אלמנט אדמה נדיר קסום: תוליום

המספר האטומי שליסוד טוליוםהוא 69 והמשקל האטומי שלו הוא 168.93421.התוכן בקרום כדור הארץ הוא שני שליש מ-100,000, שהוא היסוד הכי פחות שופע בין יסודות אדמה נדירים.הוא קיים בעיקר בעפרות סיליקו בריליום איטריום, עפרות זהב אדמה נדירה שחורה, עפרות איטריום זרחן ומונאזיט.חלק המסה של יסודות אדמה נדירים במונאזיט מגיע בדרך כלל ל-50%, כאשר התוליום מהווה 0.007%.האיזוטופ הטבעי היציב הוא רק thulium 169. בשימוש נרחב במקורות אור להפקת חשמל בעוצמה גבוהה, לייזרים, מוליכים בטמפרטורה גבוהה ושדות אחרים.

גילוי היסטוריה

התגלה על ידי: PT Cleve

התגלה בשנת 1878

לאחר שמוסנדר הפריד בין אדמה ארביום ואדמה טרביום מאדמה איטריום בשנת 1842, כימאים רבים השתמשו בניתוח ספקטרלי כדי לזהות ולקבוע כי הם אינם תחמוצות טהורות של יסוד, מה שעודד כימאים להמשיך ולהפריד ביניהם.לאחר ההפרדהתחמוצת איטרביוםותחמוצת סקנדיוםמפיתיון מחומצן, הפריד קליף שתי תחמוצות יסוד חדשות בשנת 1879. אחת מהן נקראה thulium להנצחת מולדתו של קליף בחצי האי הסקנדינבי (Thulia), עם סמל היסוד Tu וכעת Tm.עם גילוי התוליום ויסודות אדמה נדירים אחרים, הושלם המחצית השנייה של השלב השלישי של גילוי יסודות אדמה נדירים.

תצורת האלקטרון

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

מַתֶכֶת

תוליוםהיא מתכת לבנה כסופה עם גמישות וניתנת לחיתוך עם סכין בשל המרקם הרך שלה;נקודת התכה 1545 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה 1947 מעלות צלזיוס, צפיפות 9.3208.

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

יישום

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

מקור אור פריקה בעוצמה גבוהה

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

לייזר

ניתן לייצר לייזר דופק מסוג איטריום אלומיניום מסוג איטריום מסוממים (Ho: Cr: Tm: YAG) על ידי שימוש ביון תליום, יון כרום ויון הולמיום בנופך אלומיניום איטריום, שיכול לפלוט אורך גל של 2097 ננומטר;הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים צבאיים, רפואיים ומטאורולוגיים.אורך הגל של הלייזר הנפלט על ידי הלייזר הדופק מסוג איטריום אלומיניום (Tm: YAG) המסומם בתוליום נע בין 1930 ננומטר ל-2040 ננומטר.אבלציה על פני השטח של רקמות היא יעילה מאוד, שכן היא יכולה למנוע קרישה מלהיות עמוק מדי באוויר ובמים.זה גורם ללייזרי thulium להיות בעלי פוטנציאל גדול ליישום בניתוח לייזר בסיסי.לייזר תוליום יעיל מאוד בהשחתת משטחי רקמה בשל האנרגיה הנמוכה ועוצמת החדירה שלו, ויכול להקריש מבלי לגרום לפצעים עמוקים.זה גורם ללייזרי thulium להיות בעלי פוטנציאל גדול ליישום בניתוחי לייזר

לייזר מסומם תוליום

מקור רנטגן

למרות העלות הגבוהה, מכשירי רנטגן ניידים המכילים טוליום החלו להיות בשימוש נרחב כמקורות קרינה בתגובות גרעיניות.מקורות קרינה אלו הם בעלי תוחלת חיים של כשנה ויכולים לשמש ככלי אבחון רפואי ושיניים וכן כלי זיהוי פגמים לרכיבים מכניים ואלקטרוניים שקשה להגיע אליהם באמצעות כוח אדם.מקורות קרינה אלו אינם דורשים הגנה משמעותית מקרינה - נדרשת רק כמות קטנה של עופרת.היישום של thulium 170 כמקור קרינה לטיפול בסרטן בטווח קרוב הולך ונפוצה יותר ויותר.לאיזוטופ זה זמן מחצית חיים של 128.6 ימים וחמישה קווי פליטה בעלי עוצמה ניכרת (7.4, 51.354, 52.389, 59.4 ו-84.253 קילו-אלקטרון וולט).Thulium 170 הוא גם אחד מארבעת מקורות הקרינה התעשייתיים הנפוצים ביותר.

חומרים מוליכים בטמפרטורה גבוהה

בדומה לאיטריום, טוליום משמש גם במוליכי-על בטמפרטורה גבוהה.לתוליום יש ערך שימוש פוטנציאלי בפריט כחומר מגנטי קרמי המשמש בציוד מיקרוגל.בשל הספקטרום הייחודי שלו, ניתן ליישם טוליום על תאורת מנורות קשת כמו סקנדיום, והאור הירוק הנפלט מנורות קשת באמצעות טוליום לא יכוסה בקווי הפליטה של ​​יסודות אחרים.בשל יכולתו לפלוט פלואורסצנטי כחול תחת קרינה אולטרה סגולה, טוליום משמש גם כאחד הסמלים נגד זיוף בשטרות אירו.הקרינה הכחולה הנפלטת על ידי סידן גופרתי בתוספת טוליום משמשת בדוסימטריה אישית לזיהוי מינון קרינה.

יישומים אחרים

בשל הספקטרום הייחודי שלו, ניתן ליישם טוליום בתאורת מנורות קשת כמו סקנדיום, והאור הירוק הנפלט מנורות קשת המכילות טוליום לא יכוסה בקווי הפליטה של ​​יסודות אחרים.

התוליום פולט פלואורסצנטי כחול תחת קרינה אולטרה סגולה, מה שהופך אותו לאחד הסמלים נגד זיוף בשטרות אירו.

אירו תחת קרינת UV, עם סימנים ברורים נגד זיוף גלויים