve thulia adını verdiği başka iki bileşenden ayırdı; bunlar sırasıyla holmiyum ve Tulyum oksitleriydi. Nispeten saf bir Tulyum metal numunesi ilk olarak 1911'de elde edildi.

Tulyum, yalnızca Dünya'da eser miktarlarda bulunan radyoaktif olarak kararsız prometyumdan sonra lantanitlerin en az bulunan ikinci maddesidir. Parlak gümüşi gri parlaklığa sahip, kolay işlenebilen bir metaldir. Oldukça yumuşaktır ve havada yavaşça kararır. Tülyum, fiyatının yüksek olmasına ve nadir olmasına rağmen, taşınabilir X-ray cihazlarında ve bazı katı hal lazerlerde radyasyon kaynağı olarak kullanılmaktadır. Önemli biyolojik bir rolü yoktur ve özellikle toksik değildir.

Tarihçe

Thulium, 1879'da İsveçli kimyager Per Teodor Cleve tarafından, diğer nadir toprak elementlerinin oksitlerinde safsızlık arayarak keşfedildi (bu, Carl Gustaf Mosander'in daha önce diğer bazı nadir toprak elementlerini keşfetmek için kullandığı yöntemdi). Cleve, erbia'daki bilinen tüm kirleticileri (Er₂O₃) ortadan kaldırarak başladı. Ek işlemlerden sonra iki yeni madde elde etti; bir kahverengi ve bir yeşil. Kahverengi madde, holmiyum elementinin oksitiydi ve Cleve tarafından holmia olarak adlandırıldı ve yeşil madde, bilinmeyen bir elementin oksitiydi. Cleve, İskandinavya veya İzlanda ile ilişkili bir Antik Yunan yer adı olan Thule'den sonra oksit thulia ve elementine tulyum adını verdi. c'un atomik sembolü bir zamanlar Tu idi, ancak bu Tm olarak değiştirildi.

Tulyum o kadar nadirdi ki, ilk işçilerin hiçbiri yeşil rengi gerçekten görmek için yeterince arıtacak kadar ona sahip değildi; erbiyum aşamalı olarak uzaklaştırıldıkça, iki karakteristik absorpsiyon bandının güçlenmesini spektroskopik olarak gözlemlemekle yetinmeleri gerekiyordu. Neredeyse saf tulyum elde eden ilk araştırmacı, Durham'daki New Hampshire Koleji'nde büyük ölçekte çalışan İngiliz bir gurbetçi olan Charles James'ti. 1911'de, saflaştırmayı yapmak için keşfettiği bromat fraksiyonel kristalizasyon yöntemini kullanarak sonuçlarını bildirdi. Malzemenin homojen olduğunu tespit etmek için 15.000 saflaştırma işlemine ihtiyacı vardı.

Yüksek saflıkta tulium oksit ticari olarak ilk kez 1950'lerin sonlarında iyon değişimli ayırma teknolojisinin benimsenmesinin bir sonucu olarak sunuldu. American Potash & Chemical Corporation'ın Lindsay Chemical Division'ı,%99 ve %99,9 saflıkta sınıflarda sundu. Kilogram başına fiyat, 1959'dan 1998'e kadar olan dönemde %99,9 saflık için 4,600 ABD Doları ile 13,300 ABD Doları arasında dalgalandı ve lutesyumun arkasındaki lantanitler için en yüksek ikinci fiyattı.

Özellikleri

Fiziki ozellikleri

Saf tulyum metal, havaya maruz kaldığında kararan parlak, gümüşi bir parlaklığa sahiptir. Metal, 2 ila 3 Mohs sertliğine sahip olduğu için bıçakla kesilebilir; dövülebilir ve sünektir. Tulyum, 32 K'nin altında ferromanyetik, 32 ile 56 K arasında antiferromanyetik ve 56 K'nin üzerinde paramanyetiktir.

Tulyum'un iki ana allotropu vardır: tetragonal α-Tm ve daha kararlı altıgen β-Tm.

Kimyasal özellikler

Tulyum havada yavaşça kararır ve 150 °C'de kolayca yanarak tulyum(III) oksit oluşturur:

4 Tm + 3 O₂ → 2 Tm₂O₃

Tulyum oldukça elektropozitiftir ve soğuk suyla yavaş ve sıcak suyla oldukça hızlı reaksiyona girerek tulyum hidroksit oluşturur:

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

Tulyum tüm halojenlerle reaksiyona girer. Reaksiyonlar oda sıcaklığında yavaştır, ancak 200 °C'nin üzerinde kuvvetlidir:

2 Tm (s) + 3 F₂ (g) → 2 TmF₃ (s) (beyaz)

2 Tm (s) + 3 Cl₂ (g) → 2 TmCl₃ (s) (sarı)

2 Tm (s) + 3 Br₂ (g) → 2 TmBr₃ (s) (beyaz)

2 Tm (s) + 3 I₂ (g) → 2 TmI₃ (s) (sarı)

Tulyum, [Tm(OH₂)₉]³⁺ kompleksleri olarak var olan soluk yeşil Tm (III) iyonlarını içeren çözeltiler oluşturmak için seyreltik sülfürik asitte kolayca çözünür:

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

Tulyum, TmN, TmS, TmC₂, Tm₂C₃, TmH₂, TmH₃, TmSi₂, TmGe₃, TmB₄, TmB₆ ve TmB₁₂. dahil bir dizi ikili bileşik oluşturan çeşitli metalik ve metalik olmayan elementlerle reaksiyona girer. Bu bileşiklerde, tulyum +2 ve +3 değerlik durumları sergiler, ancak +3 durumu en yaygın olanıdır ve yalnızca bu durum tulyum çözeltilerinde gözlenmiştir. Tulyum, solüsyonda Tm³⁺ iyonu olarak bulunur. Bu durumda, tulyum iyonu dokuz molekül su ile çevrilidir. Tm³⁺ iyonları parlak mavi bir ışıldama sergiler.

Tulyum'un bilinen tek oksidi Tm₂O₃'tür. Bu okside bazen "thulia" adı verilir. Kırmızımsı-mor tulyum(II) bileşikleri, tulyum(III) bileşiklerinin indirgenmesiyle yapılabilir. Tulyum(II) bileşiklerinin örnekleri arasında halojenürler (florür hariç) bulunur. TmCl₃·7H₂O ve Tm₂(C₂O₄)₃·6H₂O gibi bazı hidratlı tulium bileşikleri yeşil veya yeşilimsi beyazdır. Tulyum diklorür su ile çok kuvvetli reaksiyona girer. Bu reaksiyon, solma kırmızımsı bir renk sergileyen hidrojen gazı ve Tm(OH)₃ ile sonuçlanır. Tulyum ve kalkojenlerin kombinasyonu, tulyum kalkojenitlerine neden olur.

Tulyum, hidrojen gazı ve tulyum klorür üretmek için hidrojen klorür ile reaksiyona girer. Nitrik asit ile tulyum nitrat veya Tm(NO₃)₃ verir.

İzotoplar

Tulyum izotopları ¹⁴⁵Tm ila ¹⁷⁹Tm arasındadır. En bol kararlı izotop olan ¹⁶⁹Tm'den önceki birincil bozunma modu elektron yakalamadır ve sonraki birincil mod beta emisyonudur. ¹⁶⁹Tm'den önceki birincil bozunma ürünleri, element 68 (erbiyum) izotoplarıdır ve sonraki birincil ürünler element 70 (iterbiyum) izotoplarıdır.

Tulyum-169, tulyum'un tek ilkel izotopudur ve stabil olduğu düşünülen tek tulyum izotopudur; çok uzun bir yarı ömürle holmiyum-165'e alfa bozunması geçireceği tahmin edilmektedir. En uzun ömürlü radyoizotoplar, yarı ömrü 1.92 yıl olan tulium-171 ve yarılanma ömrü 128.6 gün olan tulium-170'tir. Diğer izotopların çoğunun yarılanma ömrü birkaç dakika veya daha azdır. Otuz beş izotopu ve 26 nükleer izomeri tulium tespit edildi. 169 atomik kütle biriminden daha hafif olan tulium izotoplarının çoğu, elektron yakalama veya beta-artı bozunması yoluyla bozulur, ancak bazıları önemli alfa bozunması veya proton emisyonu sergiler. Daha ağır izotoplar beta eksi bozunmaya uğrar.

Oluşum

Element, doğada asla saf halde bulunmaz, ancak diğer nadir topraklarla birlikte minerallerde küçük miktarlarda bulunur. Tulyum genellikle itriyum ve gadolinyum içeren minerallerde bulunur. Özellikle tulyum mineral gadolinitte oluşur. Bununla birlikte, tulyum ayrıca monazit, ksenotim ve euxenite minerallerinde de bulunur. Tulyum, henüz herhangi bir mineralde diğer nadir toprak elementlerine göre yaygınlıkta bulunamamıştır. Yerkabuğundaki bolluğu ağırlıkça 0,5 mg/kg ve mol olarak milyarda 50 parçadır. Tulyum, toprakta yaklaşık olarak 0,5 parça oluşturur, ancak bu değer milyonda 0,4 ila 0,8 parça arasında değişebilir. Tulyum, katrilyon deniz suyu başına 250 parça oluşturur. Güneş sisteminde, tulyum ağırlıkça trilyonda 200 parça ve mol cinsinden trilyonda 1 parça konsantrasyonlarda bulunur. Tulyum cevheri en çok Çin'de görülür. Bununla birlikte, Avustralya, Brezilya, Grönland, Hindistan, Tanzanya ve Amerika Birleşik Devletleri de büyük tulium rezervlerine sahiptir. Toplam tulium rezervi yaklaşık 100.000 tondur. Tulyum, radyoaktif prometyum dışında yeryüzünde en az bulunan lantanittir.

Üretim

Tulyum, esas olarak nehir kumlarında bulunan monazit cevherlerinden (~% 0.007 tulyum) iyon değişimi yoluyla çıkarılır. Yeni iyon değişimi ve çözücü ekstraksiyon teknikleri, nadir toprakların daha kolay ayrılmasına yol açtı ve bu da tulyum üretimi için çok daha düşük maliyetler sağladı. Bugünün başlıca kaynakları, güney Çin'in iyon adsorpsiyon killeridir. Toplam nadir toprak içeriğinin yaklaşık üçte ikisinin itriyum olduğu bunlarda, tulium yaklaşık %0,5'tir (veya nadir olması için yaklaşık lutesyum ile bağlanmıştır). Metal, oksitinin lantan metali ile indirgenmesi veya kapalı bir kapta kalsiyum indirgemesi yoluyla izole edilebilir. Tulyum'un doğal bileşiklerinin hiçbiri ticari olarak önemli değildir. Yılda yaklaşık 50 ton tulyum oksit üretilmektedir. 1996'da tulyum oksit gram başına 20 ABD doları, 2005 yılında %99 saf tulium metal tozunun maliyeti gram başına 70 ABD dolarıdır.

Uygulamalar

Lazer

Holmium-krom-tulyum üçlü katkılı itriyum alüminyum granat (Ho:Cr:Tm:YAG veya Ho,Cr,Tm:YAG), yüksek verimli aktif bir lazer ortam malzemesidir. 2080 nm'de lazerler ve askeri uygulamalarda, tıpta ve meteorolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Tek elementli tulyum katkılı YAG (Tm:YAG) lazerler 2010 nm'de çalışır. Tulyum bazlı lazerlerin dalga boyu, havada veya suda minimum pıhtılaşma derinliği ile dokunun yüzeysel ablasyonu için çok etkilidir. Bu, tulyum lazerleri lazer tabanlı cerrahi için çekici kılar.

X-ışını kaynağı

Yüksek maliyetine rağmen, taşınabilir X-ışını cihazları, radyasyon kaynağı olarak bir nükleer reaktörde bombardımana tutulan tulyumu kullanır. Bu radyoaktif kaynaklar, tıbbi ve dental tanıda araçlar olarak ve erişilemeyen mekanik ve elektronik bileşenlerdeki kusurları tespit etmek için yaklaşık bir yıllık faydalı ömre sahiptir. Bu tür kaynakların kapsamlı radyasyon korumasına ihtiyacı yoktur - sadece küçük bir fincan kurşun.

Thulium-170, brakiterapi ((kapalı kaynaklı radyasyon tedavisi)) yoluyla kanser tedavisi için bir X-ışını kaynağı olarak popülerlik kazanıyor. Bu izotopun yarı ömrü 128.6 gündür ve karşılaştırılabilir yoğunlukta beş ana emisyon çizgisi vardır (7.4, 51.354, 52.389, 59.4 ve 84.253 keV'de). Thulium-170, endüstriyel radyografide kullanılan en popüler dört radyoizotoptan biridir.

Diğerleri

Tulyum, itriuma benzer şekilde yüksek sıcaklık süper iletkenlerinde kullanılmıştır. Tulyum, mikrodalga ekipmanında kullanılan ferritlerde, seramik manyetik malzemelerde potansiyel olarak kullanıma sahiptir. Tulyum, alışılmadık spektrumu nedeniyle ark aydınlatmasında, bu durumda, diğer unsurlarla kapsanmayan yeşil emisyon çizgileri nedeniyle skandiyuma benzer. Tulyum ultraviyole ışığa maruz kaldığında mavi renkte ışıldadığından, sahteciliğe karşı önlem olarak euro banknotlarına tülyum konur. Tm katkılı kalsiyum sülfatın mavi floresansı, radyasyonun görsel olarak izlenmesi için kişisel dozimetrelerde kullanılmıştır. Tm'nin 2+ değerlik durumunda olduğu Tm katkılı halojenürler, parlak bir güneş yoğunlaştırıcı prensibine dayalı olarak verimli elektrik üreten pencereleri mümkün kılan ümit verici parlak malzemelerdir.

Biyolojik rol ve önlemler

Çözünür tulyum tuzları hafif toksiktir, ancak çözünmeyen tulyum tuzları tamamen toksik değildir. Tulyum enjekte edildiğinde karaciğer ve dalağın dejenerasyonuna neden olabilir ve ayrıca hemoglobin konsantrasyonunun dalgalanmasına neden olabilir. Tulyumdan kaynaklanan karaciğer hasarı, erkek farelerde dişi farelere göre daha yaygındır. Buna rağmen, tulyum düşük bir toksisiteye sahiptir. İnsanlarda tulyum karaciğerde, böbreklerde ve kemiklerde en yüksek miktarlarda görülür. İnsanlar tipik olarak yılda birkaç mikrogram tulyum tüketirler. Bitkilerin kökleri tulyum almaz ve sebzelerin kuru ağırlığı genellikle milyarda bir tulyum içerir. Tulyum tozu solunduğunda veya yutulduğunda toksiktir ve patlamalara neden olabilir.

Kaynak

↑ Meija, Juris; et al. (2016). "Elementlerin Atom Ağırlıkları 2013 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
↑ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[CIAAW2013-1] Meija, Juris; et al. (2016). "Elementlerin Atom Ağırlıkları 2013 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[2] Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[1]

[2]