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No confundir con talio (Tl) o torio (Th) .

Tulio,  69 Tm
Tulio sublimado dendrítico y cubo de 1cm3.jpg
Tulio
Pronunciación/ Θj U l i ə m / ( Thew -lee-əm )
Aparienciagris plateado
Peso atómico estándar A r, std (Tm) 168,934 218 (6) [1]
Tulio en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
-
↑
Tm
↓
Md
erbio ← tulio → iterbio
Número atómico ( Z )69
Grupon / A
Períodoperíodo 6
Cuadra  bloque f
Configuración electronica[ Xe ] 4f 13 6s 2
Electrones por capa2, 8, 18, 31, 8, 2
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido
Punto de fusion1818  K (1545 ° C, 2813 ° F)
Punto de ebullición2223 K (1950 ° C, 3542 ° F)
Densidad (cerca de  rt )9,32 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp )8,56 g / cm 3
Calor de fusión16,84  kJ / mol
Calor de vaporización191 kJ / mol
Capacidad calorífica molar27,03 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa)1101001 k10 k100 k
en  T  (K)1117123513811570(1821)(2217)
Propiedades atómicas
Estados de oxidación0, [2] +2, +3 (un  óxido básico )
ElectronegatividadEscala de Pauling: 1,25
Energías de ionización
  • 1 °: 596,7 kJ / mol
  • 2do: 1160 kJ / mol
  • 3ro: 2285 kJ / mol
Radio atómicoempírico: 176  pm
Radio covalente190 ± 10 pm
Líneas espectrales de tulio
Otras propiedades
Ocurrencia naturalprimordial
Estructura cristalinahexagonal compacta (hcp)
Expansión térmicapoli: 13,3 µm / (m⋅K) (a  rt )
Conductividad térmica16,9 W / (m⋅K)
Resistividad electricapoli: 676 nΩ⋅m (a  rt )
Orden magnéticoparamagnético (a 300 K)
Susceptibilidad magnética molar+25 500 × 10 −6  cm 3 / mol (291 K) [3]
El módulo de Young74,0 GPa
Módulo de corte30,5 GPa
Módulo de volumen44,5 GPa
Relación de Poisson0,213
Dureza Vickers470–650 MPa
Dureza Brinell470–900 MPa
Número CAS7440-30-4
Historia
Nombrardespués de Thule , una región mítica en Escandinavia
Descubrimiento y primer aislamientoPor Teodor Cleve (1879)
Principales isótopos de tulio
IsótopoAbundanciaVida media ( t 1/2 )Modo de decaimientoProducto
167 Tmsyn9,25 díasε167 Er
168 Tmsyn93,1 díasε168 Er
169 Tm100%estable
170 Tmsyn128,6 díasβ -170 Yb
171 Tmsyn1,92 añosβ -171 Yb
Categoría Categoría: Tulio
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El tulio es un elemento químico con el símbolo Tm y el número atómico 69. Es el decimotercer y tercero último elemento de la serie de los lantánidos . Como los otros lantánidos, el estado de oxidación más común es +3, visto en su óxido, haluros y otros compuestos; Sin embargo, debido a que ocurre tan tarde en la serie, el estado de oxidación +2 también es estabilizado por la capa casi completa de 4f resultante. En solución acuosa, como los compuestos de otros lantánidos tardíos, los compuestos solubles de tulio forman complejos de coordinación con nueve moléculas de agua.

En 1879, el químico sueco Per Teodor Cleve separó del erbia óxido de tierras raras otros dos componentes previamente desconocidos, a los que llamó holmia y thulia ; estos eran los óxidos de holmio y tulio, respectivamente. Una muestra relativamente pura de tulio metálico se obtuvo por primera vez en 1911.

El tulio es el segundo menos abundante de los lantánidos , después del prometio radioactivamente inestable que solo se encuentra en pequeñas cantidades en la Tierra. Es un metal fácilmente trabajable con un lustre gris plateado brillante. Es bastante suave y se empaña lentamente en el aire. A pesar de su alto precio y rareza, el tulio se utiliza como fuente de radiación en dispositivos portátiles de rayos X y en algunos láseres de estado sólido . No tiene ningún papel biológico significativo y no es particularmente tóxico.

Propiedades [ editar ]

Propiedades físicas [ editar ]

El tulio puro tiene un brillo plateado brillante, que se empaña con la exposición al aire. El metal se puede cortar con un cuchillo, [4] ya que tiene una dureza Mohs de 2 a 3; es maleable y dúctil. [5] El tulio es ferromagnético por debajo de 32  K, antiferromagnético entre 32 y 56  K y paramagnético por encima de 56  K. [6]

El tulio tiene dos alótropos principales : el α-Tm tetragonal y el β-Tm hexagonal más estable . [5]

Propiedades químicas [ editar ]

El tulio se empaña lentamente en el aire y se quema fácilmente a 150 ° C para formar óxido de tulio (III) : 

4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3

El tulio es bastante electropositivo y reacciona lentamente con agua fría y bastante rápido con agua caliente para formar hidróxido de tulio:

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

El tulio reacciona con todos los halógenos . Las reacciones son lentas a temperatura ambiente, pero vigorosas por encima de 200  ° C:

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

El tulio se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen los iones Tm (III) de color verde pálido, que existen como complejos [Tm (OH 2 ) 9 ] 3+ : [7]

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

El tulio reacciona con varios elementos metálicos y no metálicos formando una gama de compuestos binarios, incluidos TmN, TmS, TmC 2 , Tm 2 C 3 , TmH 2 , TmH 3 , TmSi 2 , TmGe 3 , TmB 4 , TmB 6 y TmB 12 . [ cita requerida ] En esos compuestos, el tulio exhibe estados de valencia +2 y +3, sin embargo, el estado +3 es el más común y solo este estado se ha observado en soluciones de tulio. [8] El tulio existe como un ion Tm 3+ en solución.. En este estado, el ion tulio está rodeado por nueve moléculas de agua. [4] Los iones Tm 3+ exhiben una luminiscencia azul brillante. [4]

El único óxido conocido de tulio es Tm 2 O 3 . Este óxido a veces se llama "thulia". [9] Los compuestos de tulio (II) de color púrpura rojizo pueden obtenerse mediante la reducción de compuestos de tulio (III). Los ejemplos de compuestos de tulio (II) incluyen los haluros (excepto el fluoruro). Algunos compuestos de tulio hidratado, como TmCl 3 · 7H 2 O y Tm 2 (C 2 O 4 ) 3 · 6H 2 O son de color verde o blanco verdoso. [10] El dicloruro de tulio reacciona muy vigorosamente con el agua . Esta reacción da como resultado hidrógenogas y Tm (OH) 3 exhibiendo un color rojizo que se desvanece. [ Cita requerida ] La combinación de tulio y calcógenos resultados en tulio calcogenuros . [11]

El tulio reacciona con el cloruro de hidrógeno para producir gas hidrógeno y cloruro de tulio. Con ácido nítrico se obtiene nitrato de tulio, o Tm (NO 3 ) 3 . [12]

Isótopos [ editar ]

Artículo principal: Isótopos de tulio

Los isótopos de tulio oscilan entre 145 Tm y 179 Tm. El modo de desintegración primario antes del isótopo estable más abundante, 169 Tm, es la captura de electrones , y el modo primario después es la emisión beta . Los productos de desintegración primarios antes de 169 Tm son los isótopos del elemento 68 ( erbio ), y los productos primarios posteriores son los isótopos del elemento 70 ( iterbio ). [13]

El tulio-169 es el único isótopo primordial del tulio y es el único isótopo del tulio que se cree que es estable; se predice que sufrirá una desintegración alfa a holmio -165 con una vida media muy larga. [4] [14] Los radioisótopos de vida más larga son el tulio-171, que tiene una vida media de 1,92 años, y el tulio-170, que tiene una vida media de 128,6 días. La mayoría de los demás isótopos tienen una vida media de unos pocos minutos o menos. [15] Se han detectado 35 isótopos y 26 isómeros nucleares de tulio. [4] La mayoría de los isótopos de tulio más livianos que 169 unidades de masa atómica se desintegran por captura de electrones.o desintegración beta-plus , aunque algunos exhiben una desintegración alfa significativa o una emisión de protones . Los isótopos más pesados ​​sufren desintegración beta-menos . [15]

Historia [ editar ]

El tulio fue descubierto por el químico sueco Per Teodor Cleve en 1879 al buscar impurezas en los óxidos de otros elementos de tierras raras (este fue el mismo método que Carl Gustaf Mosander utilizó anteriormente para descubrir algunos otros elementos de tierras raras). [16] Cleve comenzó eliminando todos los contaminantes conocidos de erbia ( Er 2 O 3 ). Tras un procesamiento adicional, obtuvo dos nuevas sustancias; uno marrón y uno verde. La sustancia marrón era el óxido del elemento holmio y Cleve la llamó holmia, y la sustancia verde era el óxido de un elemento desconocido. Cleve llamó al óxido thuliay su elemento tulio después de Thule , un topónimo griego antiguo asociado con Escandinavia o Islandia . El símbolo atómico de Tulio fue una vez Tu, pero se cambió a Tm. [4] [17] [18] [19] [20] [21] [22]

El tulio era tan raro que ninguno de los primeros trabajadores tenía suficiente para purificarse lo suficiente como para ver realmente el color verde; tenían que contentarse con observar espectroscópicamente el reforzamiento de las dos bandas de absorción características, a medida que se eliminaba progresivamente el erbio. El primer investigador en obtener tulio casi puro fue Charles James , un expatriado británico que trabajaba a gran escala en el New Hampshire College de Durham , EE. UU. En 1911 informó sus resultados, habiendo utilizado su método descubierto de cristalización fraccionada de bromato para realizar la purificación. Se sabe que necesitó 15.000 operaciones de purificación para establecer que el material era homogéneo. [23]

El óxido de tulio de alta pureza se ofreció comercialmente por primera vez a fines de la década de 1950, como resultado de la adopción de la tecnología de separación por intercambio iónico . Lindsay Chemical Division de American Potash & Chemical Corporation lo ofreció en grados de 99% y 99,9% de pureza. El precio por kilogramo osciló entre US $ 4.600 y $ 13.300 en el período de 1959 a 1998 para una pureza del 99,9%, y fue el segundo más alto para los lantánidos detrás del lutecio . [24] [25]

Ocurrencia [ editar ]

El tulio se encuentra en el mineral monacita

El elemento nunca se encuentra en la naturaleza en forma pura, pero se encuentra en pequeñas cantidades en minerales con otras tierras raras. El tulio se encuentra a menudo con minerales que contienen itrio y gadolinio . En particular, el tulio se encuentra en el mineral gadolinita . [26] Sin embargo, el tulio también se encuentra en los minerales monacita , xenotima y euxenita . El tulio no se ha encontrado en predominio sobre las otras tierras raras en ningún mineral todavía. [27] Su abundancia en la corteza terrestre es de 0,5 mg / kg por peso y 50 partes por mil millones por moles . El tulio constituye aproximadamente 0,5 partes por millón desuelo , aunque este valor puede oscilar entre 0,4 y 0,8 partes por millón. El tulio constituye 250 partes por cuatrillón de agua de mar . [4] En el sistema solar , el tulio existe en concentraciones de 200 partes por billón en peso y 1 parte por billón en moles. [12] El mineral de tulio se encuentra con mayor frecuencia en China . Sin embargo, Australia , Brasil , Groenlandia , India , Tanzania y Estados Unidos también tienen grandes reservas de tulio. Las reservas totales de tulio son de aproximadamente 100.000 toneladas . El tulio es el menos abundantelantánido en la tierra a excepción del prometio radiactivo . [4]

Producción [ editar ]

El tulio se extrae principalmente de minerales de monacita (~ 0,007% de tulio) que se encuentran en las arenas de los ríos, mediante intercambio iónico . Las nuevas técnicas de intercambio iónico y extracción por solventes han permitido una separación más fácil de las tierras raras, lo que ha generado costos mucho más bajos para la producción de tulio. Las principales fuentes en la actualidad son las arcillas de adsorción de iones del sur de China. En estos, donde aproximadamente dos tercios del contenido total de tierras raras es itrio, el tulio es aproximadamente el 0,5% (o aproximadamente unido al lutecio por rareza). El metal se puede aislar mediante reducción de su óxido con lantano metálico o mediante reducción de calcio en un recipiente cerrado. Ninguno de los compuestos naturales de tulioson comercialmente importantes. Se producen aproximadamente 50 toneladas por año de óxido de tulio. [4] En 1996, el óxido de tulio costaba 20 dólares EE.UU. el gramo, y en 2005, el polvo de metal de tulio puro al 99% costaba 70 dólares EE.UU. el gramo. [5]

Aplicaciones [ editar ]

El tulio tiene algunas aplicaciones:

Láser [ editar ]

El granate de itrio aluminio de triple dopado de holmio - cromo- tulio (Ho: Cr: Tm: YAG, o Ho, Cr, Tm: YAG) es un material medio láser activo con alta eficiencia. Tiene una duración de 2080 nm en el infrarrojo y se usa ampliamente en aplicaciones militares, medicina y meteorología. Los láseres YAG (Tm: YAG) de un solo elemento dopado con tulio funcionan a 2010 nm. [28] La longitud de onda de los láseres a base de tulio es muy eficaz para la ablación superficial de tejido, con una profundidad de coagulación mínima en el aire o en el agua. Esto hace que los láseres de tulio sean atractivos para la cirugía con láser. [29]

Fuente de rayos X [ editar ]

A pesar de su alto costo, los dispositivos portátiles de rayos X utilizan tulio que ha sido bombardeado con neutrones en un reactor nuclear para producir el isótopo Tulio-170, que tiene una vida media de 128,6 días y cinco líneas de emisión principales de intensidad comparable (a 7,4, 51.354, 52.389, 59.4 y 84.253 keV). Estas fuentes radiactivas tienen una vida útil de aproximadamente un año, como herramientas en el diagnóstico médico y odontológico, así como para detectar defectos en componentes mecánicos y electrónicos inaccesibles. Dichas fuentes no necesitan una protección radiológica extensa, solo una pequeña taza de plomo. [30] Se encuentran entre las fuentes de radiación más populares para su uso en radiografía industrial . [31]El tulio-170 está ganando popularidad como fuente de rayos X para el tratamiento del cáncer mediante braquiterapia ( radioterapia de fuente sellada). [32] [33]

Otros [ editar ]

El tulio se ha utilizado en superconductores de alta temperatura de forma similar al itrio . El tulio tiene uso potencial en ferritas , materiales cerámicos magnéticos que se utilizan en equipos de microondas . [30] El tulio también es similar al escandio en que se utiliza en la iluminación de arco por su espectro inusual, en este caso, sus líneas de emisión verde, que no están cubiertas por otros elementos. [34] Dado que el tulio presenta una fluorescencia de color azul cuando se expone a la luz ultravioleta , el tulio se coloca en los billetes de euro como medida contra la falsificación . [35]La fluorescencia azul del sulfato de calcio dopado con Tm se ha utilizado en dosímetros personales para el control visual de la radiación. [4] Los haluros dopados con Tm en los que Tm se encuentra en su estado de valencia 2+, son materiales luminiscentes prometedores que pueden hacer posible ventanas de generación de electricidad eficientes basadas en el principio de un concentrador solar luminiscente. [36]

Papel biológico y precauciones [ editar ]

Las sales de tulio solubles son levemente tóxicas , pero las sales de tulio insolubles son completamente atóxicas . [4] Cuando se inyecta, el tulio puede causar la degeneración del hígado y el bazo y también puede hacer que la concentración de hemoglobina fluctúe. El daño hepático causado por el tulio es más frecuente en los ratones machos que en las hembras. A pesar de esto, el tulio tiene un bajo nivel de toxicidad. [ cita requerida ] En los seres humanos, el tulio se encuentra en las cantidades más altas en el hígado , los riñones y los huesos . Los seres humanos suelen consumir varios microgramos de tulio al año. Las raices delas plantas no absorben tulio, y la materia seca de las verduras suele contener una parte por mil millones de tulio. [4] Tulio polvo y polvo son tóxicos después de la inhalación o ingestión y pueden causar explosiones .

Ver también [ editar ]

  • Categoría: Compuestos de tulio

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

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