Thulium

Thulium
69 Tm
- ↑ Tm ↓ Md Tableau périodique erbium ← → thulium ytterbium
Apparence
gris argenté
Propriétés générales
Nom, symbole, nombre	thulium Tm, 69
Prononciation	/ θj U l Je ə m / -Əm de THEW
Élément Catégorie	lanthanides
Groupe, période, bloc	n / a, 6, fa
Poids atomique standard	168,93421
Configuration électronique	[ Xe ] 4f 13 6s 2 2, 8, 18, 31, 8, 2
Histoire
Découverte	Par Teodor Cleve (1879)
Premier isolement	Par Teodor Cleve (1879)
Propriétés physiques
Phase	solide
Densité (à proximité rt)	9,32 g · cm -3
Liquid densité au mp	8,56 g · cm -3
Point de fusion	1818 K , 1545 ° C, 2813 ° F
Point d'ébullition	2223 K, 1950 ° C, 3542 ° F
La chaleur de fusion	16,84 kJ · mol -1
Chaleur de vaporisation	247 kJ · mol -1
Capacité thermique molaire	27,03 J · mol -1 · K -1
La pression de vapeur
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k à T (K) 1117 1235 1381 1570 (1821) (2217)
Propriétés atomiques
États d'oxydation	2, 3, 4 ( oxyde de base)
Électronégativité	1,25 (échelle de Pauling)
énergies d'ionisation	1e: 596,7 kJ · mol -1
	2ème: 1160 kJ · mol -1
	3ème: 2285 kJ · mol -1
Rayon atomique	176 h
Rayon covalente	190 ± 22 heures
Miscellanées
Crystal structure	hexagonale compacte
Ordre magnétique	paramagnétique à 300 K
Résistivité électrique	( rt) (poly) 676 nΩ · m
Conductivité thermique	16,9 W · m -1 · K -1
Dilatation thermique	( rt) (poly) 13,3 um / (m · K)
Le module d'Young	74,0 GPa
Module de cisaillement	30,5 GPa
Module Bulk	44,5 GPa
Coefficient de Poisson	0,213
Dureté Vickers	520 MPa
Dureté Brinell	471 MPa
Numéro de registre CAS	7440-30-4
La plupart des isotopes stables
Article détaillé: Isotopes de thulium
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP 167 Tm syn 9,25 d ε 0,748 167 Er 168 Tm syn 93,1 d ε 1,679 168 Er 169 Tm 100% 169 Tm est stable avec 100 neutrons 170 Tm syn 128,6 d β - 0,968 170 Yb 171 Tm syn 1,92 y β - 0,096 171 Yb

Thulium est un élément chimique qui a la Tm de symboles et de numéro atomique 69. Thulium est la deuxième moins abondante des lanthanides ( promethium se trouve uniquement dans des traces sur la Terre). Ce est un facile à travailler le métal avec un éclat gris argenté brillant. Malgré son prix élevé et la rareté, le thulium est utilisée comme source de rayonnement portable Appareils à rayons X et dans lasers à l'état solide.

Propriétés

Propriétés physiques

Pur thulium métallique a un éclat lumineux, argenté. Il est raisonnablement stable dans l'air, mais doit être protégé de l'humidité. Le métal est mou, malléable et ductile. Thulium est ferromagnétique inférieure à 32 K, antiferromagnétique entre 32 et 56 K, et paramagnétique au-dessus de 56 K. liquide thulium est très volatile.

Propriétés chimiques

Tulio métal ternit lentement à l'air et brûle facilement à 150 ° C pour former thulium (III) de l'oxyde:

4 Tm + 3 O ₂ → 2 Tm ₂ O ₃

Thulium est assez électropositive et réagit lentement avec l'eau froide et assez rapidement avec de l'eau chaude pour former le thulium hydroxyde:

2 Tm (s) + 6 H ₂ O (l) → 2 Tm (OH) ₃ (aq) + 3 H ₂ (g)

Thulium réagit avec tous les halogènes. Réactions sont lentes à température ambiante, mais sont vigoureux dessus de 200 ° C:

2 Tm (s) + 3 F ₂ (g) → 2 TmF ₃ (s) (blanc)

2 Tm (s) + 3 _Cl2 (g) → 2 ₃ TMCL (s) (jaune)

2 Tm (s) + 3 Br ₂ (g) → 2 TmBr ₃ (s) (blanc)

2 Tm (s) + 3 I ₂ (g) → 2 TMI ₃ (s) (jaune)

Thulium se dissout facilement dans diluée de l'acide sulfurique pour former des solutions contenant du vert pâle Tm (III) des ions, qui existent comme [tm (OH _{2) 9]} ³⁺ complexes:

2 Tm (s) + 3 H ₂ SO ₄ (aq) → 2 Tm ³⁺ (aq) + 3 SO 2-
4 (aq) + 3 H ₂ (g)

Thulium réagit avec divers éléments métalliques et non métalliques formant une gamme de composés binaires, y compris le RGT, TMS, TMC _2, Tm ₂ C _3, TMH _2, TMH _3, TMSI _2, tmge _3, TMB _4, TMB ₆ et TMB ₁₂ . Dans ces composés, le thulium expositions valence indique 2, 3 et 4, cependant, l'état 3 est la plus courante et seulement cet état a été observé dans les solutions Tm.

Isotopes

Naturellement thulium survenant est composé d'un stable isotope , ¹⁶⁹ Tm (100% abondance naturelle). Trente et un des radio-isotopes ont été caractérisés, avec le plus stable étant ¹⁷¹ Tm avec une demi-vie de 1,92 ans ¹⁷⁰ Tm avec une demi-vie de 128,6 jours, ¹⁶⁸ Tm avec une demi-vie de 93,1 jours, ¹⁶⁷ Tm et avec un demi vie de 9,25 jours. Tout le reste isotopes radioactifs ont des demi-vies qui sont moins de 64 heures, et la majorité d'entre eux ont des demi-vies qui sont moins de 2 minutes. Cet élément a aussi 14 États méta, avec l'être le plus stable ^164m Tm (t _½ 5,1 minutes), ^160m Tm (t _½ 74,5 secondes) et ^155m Tm (t _½ 45 secondes).

Les isotopes de gamme de thulium dans poids atomique de 145,966 u ⁽¹⁴⁶ Tm) à 176,949 u ⁽¹⁷⁷ Tm). Le primaire mode de désintégration avant l'isotope stable le plus abondant, ¹⁶⁹ Tm, est capture d'électrons, et le mode primaire après est- émissions beta. Le primaire produits de désintégration avant ¹⁶⁹ Tm sont 68 éléments ( erbium ) isotopes, et les produits primaires après sont 70 éléments ( ytterbium ) isotopes.

Histoire

Thulium était découvert par le chimiste suédois Par Teodor Cleve en 1879 par la recherche d'impuretés dans le des oxydes d'autres éléments de terres rares (ce est le même procédé Carl Gustaf Mosander tôt utilisé pour découvrir d'autres éléments des terres rares). Cleve commencé par enlever tous les contaminants connus de oxyde d'erbium ( Er ₂ O _3). Après un traitement supplémentaire, il a obtenu deux nouvelles substances; une brune et une verte. La substance marron est l'oxyde de l'élément holmium et a été nommé Holmia par Cleve, et la substance a été le vert oxyde d'un élément inconnu. Cleve nommé l'oxyde Thulia et son élément le thulium après Thule, Scandinavie.

Thulium était si rare qu'aucun des premiers travailleurs avait assez de lui pour purifier suffisamment pour voir réellement la couleur verte; ils ont dû se contenter de spectroscopie observant le renforcement des deux bandes d'absorption caractéristiques, que l'erbium a été progressivement supprimée. Le premier chercheur à obtenir près de thulium pur était Charles James, un expatrié britannique travaillant sur une grande échelle à New Hampshire College à Durham. En 1911, il a rapporté ses résultats, après avoir utilisé sa méthode découverte de cristallisation fractionnée bromate de faire la purification. Il avait besoin de 15 000 célèbre «opérations» pour établir que le matériau est homogène.

Haute pureté de l'oxyde de thulium a d'abord été proposé dans le commerce à la fin des années 1950, à la suite de l'adoption de la technologie de séparation par échange d'ions. Chemical Division Lindsay of American Potash & Chemical Corporation a offert dans les grades de 99% et 99,9% de pureté. Le prix par kilogramme a oscillé entre US $ 4600 et $ 13 300 pour la période 1959-1998 pour 99,9% de pureté, et ce était au deuxième rang pour les lanthanides derrière lutécium .

Présence et la production

L'élément ne se trouve jamais dans la nature à l'état pur, mais il se trouve en faibles quantités dans des minéraux avec d'autres terres rares. Son abondance dans la croûte terrestre est de 0,5 mg / kg. Thulium est principalement extrait de monazite (~ 0,007% thulium) minerais trouvés dans les sables de la rivière, à travers échange d'ions. Techniques récent échangeuses d'ions et d'extraction par solvant ont conduit à la séparation plus facile des terres rares, ce qui a donné des coûts beaucoup plus bas pour la production de thulium. Les principales sources sont aujourd'hui les argiles d'adsorption des ions de Chine méridionale. Dans ceux-ci, où les deux tiers environ de la teneur totale de terre rare est l'yttrium, le thulium est d'environ 0,5% (soit environ à égalité avec le lutétium de rareté). Le métal peut être isolé par réduction de son oxyde avec du lanthane métal ou en calcium réduction dans un récipient fermé. Aucun de thulium naturelles de composés sont commercialement importantes.

Applications

En dépit d'être rare et cher, le thulium a quelques applications.

Laser

Holmium - chrome triple-dopé -thulium YAG (Ho: Cr: Tm: YAG, ou Ho, Cr, Tm: YAG) est un matériau de milieu actif laser avec une grande efficacité. Il Lases à 2097 nm et est largement utilisé dans les applications militaires, la médecine et la météorologie. YAG seul élément dopé au thulium (Tm: YAG) lasers fonctionnent entre 1930 et 2040 nm. La longueur d'onde de lasers basés thulium est très efficace pour l'ablation superficielle de tissu, avec un minimum de profondeur de la coagulation dans l'air ou dans l'eau. Cela rend lasers thulium attrayants pour la chirurgie au laser.

Autres

Thulium a été utilisé dans supraconducteurs à haute température de manière similaire à l'yttrium . Thulium a potentiellement utiliser dans ferrites magnétiques, des matériaux céramiques qui sont utilisés dans équipement de micro-ondes. Thulium est également similaire à scandium en ce qu'il est utilisé dans l'éclairage arc pour son spectre inhabituelle, dans ce cas, ses raies d'émission verts, qui ne sont pas couverts par d'autres éléments.

Rôle et précautions biologique

Thulium a pas connu rôle biologique, même se il a été noté qu'il stimule le métabolisme. Les sels solubles de thulium sont considérés comme peu toxiques se ils sont pris en grande quantité, mais les sels insolubles sont non toxiques. Thulium ne est pas prise par les racines des plantes dans une mesure et donc ne pas entrer dans la chaîne alimentaire humaine. Les légumes contiennent généralement un seul milligramme de thulium par tonne (poids sec).