Тулий
Ту́лий (химический символ — Tm, от лат. Thulium) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — третьей группы побочной подгруппы, IIIB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 69.
Тулий | ||||
---|---|---|---|---|
← Эрбий | Иттербий → | ||||
| ||||
Внешний вид простого вещества | ||||
Очищенный образец тулия |
||||
Свойства атома | ||||
Название, символ, номер | Тулий / Thulium (Tm), 69 | |||
Группа, период, блок |
3 (устар. 3), 6, f-элемент |
|||
Атомная масса (молярная масса) |
168,93421(2)[1] а. е. м. (г/моль) | |||
Электронная конфигурация | [Xe] 6s24f13 | |||
Радиус атома | 177 пм | |||
Химические свойства | ||||
Ковалентный радиус | 156 пм | |||
Радиус иона | (+3e) 87 пм | |||
Электроотрицательность | 1,25 (шкала Полинга) | |||
Электродный потенциал |
Tm←Tm3+ -2,32 В Tm←Tm2+ -2,3 В |
|||
Степени окисления | +2, +3 | |||
Энергия ионизации (первый электрон) |
589,0 (6,10) кДж/моль (эВ) | |||
Термодинамические свойства простого вещества | ||||
Плотность (при н. у.) | 9,321 г/см³ | |||
Температура плавления | 1818 K | |||
Температура кипения | 2220 K | |||
Уд. теплота испарения | 232 кДж/моль | |||
Молярная теплоёмкость | 27,0[2] Дж/(K·моль) | |||
Молярный объём | 18,1 см³/моль | |||
Кристаллическая решётка простого вещества | ||||
Структура решётки | Гексагональная | |||
Параметры решётки | a=3,540 c=5.56 Å | |||
Отношение c/a | 1,570 | |||
Прочие характеристики | ||||
Теплопроводность | (300 K) (16,9) Вт/(м·К) | |||
Номер CAS | 7440-30-4 |
69 | Тулий |
4f136s2 |
Относится к семейству «Лантаноиды».
Простое вещество тулий — это легко обрабатываемый редкоземельный металл серебристо-белого цвета.
История
Тулий был открыт шведским химиком Пер Теодором Клеве в 1879 году при поиске примесей к оксиду эрбия Er2O3[3][4][5]. Этот же метод ранее позволил К. Г. Мосандеру открыть другие редкоземельные элементы. При выделении примесей Клеве получил два окисла — коричневый оксид гольмия и зелёный оксид тулия[6]. В 1911 году Т. У. Ричардс получил элемент в чистом виде и измерил его атомный вес.
Происхождение названия
Выделив оксид неизвестного элемента, шведский химик Пер Теодор Клеве дал ему название «Thulium» в честь расположенного на севере Европы легендарного острова Туле (от др.-греч. Θούλη, а также от лат. Thule). Причём в написании «Thullium» ошибочно использовал две согласные[7].
Физические свойства
Полная электронная конфигурация атома тулия: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f13
Тулий — мягкий редкоземельный металл серебристо-белого цвета. Не радиоактивен. Является парамагнетиком[8].
Получение
Металлический тулий получают металлотермическим восстановлением трифторида тулия при помощи металлического кальция:
Распространённость в природе
Тулий является редким элементом (самым редким из лантаноидов)[7], его содержание в земной коре — 2,7⋅10−5 масс. %, в морской воде — 10−7 мг/литр[2]. Наряду с другими редкоземельными элементами тулий присутствует в таких минералах, как ксенотим, эвксенит, монацит, лопарит и некоторых других.
Изотопы
Изотоп тулий-170 применяется для изготовления портативных рентгеновских установок медицинского назначения[7], а также в металлодефектоскопии[10]. Сравнительно недавно он предложен в качестве топлива в радиоизотопных источниках энергии.
Применение
Магнитные носители информации
Производство феррогранатов для получения ЦДМ (носители информации).
Лазерные материалы
Ионы тулия применяются для генерации инфракрасного излучения с длиной волны — 1,91 мкм. Кроме того, пары металлического тулия используются для возбуждения лазерного излучения с перестраиваемой длиной волны (частотой).
Термоэлектрические материалы
Монотеллурид тулия обладает очень высокой термо-э.д.с (700 мкВ/К), и КПД термоэлектропреобразователей, изготовленных на его основе, очень высок (при снижении цены на тулий его применение в производстве термоэлементов резко возрастет). Кроме того, теллурид тулия применяется для регулирования полупроводниковых свойств теллурида свинца (модификатор).
Ядерная энергетика
Борат тулия применяется в атомной технике (специальные эмали).
Биологическая роль
Тулий не играет никакой биологической роли, хотя известно, что он стимулирует обмен веществ[11]. Растворимые соли тулия являются малотоксичными, но нерастворимые соединения нетоксичны. Элемент практически не усваивается растениями и, следовательно, не может попасть в пищевую цепь[11]. Среднее содержание тулия в растениях составляет около 1 мг на тонну сухого веса[11].
Цены
Цена металлического тулия чистотой >99,9 % составляет примерно 2,2 тыс. долларов за 1 кг, цена оксида тулия чистотой 99,9 % — 1,1 тыс. долларов за 1 кг[12].
Примечания
- Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
- Химическая энциклопедия: в 5-ти тт / Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.). — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 16.
- Cleve, P. T. (1879). “Sur deux nouveaux éléments dans l'erbine” [Two new elements in the oxide of erbium]. Comptes rendus [фр.]. 89: 478—480.
- Cleve, P. T. (1879). “Sur l'erbine” [On the oxide of erbium]. Comptes rendus [фр.]. 89: 708—709.
- Cleve, P. T. (1880). “Sur le thulium” [On thulium]. Comptes rendus [фр.]. 91: 328—329.
- Рич, 1985, с. 41—42.
- Леенсон, 2016, с. 48.
- Коллектив авторов, 1985, с. 588.
- Реми, 1966, с. 535.
- Коллектив авторов, 1985, с. 590.
- John Emsley. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements (англ.). — US: Oxford University Press, 2001. — P. 442—443. — ISBN 0-19-850341-5.
- Цены на тулий и его соединения
Литература
- Коллектив авторов. Свойства элементов: Справ. изд. / Под ред. Е. М. Дрица. — М.: Металлургия, 1985. — 672 с.
- Леенсон И. А. Химические элементы за 60 секунд. — М.: АСТ, 2016. — 160 с. — (70 фактов). — ISBN 978-5-17-096039-2.
- Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Мир, 1966. — Т. 2. — 838 с.
- Рич В. И. В поисках элементов. — М.: Химия, 1985. — 168 с.