Thulium (Tm)
lanthanideSolid
Nguyên tử khối chuẩn
168,93422 uCấu hình electron
[Xe] 6s2 4f13Nhiệt độ nóng chảy
1544,85 °CNhiệt độ sôi
1949,85 °CKhối lượng riêng
9320 kg/m³Trạng thái oxi hóa
0, +1, +2, +3Độ âm điện (Pauling)
1,25Năng lượng ion hóa (lần 1)
6,184402 eVNăm phát hiện
1879Bán kính nguyên tử
175 pmChi tiết
Thulium is a lanthanide rare-earth metal and the least abundant stable lanthanide in Earth’s crust. It is chemically typical of the series, forming mainly Tm³⁺ compounds with a high affinity for oxygen and halogens. The element is not scarce enough to be unattainable, but it is dispersed and difficult to separate from neighboring lanthanides. Its technological importance is concentrated in isotope sources, specialty lasers, and optical materials rather than bulk structural use.
Thulium can be isolated by reduction of the oxide with lanthanum metal or by calcium reduction of a closed container. The element is silver-gray, soft, malleable, and ductile, and can be cut with a knife. Twenty five isotopes are known, with atomic masses ranging from 152 to 176. Natural thulium, which is 100% 169Tm, is stable.
The name derives from Thule, the earliest name for the northernmost part of the civilized world—Scandinavia. It was discovered in 1879 by the Swedish chemist Per Theodor Cleve in a sample of erbium mineral. Thulium was first isolated by the American chemist Charles James in 1911.
Thulium was discovered by Per Theodor Cleve, a Swedish chemist, in 1879. Cleve used the same method Carl Gustaf Mosander used to discover lanthanum, erbium and terbium, he looked for impurities in the oxides of other rare earth elements. He started with erbia, the oxide of erbium (Er2O3), and removed all of the known contaminants. After further processing, he obtained two new materials, one brown and the other green. Cleve named the brown material holmia and the green material thulia. Holmia is the oxide of the element holmium and thulia is the oxide of the element thulium. Today, thulium is primarily obtained through an ion exchange process from monazite sand ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), a material rich in rare earth elements that can contain as much as 0.007% thulium.
Named after Thule, the earliest name for Scandinavia. Discovered in 1879 by Cleve. Thulium occurs in small quantities along with other rare earths in a number of minerals. It is obtained commercially from monazite, which contains about 0.007% of the element. Thulium is the least abundant of the rare earth elements, but with new sources recently discovered, it is now considered to be about as rare as silver,gold, or cadmium.
Pure thulium is a soft, malleable, silvery metal. It slowly tarnishes in air as oxide forms on the surface and reacts more readily when heated. Like many lanthanides, it can be cut with a knife and is normally stored to limit oxidation.
Thulium has specialized uses where its nuclear or optical properties are useful. Neutron-activated ¹⁷⁰Tm produces ¹⁷⁰Tm, a portable gamma and X-ray source formerly used in industrial radiography and still of technical interest where compact sealed sources are suitable. Thulium-doped yttrium aluminium garnet, commonly written Y₃Al₅O₁₂:Tm, and other host crystals are used in solid-state lasers near the two-micrometre infrared region. Thulium-doped silica fibers are also used in fiber lasers and amplifiers. Small amounts may be used in research alloys and magnetic studies, but there is no large-volume elemental application.
Thulium is the least abundant of the naturally occurring rare earth elements. Metallic thulium is relatively expensive and has only recently become available. It currently has no commercial applications, although one of its isotopes, thulium-169, could be used as a radiation source for portable X-ray machines.
Thulium forms no commercially important compounds. Some of thulium's compounds include: thulium oxide (Tm2O3), thulium fluoride (TmF3) and thulium iodide (TmI3).
Because of the relatively high price of the metal, thulium has not yet found many practical applications. 169Tm bombarded in a nuclear reactor can be used as a radiation source in portable X-ray equipment. 171Tm is potentially useful as an energy source. Natural thulium also has possible use in ferrites (ceramic magnetic materials) used in microwave equipment, and can be used for doping fiber lasers. As with other lanthanides, thulium has a low-to-moderate acute toxic rating. It should be handled with care.
Isotopes in Industry
170Tm (with a half-life of about 130 days) is used in the petrochemical industry for industrial radiography to test welds in pipes and tanks [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)..
Isotopes in Medicine
167Tm (with a half-life of 9.2 days) is useful for tumor and bone studies [487] F. Tárkányi, A. Hermanne, S. Takács, B. Király, I. Spahn, A. V. Ignatyuk. Appl. Radiat. Isot.68, 250 (2010).. Stable 169Tm can be bombarded in a nuclear reactor to create 170Tm, via the 169Tm (n, γ) 170Tm reaction, which emits X-rays and has been used in portable X-ray equipment as a radiation source [488] D. Granero, J. Pérez-Calatayud, F. Ballester, A. J. Bos, J. Venselaar. Radiat. Prot. Dosimetry118, 11 (2006).. 170Tm has been used in high-dose-rate (HDR) brachytherapy [489] F. Ballester, D. Granero, J. Perez-Calatayud, J. L. Venselaar, M. J. Rivard. Med. Phys.37, 1629 (2010). and for use in radiosynovectomy of medium sized joints (Fig. 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)..
Thulium chemistry is dominated by the +3 oxidation state. Thulium(III) oxide, Tm₂O₃, is the common oxide and is a useful starting material for preparing other salts and optical ceramics. Thulium(III) chloride, TmCl₃, and thulium(III) fluoride, TmF₃, are representative halides; the fluoride is sparingly soluble and useful in separations and fluoride materials. A +2 state is known in some strongly reducing solid compounds, but it is much less stable than Tm³⁺ in ordinary aqueous chemistry. In solution, Tm³⁺ salts are typically pale green to nearly colorless depending on concentration and ligand field.
See more information at the Thulium compound page.
Metallic thulium has low acute chemical toxicity compared with many heavy metals, but fine powder is a fire hazard and can react with air or moisture. Soluble thulium salts should be handled as toxic laboratory chemicals because rare-earth ions can affect biological processes at elevated exposure. Radioactive ¹⁷⁰Tm presents an external radiation hazard and an internal hazard if contamination occurs; sealed sources require isotope-specific controls.
Thulium occurs naturally only as a minor constituent of rare-earth minerals, especially minerals that contain the heavy lanthanides. Weathering releases it mainly as Tm³⁺, which tends to bind to clays, oxides, phosphates, and organic matter rather than remain highly mobile. It has no known biological role. Environmental concentrations are usually very low, so ecological effects are mainly a concern near rare-earth mining, processing, or disposal sites.
Thulium is obtained as a by-product of rare-earth extraction rather than mined for its own sake. Sources include ion-adsorption clays and minerals such as monazite and xenotime that contain small fractions of heavy rare earths. Separation relies on solvent extraction, ion exchange, and conversion through oxide or salt intermediates, with cost driven more by separation complexity than by absolute crustal scarcity. Demand is small and specialized, so supply is tied to broader rare-earth processing rather than an independent commodity chain. Recycling is limited because applications use small amounts in dispersed devices or sealed sources.
Found with other rare earths in the minerals gadolinite, euxenite, xenotime, and monazite. Monazite is often 50% rare earth by weight and 0.007% thulium.
Thulium is a rare cosmic element produced mainly by neutron-capture processes in evolved stars and stellar explosions. Its odd atomic number and position among the heavy lanthanides make it much less abundant than lighter rock-forming elements and less abundant than several neighboring rare earths. In planets and meteorites it follows refractory lithophile behavior and partitions with other rare-earth elements rather than forming native metal.
- Thulium is the least abundant lanthanide that has a stable isotope.
- Natural thulium is essentially all ¹⁶⁹Tm.
- ¹⁷⁰Tm can be made by neutron irradiation of ¹⁶⁹Tm.
- Thulium was named after Thule, a classical name associated with the far north.
- Despite its rarity among lanthanides, thulium is more abundant in Earth’s crust than silver.
Hình ảnh
Tính chất
Vật lý
- Bán kính nguyên tử (thực nghiệm)
- 175 pm So sánh Bán kính nguyên tử (thực nghiệm) của tất cả nguyên tố →
- Bán kính cộng hóa trị
- 190 pm So sánh Bán kính cộng hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Bán kính van der Waals
- 227 pm So sánh Bán kính van der Waals của tất cả nguyên tố →
- Khối lượng riêng
- 9320 kg/m³ So sánh Khối lượng riêng của tất cả nguyên tố →
- Thể tích mol
- 0,0181 L/mol
- Pha ở STP
- Rắn So sánh Pha ở STP của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ nóng chảy
- 1544,85 °C So sánh Nhiệt độ nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ sôi
- 1949,85 °C So sánh Nhiệt độ sôi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung riêng
- 0,16 J/(g·K) So sánh Nhiệt dung riêng của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung mol
- 27,03 J/(mol·K) So sánh Nhiệt dung mol của tất cả nguyên tố →
- Cấu trúc tinh thể
- Lục phương xếp chặt So sánh Cấu trúc tinh thể của tất cả nguyên tố →
Hóa học
- Độ âm điện (Pauling)
- 1,25 So sánh Độ âm điện (Pauling) của tất cả nguyên tố →
- Ái lực electron
- 1,029 eV
- Năng lượng ion hóa (lần 1)
- 6,184402 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 1) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 2)
- 12,065042 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 2) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 3)
- 23,660081 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 3) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 4)
- 42,410146 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 4) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 5)
- 65,400225 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 5) của tất cả nguyên tố →
- Trạng thái oxi hóa
- 0, +1, +2, +3 So sánh Trạng thái oxi hóa của tất cả nguyên tố →
- Electron hóa trị
- 3 So sánh Electron hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Cấu hình electron
- [Xe] 6s2 4f13
Nhiệt động lực học
- Nhiệt nóng chảy
- 0,12437166 eV So sánh Nhiệt nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt hóa hơi
- 1,979582 eV So sánh Nhiệt hóa hơi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt thăng hoa
- 2,404519 eV
- Nhiệt nguyên tử hóa
- 2,404519 eV
- Enthalpy nguyên tử hóa
- 2,406592 eV
Hạt nhân
- Proton
- 69 So sánh Proton của tất cả nguyên tố →
- Neutron
- 100 So sánh Neutron của tất cả nguyên tố →
- Các đồng vị đã biết
- 39 So sánh Các đồng vị đã biết của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền
- 1 So sánh Đồng vị bền của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền nhất
- Tm-169
- Năm phát hiện
- 1879
Độ phổ biến
- Độ phổ biến (vỏ Trái Đất)
- 0,52 mg/kg So sánh Độ phổ biến (vỏ Trái Đất) của tất cả nguyên tố →
- Độ phổ biến (đại dương)
- 1,7 × 10−7 mg/L So sánh Độ phổ biến (đại dương) của tất cả nguyên tố →
Cấu trúc tinh thể
- Hằng số mạng a
- 354 pm
Cấu trúc electron
- Số electron trong mỗi lớp
- 2, 8, 18, 31, 8, 2 So sánh Số electron trong mỗi lớp của tất cả nguyên tố →
Mã định danh
- Số CAS
- 7440-30-4 So sánh Số CAS của tất cả nguyên tố →
- Ký hiệu số hạng
- 2F°7/2
- InChI
- InChI=1S/Tm
- Khóa InChI
- FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N
Cấu hình electron Đo đạc
Tm: 4f¹³ 6s²[Xe] 4f¹³ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹³ 6s²Mô hình nguyên tử
Các đồng vị khác nhau về số neutron, khối lượng và độ bền — không khác nhau về cấu hình electron của nguyên tử trung hòa.
Mô hình nguyên tử minh họa, không theo tỷ lệ.
Dấu vân tay nguyên tử
Phổ phát xạ / hấp thụ
Phân bố đồng vị
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã |
|---|---|---|---|
| 169 Bền | 168,9342179 ± 0,0000022 | 100,0000% | Bền |
Pha / Trạng thái
Lý do: thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (1544,85 °C) một lượng 1519,8 °C
Sơ đồ minh họa, không theo tỷ lệ
Điểm chuyển pha
Năng lượng chuyển pha
Năng lượng cần để làm nóng chảy 1 mol tại nhiệt độ nóng chảy
Năng lượng cần để hóa hơi 1 mol tại nhiệt độ sôi
Năng lượng cần để làm thăng hoa 1 mol tại nhiệt độ thăng hoa
Khối lượng riêng
Ở điều kiện chuẩn
Ở điều kiện chuẩn
Phổ nguyên tử
Đang hiển thị 10 trên 69. Sắp xếp theo điện tích ion (tăng dần).
Dữ liệu vạch phổ ?
| Ion | Điện tích | Tổng số vạch | Xác suất chuyển mức | Ký hiệu mức năng lượng |
|---|---|---|---|---|
| Tm I | 0 | 538 | 408 | 525 |
| Tm II | +1 | 267 | 13 | 13 |
| Tm III | +2 | 186 | 0 | 0 |
Dữ liệu mức năng lượng ?
| Ion | Điện tích | Mức năng lượng |
|---|---|---|
| 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 |
Bán kính ion
| Điện tích | Phối trí | Spin | Bán kính |
|---|---|---|---|
| +2 | 6 | Không có | 103 pm |
| +2 | 7 | Không có | 109.00000000000001 pm |
| +3 | 6 | Không có | 88 pm |
| +3 | 8 | Không có | 99.4 pm |
| +3 | 9 | Không có | 105.2 pm |
Hợp chất
Đồng vị (1)
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã | Kiểu phân rã | |
|---|---|---|---|---|---|
| 169 Bền | 168,9342179 ± 0,0000022 | 100,0000% | Bền | stable |
Tính chất mở rộng
Bán kính cộng hóa trị (mở rộng)
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö)
- 164 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết đôi)
- 131 pm
Bán kính van der Waals
- Alvarez
- 279 pm
- UFF
- 337,4 pm
- MM3
- 267 pm
Bán kính nguyên tử và kim loại
- Bán kính nguyên tử (Rahm)
- 271 pm
Các thang đánh số
- Mendeleev
- 37
- Pettifor
- 22
- Glawe
- 20
Các thang độ âm điện
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 6
- Robles–Bartolotti
- 5
Độ phân cực hóa và tán sắc
- Độ phân cực hóa lưỡng cực
- 144 a.u.
- Độ phân cực hóa lưỡng cực (độ không đảm bảo)
- 15 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 2020 Ha·Bohr6
Thông số Miedema
- Thể tích mol Miedema
- 18,12 cm3/mol
- Mật độ electron Miedema
- 2
Rủi ro nguồn cung và kinh tế
- Mức độ tập trung sản xuất
- 97
- Rủi ro nguồn cung tương đối
- 10
- Phân bố trữ lượng
- 50
- Ổn định chính trị (quốc gia sản xuất lớn nhất)
- 24
- Ổn định chính trị (quốc gia có trữ lượng lớn nhất)
- 24
Chuyển pha và các dạng thù hình
| Nhiệt độ nóng chảy | 1818,15 K |
| Nhiệt độ sôi | 2223,15 K |
Phân loại trạng thái oxi hóa
Dữ liệu tham khảo chuyên sâu
Hằng số chắn (13)
| n | Orbital | 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 |
Chi tiết bán kính tinh thể (5)
| Điện tích | CN | Spin | rcrystal (pm) | Nguồn gốc |
|---|---|---|---|---|
| 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, |
Các kiểu phân rã đồng vị (58)
| Đồng vị | Chế độ | Cường độ |
|---|---|---|
| 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 | — |
Hệ số tán xạ tia X (514)
| Năng lượng (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 |
Dữ liệu bổ sung
Estimated Crustal Abundance
The estimated element abundance in the earth's crust.
5.2×10-1 milligrams per kilogram
Tài liệu tham khảo (1)
Estimated Oceanic Abundance
The estimated element abundance in the earth's oceans.
1.7×10-7 milligrams per liter
Tài liệu tham khảo (1)
Tài liệu tham khảo
(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.