Je enostaven za obdelavo in je srebrno bele barve. Kljub svoji redkosti in visoki ceni se tulij uporablja v naprednih polprevodniških laserjih in kot radioizotop v prenosnih rentgenskih napravah.
1. Zgodovina
Tulij je odkril švedski kemik Per Theodor Kleve kot primes oksidom drugih elementov redkih zemelj (uporabljena je bila metoda, ki jo je za iskanje in izolacijo novih elementov redkih zemelj predlagal Carl Gustav Mozander). Kleve je ločil vse znane nečistoče od erbija, "zemeljskega" (oksidnega) elementa (23). Po dodatnih postopkih je Kleve izoliral dve novi snovi: eno rjavo, drugo zeleno. Rjava je bila zemlja, ki jo je Kleve predlagal poimenovati "holmium" in ustreza elementu holmium, medtem ko je zelena imenoval zemljo "Tullia" in novi element Thule v čast Thule, latinskemu imenu za Skandinavijo.
Tulij je bil tako redek, da ga eden od prvih raziskovalcev ni imel dovolj, da bi ga lahko dovolj izpopolnil, da bi videl zelene barve spojine, so se morali veseliti, že zato, ker so se značilne spektralne črte tulija okrepile, ko je bil erbij postopoma odstranjen iz vzorca. Prvi raziskovalec, ki je pridobil razmeroma čist tulij (tulijev oksid), je bil Charles James s kolidža Durham v New Hampshiru. Leta 1911 je poročal, da mu je frakcijska kristalizacija bromata omogočila izolacijo čistega materiala. Izvedel je 15.000 kristalizacijskih "operacij", da bi ugotovil homogenost svojega materiala.
Tulijev oksid visoke čistosti je prvič postal komercialno dostopen v poznih petdesetih letih 20. stoletja kot posledica izboljšav tehnologij ločevanja z ionsko izmenjavo. Oddelek Lindsay Chemical Division American Potash & Chemical Corporation je ponudil stopnje čistosti 99 % in 99,9 %. Cena za kilogram je nihala med 4.600 in 13.300 ameriškimi dolarji od zdaj do 99,9-odstotno čiste droge, kar je najvišja cena za lantanide za lutecijem.
2. Razširjenost in proizvodnja
Tega elementa v naravi nikoli ne najdemo v prostem stanju, najdemo pa ga v majhnih količinah v mineralih z drugimi redkozemeljskimi elementi. Njegova vsebnost v zemeljski skorji je 0,5 mg/kg. Tulij se v glavnem pridobiva iz monacita (~0,007 % tulija), rude, ki jo najdemo v nekaterih peskih, s tehnologijami ionske izmenjave. Nove tehnologije ionske izmenjave in ekstrakcije z organskimi topili so omogočile učinkovitejšo in enostavnejšo izolacijo tulija ter zmanjšale stroške ekstrakcije. Glavni vir tulija danes so nahajališča gline južne Kitajske. V takšnih mineralih, kjer itrij predstavlja 2/3 celotne redkozemeljske komponente rude, je le 0,5 % tulija. Po izolaciji lahko kovino izoliramo z redukcijo njenega oksida z lantanom ali kalcijem v zaprtem reaktorju pri visokih temperaturah. Po drugi metodi se tulij reducira iz fluorida z metalotermnim kalcijem:
2TmF 3 + 3Ca = 3CaF 2 + 2Tm
3. Kemijske lastnosti
Tulij počasi in pri visoki temperaturi aktivno reagira z atmosferskim kisikom in tvori tulijev (III) oksid:
4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3
Z vodo reagira počasi, vendar se reakcija pospeši s segrevanjem, da nastane hidroksid:
2 Tm + 6 H 2 O → 2 Tm (OH) 3 + 3 H 2 2 Tm + 3 F 2 → 2 TmF 3 [bela sol] 2 Tm + 3 Cl 2 → 2 TmCl 3 [sol rumena barva] 2 Tm + 3 Br 2 → 2 TmBr 3 [bela sol] 2 Tm + 3 I 2 → 2 TmI 3 [rumena sol]
4.2. Viri rentgenskih žarkov
Prenosni rentgenski aparati kljub visokim stroškom uporabljajo kot vir sevanja tulij, ki je bil obsovan z nevtroni v jedrskem reaktorju. Ti viri so bili aktivni približno eno leto kot orodje v mobilnih medicinskih in zobozdravstvenih enotah ter za odkrivanje napak na težko dostopnih mehanskih in elektronskih komponentah. Takšni viri ne zahtevajo resne zaščite pred sevanjem - zadostuje majhen nanos svinca.
5. Biološka vloga in opozorila
Biološka vloga tulija ni znana, čeprav je bilo ugotovljeno, da nekoliko spodbuja presnovo. Topne soli tulija so rahlo strupene, če jih vnesemo v telo v večjih količinah, netopne soli pa niso strupene. Tulija rastlinske korenine ne absorbirajo in zato ne vstopi v človeško prehranjevalno verigo. Zelenjava običajno vsebuje le en miligram tulija na tono suhe teže.)
Literatura
- Slovar izrazov v kemiji / / J. Opeida, O. Schweika. Inštitut za fizikalno organsko kemijo in premogovništvo po imenu L. M. Litvinenka NAS Ukrajine, Doneck Narodna univerza- Donetsk: "Weber", 2008. - 758 str. ISBN 978-966-335-206-0
Elektronska konfiguracija atoma je formula, ki prikazuje razporeditev elektronov v atomu po nivojih in podnivojih. Po študiju članka boste izvedeli, kje in kako se nahajajo elektroni, se seznanili s kvantnimi številkami in lahko zgradili elektronsko konfiguracijo atoma po njegovem številu, na koncu članka je tabela elementov.
Zakaj preučevati elektronsko konfiguracijo elementov?
Atomi so kot konstruktor: obstaja določeno število delov, ki se med seboj razlikujejo, vendar sta dva dela iste vrste povsem enaka. Toda ta konstruktor je veliko bolj zanimiv kot plastični in evo zakaj. Konfiguracija se spreminja glede na to, kdo je v bližini. Na primer kisik poleg vodika morda spremeni v vodo, poleg natrija v plin, poleg železa pa ga popolnoma spremeni v rjo. Da bi odgovorili na vprašanje, zakaj se to zgodi, in napovedali obnašanje atoma poleg drugega, je treba preučiti elektronsko konfiguracijo, o kateri bomo govorili v nadaljevanju.
Koliko elektronov je v atomu?
Atom je sestavljen iz jedra in elektronov, ki krožijo okoli njega, jedro je sestavljeno iz protonov in nevtronov. V nevtralnem stanju ima vsak atom enako število elektronov, kot je število protonov v njegovem jedru. Število protonov je bilo označeno z zaporedno številko elementa, na primer žveplo ima 16 protonov - 16. element periodnega sistema. Zlato ima 79 protonov - 79. element periodnega sistema. V skladu s tem je v žveplu v nevtralnem stanju 16 elektronov, v zlatu pa 79 elektronov.
Kje iskati elektron?
Ob opazovanju obnašanja elektrona so izpeljani določeni vzorci, ki jih opisujejo kvantna števila, skupaj so štiri:
- Glavno kvantno število
- Orbitalno kvantno število
- Magnetno kvantno število
- Spinsko kvantno število
Orbitalno
Nadalje bomo namesto besede orbita uporabljali izraz "orbitala", orbitala je valovna funkcija elektrona, približno - to je območje, v katerem elektron preživi 90% časa.
N - raven
L - školjka
M l - orbitalno število
M s - prvi ali drugi elektron v orbitali
Orbitalno kvantno število l
Kot rezultat študije elektronskega oblaka je bilo ugotovljeno, da ima oblak glede na raven energije štiri glavne oblike: žogo, uteži in drugi dve, bolj zapleteni. V naraščajočem vrstnem redu energije se te oblike imenujejo s-, p-, d- in f-lupine. Vsaka od teh lupin ima lahko 1 (na s), 3 (na p), 5 (na d) in 7 (na f) orbital. Orbitalno kvantno število je lupina, na kateri se nahajajo orbitale. Orbitalno kvantno število za orbitale s, p, d in f ima vrednosti 0, 1, 2 ali 3.
Na s-lupini ena orbitala (L=0) - dva elektrona
Na p-lupini (L=1) so tri orbitale - šest elektronov
Na d-lupini (L=2) je pet orbital - deset elektronov
Na f-lupini je sedem orbital (L=3) - štirinajst elektronov
Magnetno kvantno število m l
Na p-lupini so tri orbitale, označene so s številkami od -L do +L, to je za p-lupino (L=1) orbitale "-1", "0" in "1" . Magnetno kvantno število označujemo s črko m l.
Znotraj lupine se elektroni lažje nahajajo v različnih orbitalah, zato prvi elektroni zapolnijo enega za vsako orbitalo, nato pa se vsaki doda njen par.
Razmislite o d-lupini:
D-lupina ustreza vrednosti L=2, to je pet orbital (-2,-1,0,1 in 2), prvih pet elektronov napolni lupino, pri čemer vrednosti M l =-2, Ml =-1, Ml =0, Ml =1, Ml =2.
Spinsko kvantno število m s
Spin je smer vrtenja elektrona okoli svoje osi, smeri sta dve, zato ima spinsko kvantno število dve vrednosti: +1/2 in -1/2. Samo dva elektrona z nasprotnimi spini sta lahko na istem energijskem podravni. Spinsko kvantno število je označeno z m s
Glavno kvantno število n
Glavno kvantno število je energijski nivo, trenutno poznamo sedem energijskih nivojev, vsak je označen z arabsko številko: 1,2,3,...7. Število lupin na vsaki ravni je enako številki ravni: na prvi ravni je ena lupina, na drugi dve in tako naprej.
Elektronska številka
Torej, vsak elektron lahko opišemo s štirimi kvantnimi števili, kombinacija teh števil je edinstvena za vsako pozicijo elektrona, vzemimo prvi elektron, najnižja raven energije je N=1, ena lupina se nahaja na prvi ravni, prva lupina na kateremkoli nivoju ima obliko krogle (s -lupina), tj. L=0, lahko magnetno kvantno število zavzame samo eno vrednost, M l =0 in spin bo enak +1/2. Če vzamemo peti elektron (v katerem koli atomu je), potem bodo glavna kvantna števila zanj: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2.
Tulij - 69
Tulij (Tm) je redkozemeljski element, atomsko število 69, atomska masa 168,93, tališče 1545 °C, gostota 9,346 g/cm3.
Tulij je dobil ime v čast legendarne države "Thule", ki so jo stari geografi šteli za najsevernejšo deželo, ki v našem času ustreza geografski legi Skandinavskega polotoka. Tulij je bil odkrit leta 1879 s spektroskopijo. Tulij je eden najbolj neznatno pogostih lantanoidov v naravi, poleg tega ga je bilo zelo težko izolirati iz mešanice z drugimi REM. Trajalo je nekaj let, da smo dobili dvajsetodstotni koncentrat tulija in nato povečali vsebnost tulija na 99%. Zdaj je uporabljena kromatografska metoda za ločevanje redkih zemeljskih kovin močno poenostavila in pospešila proizvodnjo tulijevih oksidov in v prihodnosti proizvodnjo čiste kovine. V svoji čisti obliki je bil tulij pridobljen leta 1911.
Tulij je eden najtežjih lantanoidov, njegova gostota je blizu gostote bakra in niklja.
Tulij - srebrno bela mehka
Tulij - srebrno bela mehka, temprana, viskozna kovina, ne oksidira na zraku, pri segrevanju v vlažnem zraku rahlo oksidira. Reagira z mineralnimi kislinami in tvori tulijeve soli. Pri segrevanju reagira s halogeni in dušikom. V naravi je tulij prisoten v mineralih, kot so ksenotim, evksenit, monacit, loparit. Vsebnost v zemeljski skorji je 2,7x10-5% celotne mase. V naravnih in umetnih vrstah surovin je tulijev oksid izjemno redek - v evdialitu - 0,3%, v drugih mineralih pa še manj. Tulij ima 32 umetnih radioaktivnih izotopov z različnimi razpolovnimi dobami. V naravi najdemo samo enega, tulij-169.
PREJEMANJE.
Po obogatitvi naravnih mineralov sledi predelava nastalih koncentratov iz zmesi REM, zaradi česar se tulij koncentrira s težkima lantanidoma - iterbijem in lutecijem. Ločevanje in rafiniranje poteka z ekstrakcijo ali ionsko izmenjevalno kromatografijo z uporabo kompleksonov ( organska snov, ki tvorijo kompleksne spojine s kovinskimi ioni). Kovinski tulij se pridobiva s toplotno redukcijo tulijevega fluorida s TmF3-kalcijem ali tulijevega oksida s Tm2O3-lantanom. Tulij se pridobiva tudi s segrevanjem tulijevih nitratov, sulfatov in oksalatov na zraku na 800-900°C.
UPORABA.
Kljub nizki razširjenosti v naravi in visokih stroških se je tulij v našem času začel relativno široko uporabljati v znanosti in industriji.
Zdravilo. Izotop tulija - tulij-170, ki ima mehko sevanje gama, se uporablja za ustvarjanje diagnostičnih naprav, zlasti za področja človeškega telesa, ki so težko dosegljiva za običajen rentgenski aparat. Ti radiooddajniki z radioaktivnim tulijem so enostavni in enostavni za uporabo v medicinski praksi.
laserski materiali. Ioni tulija se uporabljajo za ustvarjanje infrardečega laserskega sevanja. Hlapi kovinskega tulija se uporabljajo za vzbujanje laserskega sevanja s spremenljivo frekvenco (valovno dolžino). Tulij se uporablja za izdelavo laserskih materialov, pa tudi za izdelavo sintetičnih granatov.
Magnetni mediji. Kovinski tulij se uporablja za proizvodnjo ferrogarnetov za ustvarjanje nosilcev informacij.
TermoEMF materiali. Tulijev monotelurid ima visoko stopnjo termoelektrične moči z visokim izkoristkom toplotnih pretvornikov, vendar široko uporabo tulija kot termoelementov omejuje njegova visoka cena.
Polprevodniki. Tulijev telurid se uporablja kot modifikator za nadzor polprevodniških lastnosti svinčevega telurida.
Jedrska energija. Tulijev borat se uporablja kot dodatek posebnim emajlom za zaščito pred nevtronskim sevanjem.
Superprevodniki. Tulijeve spojine so del materialov visokotemperaturnih superprevodnikov.
Proizvodnja stekla. Tulij je sestavni del različnih oksidnih materialov pri proizvodnji stekla in keramike za katodne cevi.
-
Leta 1879 je švedski kemik Per Theodor Kleve iz Marignacovega »erbija« izoliral še dve »zemlji«, ki ju je poimenoval holmij in tulij (Thule je starorimsko ime za Skandinavijo). Spektri so pokazali, da tulij vsebuje neznan kemični element. Cleve je pozneje uspel pridobiti nekaj soli tega elementa, kar je pokazalo, da so bledo zelene barve. Tako je bil odkrit eden najredkejših elementov, ki so mu pripisali ime Tulij in simbol Tm.
Leta 1911 je T. W. Richards dobil element kot preprosto snov in določil njegovo atomsko maso.Biti v naravi, pridobiti:
Tulij je element v sledovih, njegova vsebnost v zemeljski skorji je 2,7·10 -5% teže. Vključeno v sestavo mineralov: monazit (Ce, La ...) PO 4, bastnäsite (Ce, La, Pr) CO 3 F in drugi. Tulij se izolira iz mešanice elementov redkih zemelj z ionsko kromatografijo ali metodami ekstrakcije, pretvori v oksid in nato v fluorid. Kovinski tulij se pridobiva z redukcijo TmF 3 s kalcijem ali Tm 2 O 3 z lantanom.
Fizične lastnosti:
Je srebrno-siva kovina, je temprana, duktilna in relativno mehka. Gostota 9,321 g / cm 3, t taline. = 1545 °C, t bp = 1950 °C. Naravni tulij je monoizotopni element (tulij-169), umetno pridobljeni izotopi tulija imajo kratke razpolovne dobe (najdaljši tulij-170 je 128,6 dni).
Kemijske lastnosti:
Tulij je precej stabilen na suhem zraku, pri segrevanju kovinski tulij reagira s halogeni, dušikom in vodikom. Odporen na fluor. Reagira z vrelo vodo in tvori Tm(OH) 3 hidroksid in vodik. Tulij reagira z mineralnimi kislinami (razen HF) in tvori tulijeve (III) soli.
V spojinah ima pretežno oksidacijsko stanje +3. Za večino jih je značilna zelenkasta barva različnih odtenkov.Najpomembnejše povezave:
Tulijev(III) oksid, Tm 2 O 3 , lahko dobimo s previdno dehidracijo Tm(OH) 3 hidroksida, razgradnjo tulijevega nitrata ali oksalata. Svetlo zeleni kristali, netopni v vodi.
Tulijev(III) hidroksid, Tm(OH) 3 , amorfna snov, netopna v vodi. Lahko ga pridobimo z reakcijo izmenjave iz topnih tulijevih(III) soli. S kislinami tvori tulijeve (III) soli.
Tulijev (III) fluorid, TmF 3 - brezbarvni kristali, netopni, pridobljeni z reakcijami izmenjave ali z delovanjem plinastega HF na tulijev (III) oksid
Tulijev(III) klorid, TmCl 3 - rumeni kristali, topni, tvorijo kristalni TmCl 3 * 7H 2 O - zelenkasti kristali. Segrevanje kristalnega hidrata spremlja hidroliza s tvorbo tulijevega oksoklorida TmOCl. Močne redukcijske snovi (alkalijske kovine) lahko pretvorimo v tulijev(II) klorid, ki ga voda in kisik zlahka oksidirata.
Tulijev(III) nitrat, Tm(NO 3) 3, zelenkasti kristali, dobro topni v vodi, tvorijo kristalinični hidrat sestave Tm(NO 3) 3 5H 2 O.
Brezvodno sol dobimo z delovanjem dušikovega oksida (IV) na tulijev (III) oksid ali kovinski tulij:
Tm + 2N 2 O 4 = Tm(NO 3) 3 + 3NO
Tulijev (III) sulfat Tm 2 (SO 4) 3 , zeleni kristali. Raztopi se v vodi in tvori kristalni hidrat sestave Tm 2 (SO 4) 3 9H 2 O.Uporaba:
Tulij se uporablja kot aktivator nekaterih fosforjev in laserskih materialov ter se uporablja pri sintezi umetnih granatov. Omejeno se uporablja pri proizvodnji termoelektričnih in magnetnih materialov.
Radioaktivni izotop tulij-170 se uporablja kot vir sevanja v prenosnih rentgenskih napravah (mehko sevanje gama) in detektorjih napak. Delovna snov v njih je tulijev(III) oksid.Viri: 1. Odkritje elementov in izvor njihovih imen. Tulij
2. Priljubljena knjižnica kemični elementi Založba "Science", 1977.(Tulij; iz latinskega imena Skandinavije - Thule), Tm - kemični element III. skupine periodnega sistema elementov; pri. n. 69, pri. m 168.9342; spada med redke zemeljske elemente. Svetlo siva kovina. V spojinah ima oksidacijsko stopnjo +3 (>3). Znan od masna števila od 165 do 175. Od teh je izotop 170Tm praktičnega pomena. Tulij je odkril (1879) Šved, kemik P. Kleve.
Kovinski tulij je prvi pridobil Amer. znanstvenika F. Spedding in A. Daan. Vsebnost tulija v zemeljski skorji je 8·10 -5%. Evksenit je tudi glavni mineral za pridobivanje tulija. Kristalna mreža tulija je heksagonalna tesno pakirana vrsta magnezija, z obdobji a = 3,5374 A in c = 5,558 A. Gostota (t-ra 25 ° C) 9,314 g / cm3; tal. 1545°С; vrelišča 1727°С; koeficient toplotnega raztezanja 13,3-10-6 stopinj; toplotna kapaciteta 6,46 cal/g atom deg; električni upor 90 mikrohm-cm; točka 22 K; delo izhoda elektronov 3,12 eV. Modul norme, elastičnost 7710 kgf / mm2; strižni modul 3100 kgf / mm2; koeficient Poisson 0,235; HB = 55 (kovina 99,0%).
Tulij se zlahka poda strojna obdelava. kemično aktivna. Na zraku močno oksidira. Prav tako ustvarja povezave z mnogimi drugimi. elementi. Tulij dobimo z metalotermično redukcijo oksidov z lantanom pri temperaturi 1000-1500 ° C. Za pridobitev čiste kovine se tulij destilira. Tulij se proizvaja v obliki majhnih ingotov. Izotop 170Тm najde uporabo v prenosnih rentgenskih prosojnih napravah.
Lit .: Gerasimovski V. I. Geokemija elementov redkih zemelj. V: Redkozemeljski elementi (Pridobivanje, analiza, uporaba).
Članek na temo kemični element tulija
Defektoskopija. Radioaktivni izotop tulij-170 se uporablja za odkrivanje napak lahkih barvnih kovin in njihovih zlitin ter tankih jeklenih plošč debeline do 2 mm. Aluminijasti izdelki do debeline 70 mm so zlahka prosojni z izotopom tulija-170, kar omogoča iskanje najmanjših napak v njih. V tem primeru se uporablja fotoelektrična naprava, ki uporablja sevanje tulija gama in daje visokokontrastno sliko predmeta preiskave. Tulij-170 pripravimo z obsevanjem tulijevega oksida z nevtroni, ki ga damo v aluminijasto ampulo in nato uporabimo z njo.