Тулий (Tm)
ЛантаноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
168,93422 uЭлектронная конфигурация
[Xe] 6s2 4f13Температура плавления
1544,85 °CТемпература кипения
1949,85 °CПлотность
9320 kg/m³Степени окисления
0, +1, +2, +3Электроотрицательность (по Полингу)
1,25Энергия ионизации (1-я)
6,184402 eVГод открытия
1879Атомный радиус
175 pmПодробные сведения
Тулий — редкоземельный металл-лантаноид и наименее распространённый стабильный лантаноид в земной коре. Он типичен для этого ряда, образуя главным образом соединения Tm³⁺ с высоким сродством к кислороду и галогенам. Элемент не настолько редок, чтобы быть недоступным, но он рассеян и труден для отделения от соседних лантаноидов. Его технологическая значимость сосредоточена в источниках изотопов, специальных лазерах и оптических материалах, а не в массовом конструкционном использовании.
Тулий можно выделить восстановлением оксида металлом лантана или восстановлением кальцием в закрытом контейнере. Элемент серебристо-серый, мягкий, ковкий и пластичный, его можно резать ножом. Известны двадцать пять изотопов с атомными массами от 152 до 176. Природный тулий, 100% которого составляет 169Tm, стабилен.
Название происходит от Туле, древнейшего названия самой северной части цивилизованного мира — Скандинавии. Он был открыт в 1879 году шведским химиком Пером Теодором Клеве в образце минерала эрбия. Тулий впервые был выделен американским химиком Чарльзом Джеймсом в 1911 году.
Тулий был открыт Пером Теодором Клеве, шведским химиком, в 1879 году. Клеве использовал тот же метод, который Карл Густав Мосандер применил для открытия лантана, эрбия и тербия: он искал примеси в оксидах других редкоземельных элементов. Он начал с эрбии, оксида эрбия (Er2O3), и удалил все известные примеси. После дальнейшей обработки он получил два новых вещества: одно коричневое, другое зелёное. Клеве назвал коричневое вещество холмией, а зелёное — тулией. Холмия является оксидом элемента гольмия, а тулия — оксидом элемента тулия. В настоящее время тулий главным образом получают посредством ионообменного процесса из монацитового песка ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), материала, богатого редкоземельными элементами, который может содержать до 0,007% тулия.
Назван в честь Туле, древнейшего названия Скандинавии. Открыт Клеве в 1879 году. Тулий встречается в небольших количествах вместе с другими редкими землями в ряде минералов. Его промышленно получают из монацита, который содержит около 0,007% элемента. Тулий является наименее распространённым из редкоземельных элементов, но с недавно открытыми новыми источниками теперь считается, что он встречается примерно так же редко, как серебро, золото или кадмий.
Чистый тулий — мягкий, ковкий, серебристый металл. На воздухе он медленно тускнеет по мере образования оксида на поверхности и реагирует более легко при нагревании. Как и многие лантаноиды, он может быть разрезан ножом и обычно хранится с целью ограничения окисления.
Тулий имеет специализированные применения, где полезны его ядерные или оптические свойства. Нейтронно-активированный ¹⁷⁰Tm образует ¹⁷⁰Tm — переносной источник гамма- и рентгеновского излучения, ранее использовавшийся в промышленной радиографии и до сих пор представляющий технический интерес там, где подходят компактные герметизированные источники. Легированный тулием алюмоиттриевый гранат, обычно записываемый как Y₃Al₅O₁₂:Tm, и другие матрицы кристаллов используются в твердотельных лазерах вблизи двухмикрометровой инфракрасной области. Волокна из диоксида кремния, легированные тулием, также используются в волоконных лазерах и усилителях. Небольшие количества могут использоваться в исследовательских сплавах и магнитных исследованиях, но крупномасштабного применения элемента не существует.
Тулий — наименее распространённый из встречающихся в природе редкоземельных элементов. Металлический тулий относительно дорог и стал доступен лишь недавно. В настоящее время он не имеет коммерческих применений, хотя один из его изотопов, тулий-169, мог бы использоваться как источник излучения для портативных рентгеновских аппаратов.
Тулий не образует коммерчески важных соединений. К соединениям тулия относятся: оксид тулия (Tm2O3), фторид тулия (TmF3) и иодид тулия (TmI3).
Из-за относительно высокой цены металла тулий пока не нашёл многих практических применений. 169Tm, облучаемый в ядерном реакторе, может использоваться как источник излучения в портативной рентгеновской аппаратуре. 171Tm потенциально полезен как источник энергии. Природный тулий также может использоваться в ферритах (керамических магнитных материалах), применяемых в микроволновой аппаратуре, и может быть использован для легирования волоконных лазеров. Как и другие лантаноиды, тулий имеет низкую или умеренную острую токсичность. С ним следует обращаться осторожно.
Изотопы в промышленности
170Tm (с периодом полураспада около 130 дней) используется в нефтехимической промышленности для промышленной радиографии при испытании сварных швов в трубах и резервуарах [486] Industrial Applications of Sealed Radiation Sources and Alternative Non Nuclear Technologies, Final Report, 68-D-00-210, p. 37. Trinity Engineering Associates Ohio (2002)..
Изотопы в медицине
167Tm (с периодом полураспада 9,2 дня) полезен для исследований опухолей и костей [487] F. Tárkányi, A. Hermanne, S. Takács, B. Király, I. Spahn, A. V. Ignatyuk. Appl. Radiat. Isot.68, 250 (2010).. Стабильный 169Tm можно облучать в ядерном реакторе для получения 170Tm посредством реакции 169Tm (n, γ) 170Tm, который испускает рентгеновские лучи и использовался в переносном рентгеновском оборудовании в качестве источника излучения [488] D. Granero, J. Pérez-Calatayud, F. Ballester, A. J. Bos, J. Venselaar. Radiat. Prot. Dosimetry118, 11 (2006).. 170Tm использовался в брахитерапии с высокой мощностью дозы (HDR) [489] F. Ballester, D. Granero, J. Perez-Calatayud, J. L. Venselaar, M. J. Rivard. Med. Phys.37, 1629 (2010). и для применения при радиосиновэктомии средних суставов (рис. IUPAC.69.1) [490] A. Polyak, T. Das, S. Chakraborty, R. Kiraly, G. Dabasi, R. P. Joba, C. Jakab, J. Thuroczy, Z. Postenyi, V. Haasz, G. Janoki, G. A. Janoki, M. R. A. Pillai, L. Balogh. Cancer Biother. Radiopharm.29, 330 (2014)..
Химия тулия определяется степенью окисления +3. Оксид тулия(III) Tm₂O₃ — распространённый оксид и полезный исходный материал для приготовления других солей и оптических керамик. Хлорид тулия(III) TmCl₃ и фторид тулия(III) TmF₃ являются представительными галогенидами; фторид малорастворим и полезен в разделениях и во фторидных материалах. Степень +2 известна в некоторых сильно восстановительных твёрдых соединениях, но в обычной водной химии она значительно менее устойчива, чем Tm³⁺. В растворе соли Tm³⁺ обычно имеют бледно-зелёную или почти бесцветную окраску в зависимости от концентрации и лигандного поля.
See more information at the Thulium compound page.
Металлический тулий обладает низкой острой химической токсичностью по сравнению со многими тяжёлыми металлами, однако мелкий порошок является пожарной опасностью и может реагировать с воздухом или влагой. Растворимые соли тулия следует рассматривать как токсичные лабораторные химические вещества, поскольку ионы редкоземельных элементов могут влиять на биологические процессы при повышенном воздействии. Радиоактивный ¹⁷⁰Tm представляет опасность внешнего облучения и внутреннюю опасность при загрязнении; герметичные источники требуют контроля, специфичного для изотопа.
Тулий встречается в природе лишь как незначительная составляющая редкоземельных минералов, особенно минералов, содержащих тяжёлые лантаноиды. Выветривание высвобождает его главным образом в виде Tm³⁺, который, как правило, связывается с глинами, оксидами, фосфатами и органическим веществом, а не остаётся высокоподвижным. Он не имеет известной биологической роли. Концентрации в окружающей среде обычно очень низки, поэтому экологические эффекты в основном представляют интерес вблизи мест добычи, переработки или утилизации редкоземельных элементов.
Тулий получают как побочный продукт извлечения редкоземельных элементов, а не добывают ради него самого. Источниками служат ионоадсорбционные глины и такие минералы, как монацит и ксенотим, содержащие небольшие доли тяжелых редкоземельных элементов. Разделение основано на экстракции растворителями, ионном обмене и переводе через оксидные или солевые промежуточные соединения; затраты определяются скорее сложностью разделения, чем абсолютной редкостью в земной коре. Спрос невелик и специализирован, поэтому поставки зависят от более широкого переработки редкоземельного сырья, а не от независимой товарной цепочки. Переработка ограничена, поскольку в применениях используются небольшие количества в рассеянных устройствах или герметичных источниках.
Встречается с другими редкоземельными элементами в минералах гадолините, эуксените, ксенотиме и монаците. Монацит часто содержит 50% редкоземельных элементов по массе и 0.007% тулия.
Тулий — редкий космический элемент, образующийся главным образом в процессах захвата нейтронов в эволюционировавших звёздах и звёздных взрывах. Его нечётное атомное число и положение среди тяжёлых лантаноидов делают его значительно менее распространённым, чем более лёгкие породообразующие элементы, и менее распространённым, чем несколько соседних редкоземельных элементов. На планетах и в метеоритах он следует тугоплавкому литофильному поведению и распределяется вместе с другими редкоземельными элементами, а не образует самородный металл.
- Тулий — наименее распространённый лантаноид, имеющий стабильный изотоп.
- Природный тулий практически полностью представлен ¹⁶⁹Tm.
- ¹⁷⁰Tm может быть получен путем нейтронного облучения ¹⁶⁹Tm.
- Тулий был назван в честь Туле, классического названия, связанного с дальним севером.
- Несмотря на редкость среди лантаноидов, тулий более распространён в земной коре, чем серебро.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 175 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 190 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 227 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 9320 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0181 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 1544,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 1949,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,16 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 27,03 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Гексагональная плотноупакованная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,25 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Сродство к электрону
- 1,029 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 6,184402 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 12,065042 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 23,660081 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 42,410146 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 65,400225 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- 0, +1, +2, +3 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 4f13
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,12437166 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 1,979582 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 2,404519 eV
- Теплота атомизации
- 2,404519 eV
- Энтальпия атомизации
- 2,406592 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 69 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 100 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 39 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 1 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- Tm-169
- Год открытия
- 1879
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 0,52 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 1,7 × 10−7 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 354 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 31, 8, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-30-4 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 2F°7/2
- InChI
- InChI=1S/Tm
- Ключ InChI
- FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Tm: 4f¹³ 6s²[Xe] 4f¹³ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹³ 6s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 169 Стабильный | 168,9342179 ± 0,0000022 | 100,0000% | Стабильный |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 1519,8 °C ниже температуры плавления (1544,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 69. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Tm I | 0 | 538 | 408 | 525 |
| Tm II | +1 | 267 | 13 | 13 |
| Tm III | +2 | 186 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Tm I | 0 | 631 |
| Tm II | +1 | 367 |
| Tm III | +2 | 128 |
| Tm IV | +3 | 8 |
| Tm V | +4 | 2 |
| Tm VI | +5 | 2 |
| Tm VII | +6 | 2 |
| Tm VIII | +7 | 2 |
| Tm IX | +8 | 2 |
| Tm X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +2 | 6 | Нет данных | 103 пм |
| +2 | 7 | Нет данных | 109.00000000000001 пм |
| +3 | 6 | Нет данных | 88 пм |
| +3 | 8 | Нет данных | 99.4 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 105.2 пм |
Соединения
Изотопы (1)
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 169 Стабильный | 168,9342179 ± 0,0000022 | 100,0000% | Стабильный | stable |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 164 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 131 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Alvarez
- 279 pm
- UFF
- 337,4 pm
- MM3
- 267 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 271 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 37
- Pettifor
- 22
- Glawe
- 20
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 6
- Robles–Bartolotti
- 5
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 144 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 15 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 2020 Ha·Bohr6
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 18,12 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 2
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 97
- Относительный риск поставок
- 10
- Распределение запасов
- 50
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 24
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 24
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1818,15 K |
| Температура кипения | 2223,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (13)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,3437 |
| 2 | p | 4,3588 |
| 2 | s | 18,0522 |
| 3 | d | 13,6257 |
| 3 | p | 20,5239 |
| 3 | s | 21,0816 |
| 4 | d | 36,056 |
| 4 | f | 40,366 |
| 4 | p | 33,012 |
| 4 | s | 31,8624 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (5)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 2 | VI | 117 | ||
| 2 | VII | 123 | ||
| 3 | VI | 102 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VIII | 113,4 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | 119,2 | from r^3 vs V plots, |
Типы распада изотопов (58)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 144 | p | — |
| 144 | B+ | — |
| 145 | p | 100% |
| 146 | p | 100% |
| 146 | B+ | — |
| 146 | B+p | — |
| 147 | B+ | 85% |
| 147 | p | 15% |
| 148 | B+ | 100% |
| 148 | B+p | — |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (514)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 0,17918 |
| 10,1617 | — | 0,18356 |
| 10,3261 | — | 0,18805 |
| 10,4931 | — | 0,19265 |
| 10,6628 | — | 0,19737 |
| 10,8353 | — | 0,2022 |
| 11,0106 | — | 0,20714 |
| 11,1886 | — | 0,21221 |
| 11,3696 | — | 0,21741 |
| 11,5535 | — | 0,22273 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
5.2×10-1 milligrams per kilogram
Источники (1)
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
1.7×10-7 milligrams per liter
Источники (1)
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Thulium.
The element property data was retrieved from publications.