Túlio - Thulium

Túlio,  69 Tm
Túlio sublimado dendrítico e cubo de 1cm3.jpg
Túlio
Pronúncia / Θj u l i ə m / ( Thew -lee-əm )
Aparência cinza prateado
Peso atômico padrão A r, std (Tm) 168,934 218 (6)
Túlio na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
-

Tm

Md
érbiotúlioitérbio
Número atômico ( Z ) 69
Grupo grupo n / a
Período período 6
Bloquear   bloco f
Configuração de elétron [ Xe ] 4f 13 6s 2
Elétrons por camada 2, 8, 18, 31, 8, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 1818  K (1545 ° C, 2813 ° F)
Ponto de ebulição 2223 K (1950 ° C, 3542 ° F)
Densidade (próximo à  rt ) 9,32 g / cm 3
quando líquido (em  mp ) 8,56 g / cm 3
Calor de fusão 16,84  kJ / mol
Calor da vaporização 191 kJ / mol
Capacidade de calor molar 27,03 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 k 100 k
em  T  (K) 1117 1235 1381 1570 (1821) (2217)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 0, +2, +3 (um  óxido básico )
Eletro-negatividade Escala de Pauling: 1,25
Energias de ionização
Raio atômico empírico: 176  pm
Raio covalente 190 ± 22h
Linhas de cores em uma faixa espectral
Linhas espectrais de túlio
Outras propriedades
Ocorrência natural primordial
Estrutura de cristal hexagonal fechado (hcp)
Estrutura de cristal hexagonal compactada para túlio
Expansão térmica poli: 13,3 µm / (m⋅K) (à  temperatura ambiente )
Condutividade térmica 16,9 W / (m⋅K)
Resistividade elétrica poli: 676 nΩ⋅m (at  rt )
Ordenação magnética paramagnético (a 300 K)
Suscetibilidade magnética molar +25 500 × 10 −6  cm 3 / mol (291 K)
Módulo de Young 74,0 GPa
Módulo de cisalhamento 30,5 GPa
Módulo de massa 44,5 GPa
Coeficiente de Poisson 0,213
Dureza Vickers 470–650 MPa
Dureza Brinell 470–900 MPa
Número CAS 7440-30-4
História
Nomeação depois de Thule , uma região mítica da Escandinávia
Descoberta e primeiro isolamento Per Teodor Cleve (1879)
Isótopos principais de túlio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
167 Tm syn 9,25 d ε 167 Er
168 Tm syn 93,1 d ε 168 Er
169 Tm 100% estábulo
170 Tm syn 128,6 d β - 170 Yb
171 Tm syn 1,92 a β - 171 Yb
Categoria Categoria: Túlio
| referências

Túlio é um elemento químico com o símbolo Tm e número atômico 69. É o décimo terceiro e o terceiro último elemento da série dos lantanídeos . Como os outros lantanídeos, o estado de oxidação mais comum é +3, visto em seu óxido, halogenetos e outros compostos; como ocorre tão tarde na série, no entanto, o estado de oxidação +2 também é estabilizado pela camada 4f quase cheia resultante. Em solução aquosa , como compostos de outros lantanídeos tardios, os compostos de túlio solúveis formam complexos de coordenação com nove moléculas de água.

Em 1879, o químico sueco Per Teodor Cleve separou do óxido de terras raras érbia outros dois componentes até então desconhecidos, que ele chamou de holmia e thulia ; estes eram os óxidos de hólmio e túlio, respectivamente. Uma amostra relativamente pura de túlio metálico foi obtida pela primeira vez em 1911.

O túlio é o segundo menos abundante dos lantanídeos , depois do promécio radioativamente instável, que só é encontrado em pequenas quantidades na Terra. É um metal facilmente trabalhável com um brilho cinza-prateado brilhante. É bastante macio e mancha lentamente ao ar. Apesar de seu alto preço e raridade, o túlio é usado como fonte de radiação em dispositivos portáteis de raios-X e em alguns lasers de estado sólido . Não tem papel biológico significativo e não é particularmente tóxico.

Propriedades

Propriedades físicas

O metal túlio puro tem um brilho prateado brilhante, que mancha quando exposto ao ar. O metal pode ser cortado com faca, pois possui dureza de Mohs de 2 a 3; é maleável e dúctil. O túlio é ferromagnético abaixo de 32  K, antiferromagnético entre 32 e 56  K e paramagnético acima de 56  K.

O túlio tem dois alótropos principais : o α-Tm tetragonal e o β-Tm hexagonal mais estável .

Propriedades quimicas

O túlio mancha lentamente ao ar e queima prontamente a 150 ° C para formar óxido de túlio (III) :  

4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3

O túlio é bastante eletropositivo e reage lentamente com água fria e muito rapidamente com água quente para formar hidróxido de túlio:

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

O túlio reage com todos os halogênios . As reações são lentas à temperatura ambiente, mas são vigorosas acima de 200  ° C:

2 Tm (s) + 3 F 2 (g) → 2 TmF 3 (s) (branco)
2 Tm (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 TmCl 3 (s) (amarelo)
2 Tm (s) + 3 Br 2 (g) → 2 TmBr 3 (s) (branco)
2 Tm (s) + 3 I 2 (g) → 2 TmI 3 (s) (amarelo)

O túlio se dissolve prontamente em ácido sulfúrico diluído para formar soluções contendo os íons verdes claros Tm (III), que existem como complexos [Tm (OH 2 ) 9 ] 3+ :

2 Tm (s) + 3 H 2 SO 4 (aq) → 2 Tm 3+ (aq) + 3 SO2−
4
(aq) + 3H 2 (g)

O túlio reage com vários elementos metálicos e não metálicos formando uma gama de compostos binários, incluindo TmN, TmS, TmC 2 , Tm 2 C 3 , TmH 2 , TmH 3 , TmSi 2 , TmGe 3 , TmB 4 , TmB 6 e TmB 12 . Nesses compostos, o túlio exibe estados de valência +2 e +3, no entanto, o estado +3 é o mais comum e apenas este estado foi observado em soluções de túlio. O túlio existe como um íon Tm 3+ em solução. Nesse estado, o íon túlio é cercado por nove moléculas de água. Os íons Tm 3+ exibem uma luminescência azul brilhante.

O único óxido conhecido de túlio é o Tm 2 O 3 . Este óxido é às vezes chamado de "thulia". Os compostos de túlio (II) púrpura avermelhado podem ser produzidos pela redução dos compostos de túlio (III). Exemplos de compostos de túlio (II) incluem os halogenetos (exceto o fluoreto). Alguns compostos de túlio hidratado, como TmCl 3 · 7H 2 O e Tm 2 (C 2 O 4 ) 3 · 6H 2 O são verdes ou esbranquiçados. O dicloreto de túlio reage vigorosamente com a água . Esta reação resulta em gás hidrogênio e Tm (OH) 3 exibindo uma cor avermelhada desbotada. A combinação de túlio e calcogênios resulta em calcogenetos de túlio .

O túlio reage com o cloreto de hidrogênio para produzir gás hidrogênio e cloreto de túlio. Com ácido nítrico produz nitrato de túlio, ou Tm (NO 3 ) 3 .

Isótopos

Os isótopos de túlio variam de 145 Tm a 179 Tm. O modo de decaimento primário antes do isótopo estável mais abundante, 169 Tm, é a captura de elétrons , e o modo primário depois é a emissão beta . Os produtos primários do decaimento antes de 169 Tm são os isótopos do elemento 68 ( érbio ), e os produtos primários depois são os isótopos do elemento 70 ( itérbio ).

Túlio-169 é o único isótopo primordial do túlio e é o único isótopo do túlio que se pensa ser estável; prevê-se que sofra decaimento alfa para hólmio -165 com meia-vida muito longa. Os radioisótopos de vida mais longa são o túlio-171, que tem meia-vida de 1,92 anos, e o túlio-170, que tem meia-vida de 128,6 dias. A maioria dos outros isótopos tem meia-vida de alguns minutos ou menos. Foram detectados trinta e cinco isótopos e 26 isômeros nucleares de túlio. A maioria dos isótopos de túlio mais leves do que 169 unidades de massa atômica decai por captura de elétrons ou decaimento beta-plus , embora alguns exibam decaimento alfa significativo ou emissão de prótons . Isótopos mais pesados ​​sofrem decaimento beta-menos .

História

O túlio foi descoberto pelo químico sueco Per Teodor Cleve em 1879, procurando impurezas nos óxidos de outros elementos de terras raras (este foi o mesmo método que Carl Gustaf Mosander usou anteriormente para descobrir alguns outros elementos de terras raras). Cleve começou removendo todos os contaminantes conhecidos da erbia ( Er 2 O 3 ). Após processamento adicional, ele obteve duas novas substâncias; um marrom e um verde. A substância marrom era o óxido do elemento hólmio e foi chamada de hólmia por Cleve, e a substância verde era o óxido de um elemento desconhecido. Cleve chamou o óxido de thulia e seu elemento de thulium em homenagem a Thule , um nome de lugar da Grécia Antiga associado à Escandinávia ou à Islândia . O símbolo atômico de Túlio já foi Tu, mas foi alterado para Tm.

O túlio era tão raro que nenhum dos primeiros trabalhadores tinha o suficiente para purificar o suficiente para realmente ver a cor verde; eles tinham que se contentar em observar espectroscopicamente o fortalecimento das duas bandas de absorção características, à medida que o érbio era progressivamente removido. O primeiro pesquisador a obter túlio quase puro foi Charles James , um expatriado britânico que trabalhava em larga escala no New Hampshire College em Durham , nos Estados Unidos. Em 1911, ele relatou seus resultados, tendo usado seu método descoberto de cristalização fracionada de bromato para fazer a purificação. Ele precisou de 15.000 operações de purificação para estabelecer que o material era homogêneo.

O óxido de túlio de alta pureza foi oferecido comercialmente pela primeira vez no final da década de 1950, como resultado da adoção da tecnologia de separação por troca iônica . Lindsay Chemical Division da American Potash & Chemical Corporation ofereceu em graus de pureza de 99% e 99,9%. O preço por quilograma oscilou entre US $ 4.600 e $ 13.300 no período de 1959 a 1998 para 99,9% de pureza, e foi o segundo mais alto para os lantanídeos atrás do lutécio .

Ocorrência

Túlio é encontrado na monazita mineral

O elemento nunca é encontrado na natureza na forma pura, mas é encontrado em pequenas quantidades em minerais com outras terras raras. O túlio é freqüentemente encontrado com minerais que contêm ítrio e gadolínio . Em particular, o túlio ocorre na gadolinita mineral . No entanto, o túlio também ocorre nos minerais monazita , xenotima e euxenita . O túlio ainda não foi encontrado em prevalência sobre as outras terras raras em nenhum mineral. Sua abundância na crosta terrestre é de 0,5 mg / kg por peso e 50 partes por bilhão por moles . O túlio constitui aproximadamente 0,5 partes por milhão de solo , embora esse valor possa variar de 0,4 a 0,8 partes por milhão. O túlio representa 250 partes por quatrilhão de água do mar . No sistema solar , o túlio existe em concentrações de 200 partes por trilhão em peso e 1 parte por trilhão em moles. O minério de túlio ocorre mais comumente na China . No entanto, Austrália , Brasil , Groenlândia , Índia , Tanzânia e Estados Unidos também possuem grandes reservas de túlio. As reservas totais de túlio são de aproximadamente 100.000 toneladas . O túlio é o lantanídeo menos abundante na Terra, exceto pelo promécio radioativo .

Produção

O túlio é extraído principalmente dos minérios de monazita (~ 0,007% de túlio) encontrados nas areias dos rios, por meio de troca iônica . As técnicas mais recentes de troca iônica e extração de solvente levaram a uma separação mais fácil das terras raras, o que resultou em custos muito mais baixos para a produção de túlio. As principais fontes hoje são as argilas de adsorção de íons do sul da China. Nestes, onde cerca de dois terços do conteúdo total de terras-raras é ítrio, o túlio é cerca de 0,5% (ou quase igual ao lutécio para raridade). O metal pode ser isolado por redução de seu óxido com lantânio metálico ou por redução de cálcio em recipiente fechado. Nenhum dos compostos naturais do túlio é comercialmente importante. Cerca de 50 toneladas por ano de óxido de túlio são produzidas. Em 1996, o óxido de túlio custava US $ 20 por grama e, em 2005, o pó metálico de túlio 99% puro custava US $ 70 por grama.

Formulários

O túlio tem algumas aplicações:

Laser

Hólmio - crómio -thulium triplo-dopado granada de ítrio e alumínio (Ho: Cr: Tm: IAG, Ho ou, Cr, Tm: IAG) é um material de meio de laser activo com alta eficiência. Tem duração de 2080 nm no infravermelho e é amplamente utilizado em aplicações militares, medicina e meteorologia. Lasers YAG dopados com túlio de elemento único (Tm: YAG) operam em 2010 nm. O comprimento de onda dos lasers à base de túlio é muito eficiente para ablação superficial de tecido, com profundidade mínima de coagulação no ar ou na água. Isso torna os lasers de túlio atraentes para cirurgia baseada em laser.

Fonte de raios X

Apesar de seu alto custo, os dispositivos portáteis de raios-X usam túlio que foi bombardeado com nêutrons em um reator nuclear para produzir o isótopo Túlio-170, com meia-vida de 128,6 dias e cinco linhas de emissão principais de intensidade comparável (em 7,4, 51.354, 52.389, 59.4 e 84.253 keV). Essas fontes radioativas têm vida útil de cerca de um ano, como ferramentas no diagnóstico médico e odontológico, bem como para detectar defeitos em componentes mecânicos e eletrônicos inacessíveis. Essas fontes não precisam de ampla proteção contra radiação - apenas uma pequena xícara de chumbo. Eles estão entre as fontes de radiação mais populares para uso em radiografia industrial . Thulium-170 está ganhando popularidade como uma fonte de raios-X para o tratamento do câncer por meio de braquiterapia (terapia de radiação de fonte selada).

Outros

O túlio tem sido usado em supercondutores de alta temperatura de forma semelhante ao ítrio . O túlio tem potencial para uso em ferritas , materiais magnéticos cerâmicos usados ​​em equipamentos de micro-ondas . O túlio também é semelhante ao escândio no sentido de que é usado na iluminação de arco por seu espectro incomum, neste caso, suas linhas de emissão verdes, que não são cobertas por outros elementos. Como o túlio fica com uma fluorescência azul quando exposto à luz ultravioleta , o túlio é colocado nas notas de euro como uma medida contra a falsificação . A fluorescência azul do sulfato de cálcio dopado com Tm tem sido usada em dosímetros pessoais para monitoramento visual da radiação. Halogenetos dopados com Tm em que Tm está em seu estado de valência 2+, são materiais luminescentes promissores que podem tornar possíveis janelas de geração de eletricidade eficientes com base no princípio de um concentrador solar luminescente .

Papel biológico e precauções

Os sais de túlio solúveis são levemente tóxicos , mas os sais de túlio insolúveis são completamente atóxicos . Quando injetado, o túlio pode causar degeneração do fígado e do baço e também pode causar flutuação na concentração de hemoglobina . Os danos ao fígado causados ​​pelo túlio são mais prevalentes em camundongos machos do que em fêmeas. Apesar disso, o túlio tem um baixo nível de toxicidade. Em humanos, o túlio ocorre em maiores quantidades no fígado , rins e ossos . Os humanos normalmente consomem vários microgramas de túlio por ano. As raízes das plantas não absorvem túlio, e a matéria seca dos vegetais geralmente contém uma parte por bilhão de túlio. A poeira e o pó de túlio são tóxicos por inalação ou ingestão e podem causar explosões .

Veja também

Referências

links externos