Túlio

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Túlio,  69 Tm
Túlio sublimado dendrítico e 1cm3 cube.jpg
Túlio
Pronúncia/ θj l i ə m / ​( THEW -lee-əm )
Aparênciacinza prateado
Peso atômico padrão A r, std (Tm) 168.934 218 (6) [1]
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 Európio Gadolínio Térbio Disprósio Hólmio Érbio Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Irídio Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radônio
Frâncio Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Amerício Curium Berquélio Californium Einsteinium Férmio Mendelévio Nobélio Lourenço Rutherfordium Dúbnio Seaborgium Bohrium Hássio Meitnério Darmstádio Roentgenium Copérnico Nihonium Fleróvio Moscovium Livermório Tennessee Oganesson


Tm

Md
érbiotúlioitérbio
Número atômico ( Z )69
Grupogrupo s/d
Períodoperíodo 6
Quadra  f-bloco
Configuração eletrônica[ Xe ] 4f 13 6s 2
Elétrons por camada2, 8, 18, 31, 8, 2
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido
Ponto de fusão1818  K (1545 °C, 2813 °F)
Ponto de ebulição2223 K (1950 ° C, 3542 ° F)
Densidade (perto  da rt )9,32 g/ cm3
quando líquido (em  mp )8,56 g / cm3
Calor de fusão16,84  kJ/mol
Calor da vaporização191 kJ/mol
Capacidade de calor molar27,03 J/(mol·K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1k 10 mil 100 mil
em  T  (K) 1117 1235 1381 1570 (1821) (2217)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação0, [2] +2, +3 (um  óxido básico )
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: 1,25
Energias de ionização
  • 1º: 596,7 kJ/mol
  • 2º: 1160 kJ/mol
  • 3º: 2285 kJ/mol
Raio atômicoempírico:  176h
Raio covalente190 ± 22h
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de túlio
Outras propriedades
Ocorrência naturalprimordial
Estrutura de cristalhexagonal compacto (hcp)
Estrutura cristalina hexagonal compactada para túlio
Expansão térmicapoli: 13,3 µm/(m⋅K) (à  temperatura ambiente )
Condutividade térmica16,9 W/(m⋅K)
Resistividade elétricapoli: 676 nΩ⋅m (em  rt )
Pedido magnéticoparamagnético (a 300 K)
Suscetibilidade magnética molar+25 500 × 10 −6  cm 3 /mol (291 K) [3]
Módulo de Young74,0 GPa
Módulo de cisalhamento30,5 GPa
Módulo em massa44,5 GPa
Razão de Poisson0,213
Dureza Vickers470–650 MPa
Dureza Brinell470–900 MPa
Número CAS7440-30-4
História
Nomeaçãodepois de Thule , uma região mítica na Escandinávia
Descoberta e primeiro isolamentoPor Teodor Cleve (1879)
Principais isótopos de túlio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
167 Tm sin 9,25 dias ε 167 É
168 Tm sin 93,1 dias ε 168 Er
169 Tm 100% estábulo
170 Tm sin 128,6 dias β- _ 170 Yb
171 Tm sin 1,92 anos β- _ 171 Yb
 Categoria: Túlio
| referências

O túlio é um elemento químico de símbolo Tm e número atômico 69. É o décimo terceiro e penúltimo elemento da série dos lantanídeos . Assim como os demais lantanídeos, o estado de oxidação mais comum é +3, visto em seus óxidos, haletos e outros compostos; como ocorre tão tarde na série, no entanto, o estado de oxidação +2 também é estabilizado pela camada 4f quase cheia que resulta. 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 erbia 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 metal túlio foi obtida pela primeira vez em 1911.

O túlio é o segundo menos abundante dos lantanídeos , depois do promécio radioativamente instável, encontrado apenas em quantidades vestigiais na Terra. É um metal facilmente trabalhável com um brilho cinza-prateado brilhante. É bastante macio e mancha lentamente no 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 de túlio puro tem um brilho prateado e brilhante, que mancha com a exposição ao ar. O metal pode ser cortado com faca, [4] pois possui dureza Mohs de 2 a 3; é maleável e dúctil. [5] Túlio é ferromagnético abaixo de 32  K, antiferromagnético entre 32 e 56  K e paramagnético acima de 56  K. [6]

O túlio tem dois alótropos principais : o α-Tm tetragonal e o β-Tm hexagonal mais estável . [5]

Propriedades químicas

Túlio mancha lentamente no ar e queima facilmente a 150 ° C para formar óxido de túlio (III) :  

4Tm + 3O 2 → 2Tm 2 O 3

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

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

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

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

O túlio dissolve-se facilmente em ácido sulfúrico diluído para formar soluções contendo os íons Tm(III) verde pálido, que existem como complexos [Tm(OH 2 ) 9 ] 3+ : [7]

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

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 . [ citação necessária ] Nesses compostos, o túlio exibe os estados de valência +2 e +3, entretanto, o estado +3 é o mais comum e somente este estado foi observado em soluções de túlio.[8] Túlio existe como um íon Tm(3+) em solução. Nesse estado, o íon túlio é cercado por nove moléculas de água. [4] Os íons Tm 3+ exibem uma luminescência azul brilhante. [4]

O único óxido conhecido do túlio é o Tm 2 O 3 . Este óxido às vezes é chamado de "thulia". [9] Os compostos de túlio(II) roxo-avermelhados podem ser produzidos pela redução de compostos de túlio(III). Exemplos de compostos de túlio(II) incluem os haletos (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 branco-esverdeados. [10] O dicloreto de túlio reage muito vigorosamente com a água . Essa reação resulta emgás hidrogênio e Tm(OH) 3 exibindo uma cor avermelhada desbotada. [ citação necessária ] A combinação de túlio e calcogênios resulta em calcogenetos de túlio . [11]

Túlio reage com cloreto de hidrogênio para produzir gás hidrogênio e cloreto de túlio. Com ácido nítrico produz nitrato de túlio, ou Tm(NO 3 ) 3 . [12]

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 de decaimento antes de 169 Tm são os isótopos do elemento 68 ( érbio ), e os produtos primários depois são os isótopos do elemento 70 ( itérbio ). [13]

Túlio-169 é o único isótopo primordial do túlio e é o único isótopo de túlio que se acredita ser estável; prevê-se que sofra decaimento alfa para hólmio - 165 com uma meia-vida muito longa. [4] [14] 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. [15] Trinta e cinco isótopos e 26 isômeros nucleares de túlio foram detectados. [4] A maioria dos isótopos de túlio mais leves que 169 unidades de massa atômica decai por captura de elétronsou decaimento beta-plus , embora alguns exibam decaimento alfa significativo ou emissão de prótons . Os isótopos mais pesados ​​sofrem decaimento beta-menos . [15]

História

Por Teodor Cleve, o cientista que descobriu o túlio e o hólmio .

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). [16] Cleve começou removendo todos os contaminantes conhecidos de 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 denominada hólmia por Cleve, e a substância verde era o óxido de um elemento desconhecido. Cleve nomeou o óxido de thuliae seu elemento thulium após Thule , um nome de lugar grego antigo associado com a Escandinávia ou Islândia . O símbolo atômico do Túlio já foi Tu, mas foi alterado para Tm. [4] [17] [18] [19] [20] [21] [22]

O túlio era tão raro que nenhum dos primeiros trabalhadores tinha o suficiente para purificar o suficiente para realmente ver a cor verde; eles tiveram que se contentar em observar espectroscopicamente o fortalecimento das duas bandas de absorção características, à medida que o érbio foi progressivamente removido. O primeiro pesquisador a obter túlio quase puro foi Charles James , um expatriado britânico que trabalha em larga escala no New Hampshire College , em Durham , EUA. Em 1911, ele relatou seus resultados, tendo usado seu método descoberto de cristalização fracionada de bromato para fazer a purificação. Ele notoriamente precisou de 15.000 operações de purificação para estabelecer que o material era homogêneo. [23]

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 99% e 99,9% de pureza. O preço por quilo oscilou entre US$ 4.600 e US$ 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 . [24] [25]

Ocorrência

Túlio é encontrado no mineral monazita

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 frequentemente encontrado com minerais contendo ítrio e gadolínio . Em particular, o túlio ocorre no mineral gadolinita . [26] No entanto, como muitos outros lantanídeos , o túlio também ocorre nos minerais monazita , xenotime e euxenita . O túlio ainda não foi encontrado em prevalência sobre as outras terras raras em nenhum mineral ainda. [27] Sua abundância na crosta terrestre é de 0,5 mg/kg em peso e 50 partes por bilhão em mols. O túlio compõe aproximadamente 0,5 partes por milhão de solo , embora esse valor possa variar de 0,4 a 0,8 partes por milhão. Túlio compõe 250 partes por quatrilhão de água do mar . [4] No Sistema Solar , o túlio existe em concentrações de 200 partes por trilhão em peso e 1 parte por trilhão em moles. [12] 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 100.000toneladas . O túlio é o lantanídeo menos abundante na Terra, exceto o promécio radioativo . [4]

Produção

O túlio é extraído principalmente de minérios de monazita (~0,007% de túlio) encontrados em areias de rios, por meio de troca iônica . Novas técnicas de troca iônica e extração de solvente levaram a uma separação mais fácil das terras raras, o que rendeu 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 de cerca de 0,5% (ou cerca de empatado com lutécio por raridade). O metal pode ser isolado por redução de seu óxido com lantânio metálico ou por redução de cálcio em um recipiente fechado. Nenhum dos naturais do túliocompostos são comercialmente importantes. Aproximadamente 50 toneladas por ano de óxido de túlio são produzidas. [4] Em 1996, o óxido de túlio custava US$ 20 por grama e, em 2005, o pó de metal de túlio 99% puro custava US$ 70 por grama. [5]

Aplicativos

Laser

A granada de alumínio de ítrio dopado triplo de hólmio - cromo -túlio ( Ho:Cr:Tm:YAG , ou Ho,Cr,Tm:YAG ) é um material de médio laser ativo com alta eficiência. Ele atinge 2080 nm no infravermelho e é amplamente utilizado em aplicações militares, medicina e meteorologia. Os lasers YAG (Tm:YAG) dopados com túlio de elemento único operam a 2010 nm. [28] O comprimento de onda dos lasers à base de túlio é muito eficiente para ablação superficial do tecido, com mínima profundidade de coagulação no ar ou na água. Isso torna os lasers de túlio atraentes para cirurgias baseadas em laser. [29]

Fonte de raios X

Apesar de seu alto custo, os aparelhos portáteis de raios X utilizam o 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 grandes linhas de emissão de intensidade comparável (a 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 de diagnóstico médico e odontológico, bem como para detectar defeitos em componentes mecânicos e eletrônicos inacessíveis. Essas fontes não precisam de proteção contra radiação extensiva – apenas uma pequena xícara de chumbo. [30] Eles estão entre as fontes de radiação mais populares para uso em radiografia industrial . [31] Túlio-170 está ganhando popularidade como fonte de raios-X para tratamento de câncer via braquiterapia (radioterapia de fonte selada). [32] [33]

Outros

Túlio tem sido usado em supercondutores de alta temperatura de forma semelhante ao ítrio . O túlio potencialmente tem uso em ferritas , materiais magnéticos cerâmicos que são usados ​​em equipamentos de micro -ondas . [30] O túlio também é semelhante ao escândio , pois é usado na iluminação de arco por seu espectro incomum, neste caso, suas linhas de emissão verdes, que não são cobertas por outros elementos. [34] Como o túlio fluoresce com uma cor azul quando exposto à luz ultravioleta , o túlio é colocado em notas de euro como medida contra a falsificação . [35]A fluorescência azul do sulfato de cálcio dopado com Tm tem sido usada em dosímetros pessoais para monitoramento visual da radiação. [4] Os haletos dopados com Tm, nos quais Tm está em seu estado de valência 2+, são materiais luminescentes promissores que podem possibilitar janelas eficientes de geração de eletricidade com base no princípio de um concentrador solar luminescente . [36]

Papel biológico e precauções

Os sais de túlio solúveis são levemente tóxicos , mas os sais de túlio insolúveis são completamente atóxicos . [4] Quando injetado, o túlio pode causar degeneração do fígado e do baço e também pode fazer com que a concentração de hemoglobina flutue. O dano hepático causado pelo túlio é mais prevalente em camundongos machos do que em camundongos fêmeas. Apesar disso, o túlio tem um baixo nível de toxicidade. [ citação necessário ] 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 deas plantas não absorvem túlio, e a matéria seca dos vegetais geralmente contém uma parte por bilhão de túlio. [4] O pó e o de túlio são tóxicos por inalação ou ingestão e podem causar explosões .

Veja também

Referências

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