יסוד נדיר קסום של אדמה: תוליום

המספר האטומי שליסוד התוליוםהוא 69 ומשקלו האטומי הוא 168.93421. התכולה בקרום כדור הארץ היא שני שלישים מ-100000, שהוא היסוד הפחות נפוץ מבין יסודות אדמה נדירים. הוא קיים בעיקר בעפרות איטריום סיליקון בריליום, עפרות זהב אדמה נדירה שחורה, עפרות איטריום זרחן ומונאזיט. חלק המסה של יסודות אדמה נדירים במונאזיט מגיע בדרך כלל ל-50%, כאשר תוליום מהווה 0.007%. האיזוטופ היציב הטבעי הוא רק תוליום 169. נמצא בשימוש נרחב במקורות אור לייצור חשמל בעוצמה גבוהה, לייזרים, מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה ותחומים אחרים.

גילוי היסטוריה

התגלה על ידי: PT Cleve

התגלה בשנת 1878

לאחר שמוסנדר הפריד אדמת ארביום ואדמת טרביום מאדמת איטריום בשנת 1842, כימאים רבים השתמשו בניתוח ספקטרלי כדי לזהות ולקבוע שאלו אינן תחמוצות טהורות של יסוד, מה שעודד כימאים להמשיך להפריד ביניהן. לאחר ההפרדהתחמוצת איטרביוםותחמוצת סקנדיוםבשנת 1879, בשנת 1879, הפריד קליף שתי תחמוצות יסוד חדשות מפיתיון מחומצן. אחת מהן נקראה תוליום לזכר מולדתו של קליף בחצי האי הסקנדינבי (ת'וליה), עם סמל היסוד Tu וכעת Tm. עם גילוי התוליום ויסודות אדמה נדירים אחרים, הושלם המחצית השנייה של השלב השלישי בגילוי יסודות אדמה נדירים.

תצורת אלקטרונים

תצורת אלקטרונים
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f13

מַתֶכֶת

תוליוםהיא מתכת לבנה כסופה בעלת גמישות וניתנת לחתיכה בעזרת סכין בשל מרקמה הרך; נקודת התכה 1545 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה 1947 מעלות צלזיוס, צפיפות 9.3208.

תוליום יציב יחסית באוויר;תחמוצת תוליוםהוא גביש ירוק בהיר. תחמוצות מלח (מלח דו-ערכי) הן כולן בצבע ירוק בהיר.

בַּקָשָׁה

למרות שתוליום הוא די נדיר ויקר, עדיין יש לו כמה יישומים בתחומים מיוחדים.

מקור אור פריקה בעוצמה גבוהה

תוליום מוחדר לעתים קרובות למקורות אור פריקה בעוצמה גבוהה בצורת הלידים בעלי טוהר גבוה (בדרך כלל תוליום ברומיד), במטרה לנצל את הספקטרום של תוליום. 

לייזר

לייזר דופק במצב מוצק מסוג איטריום גרנט (Ho:Cr:Tm:YAG) מסומם בתוליום (3D) ניתן לייצר באמצעות יון תוליום, יון כרום ויון הולמיום בגרנט אלומיניום איטריום, שיכול לפלוט אורך גל של 2097 ננומטר; הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים צבאיים, רפואיים ומטאורולוגיים. אורך הגל של הלייזר הנפלט מלייזר דופק במצב מוצק מסוג איטריום גרנט (Tm:YAG) מסומם בתוליום נע בין 1930 ננומטר ל-2040 ננומטר. אבלציה על פני הרקמות יעילה מאוד, מכיוון שהיא יכולה למנוע קרישה עמוקה מדי באוויר ובמים. זה הופך את לייזרי התוליום לבעלי פוטנציאל גדול ליישום בניתוחי לייזר בסיסיים. לייזר תוליום יעיל מאוד באבלציה של משטחי רקמות בשל האנרגיה הנמוכה שלו וכוח החדירה שלו, ויכול להיקרש מבלי לגרום לפצעים עמוקים. זה הופך את לייזרי התוליום לבעלי פוטנציאל גדול ליישום בניתוחי לייזר.

לייזר מסומם תוליום

מקור רנטגן

למרות העלות הגבוהה, מכשירי רנטגן ניידים המכילים תוליום החלו להיות בשימוש נרחב כמקורות קרינה בתגובות גרעיניות. מקורות קרינה אלה בעלי אורך חיים של כשנה וניתן להשתמש בהם ככלי אבחון רפואיים ודנטליים, כמו גם ככלי לגילוי פגמים ברכיבים מכניים ואלקטרוניים שקשה להגיע אליהם על ידי כוח אדם. מקורות קרינה אלה אינם דורשים הגנה משמעותית מפני קרינה - נדרשת רק כמות קטנה של עופרת. השימוש בתוליום 170 כמקור קרינה לטיפול בסרטן בטווח קרוב הולך וגובר. לאיזוטופ זה זמן מחצית חיים של 128.6 ימים וחמישה קווי פליטה בעוצמה ניכרת (7.4, 51.354, 52.389, 59.4 ו-84.253 קילואלקטרון וולט). תוליום 170 הוא גם אחד מארבעת מקורות הקרינה התעשייתיים הנפוצים ביותר.

חומרים מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה

בדומה לאיתריום, תוליום משמש גם במוליכי-על בטמפרטורה גבוהה. לתוליום יש פוטנציאל שימושי בפריט כחומר מגנטי קרמי המשמש בציוד מיקרוגל. בשל הספקטרום הייחודי שלו, ניתן ליישם תוליום בתאורת מנורת קשת כמו סקנדיום, והאור הירוק הנפלט ממנורות קשת המשתמשות בתוליום לא יכוסה על ידי קווי הפליטה של ​​יסודות אחרים. בשל יכולתו לפלוט פלואורסצנציה כחולה תחת קרינה אולטרה סגולה, תוליום משמש גם כאחד הסמלים נגד זיופים בשטרות אירו. הפלואורסצנציה הכחולה הנפלטת מסידן גופרתי המוסף לתוליום משמשת בדוזימטריה אישית לגילוי מינון קרינה.

יישומים אחרים

בשל הספקטרום הייחודי שלו, ניתן ליישם תוליום בתאורת מנורת קשת כמו סקנדיום, והאור הירוק הנפלט ממנורות קשת המכילות תוליום לא יכוסה על ידי קווי הפליטה של ​​יסודות אחרים.

תוליום פולט פלואורסצנציה כחולה תחת קרינה אולטרה סגולה, מה שהופך אותו לאחד הסמלים נגד זיופים בשטרות אירו.

יורו תחת קרינת UV, עם סימונים ברורים נגד זיוף גלויים