Tuli

Tuli
69Tm
erbi←tuli→iterbi - ↑ Tm ↓ Md Taula periòdica
Aspecte
Gris platejat Tulidendríticsublimat i un cub d'1 cm³ Línies espectrals del tuli
Propietats generals
Nom,símbol,nombre	Tuli, Tm, 69
Categoria d'elements	Lantànids
Grup,període,bloc	n/d,6,f
Pes atòmic estàndard	168,93421
Configuració electrònica	[Xe] 4f136s2 2, 8, 18, 31, 8, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de lat. a.)	9,32 g·cm−3
Densitat del líquid en elp. f.	8,56 g·cm−3
Punt de fusió	1.818K, 1.545 °C
Punt d'ebullició	2.223 K, 1.950 °C
Entalpia de fusió	16,84kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	247 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	27,03 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 1.117 1.235 1.381 1.570 (1.821) (2.217)
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	2,3,4 (òxidbàsic)
Electronegativitat	1,25 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 596,7 kJ·mol−1
	2a: 1.160 kJ·mol−1
	3a: 2.285 kJ·mol−1
Radi atòmic	176pm
Radi covalent	190±10 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Hexagonal
Ordenació magnètica	Paramagnèticat 300 K
Resistivitat elèctrica	(t, a,) (poli) 676 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	16,9 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(t, a,) (poli) 13,3 µm/(m·K)
Mòdul d'elasticitat	74,0 GPa
Mòdul de cisallament	30,5 GPa
Mòdul de compressibilitat	44,5 GPa
Coeficient de Poisson	0,213
Duresa de Vickers	520 MPa
Duresa de Brinell	471 MPa
Nombre CAS	7440-30-4
Isòtops més estables
Article principal:Isòtops del tuli
Iso AN Semivida MD ED(MeV) PD 167Tm sin 9,25 d ε 0,748 167Er 168Tm sin 93,1 d ε 1,679 168Er 169Tm 100% 169Tm ésestableamb 100neutrons 170Tm sin 128,6 d β− 0,968 170Yb 171Tm sin 1,92 a β− 0,096 171Yb

Eltuliés unelement químicde lataula periòdicael símbol del qual ésTmi el seunombre atòmicés 69. Pertany al 6è període de lataula periòdica,a la sắc rie delslantanoidesi, amb ells, al conjunt de lesterres rares.Fou descobert el 1879 pel químic i geòleg suecPer Theodor Cleve.El nom prové deThule,illa mítica del nord de l'oceà Atlàntic,descoberta pel navegador grecPíteas,que hi arribà després d'un viatge de sis dies encetat a lesilles Òrcadesi que era la terra més al nord coneguda en l'edat mitjana.

Història

Per Teodor Cleveel 1863.

La mítica illa deThule(escrita aquí Tile) a laCarta marina et descriptio septentrionalium terrarum(1539) del suecOlaus Magnus.

El tuli fou aïllat per primera vegada el 1879 com a l'òxidTm₂O₃pel químic i geòleg suecPer Teodor Cleve(1840-1905) a laUniversitat d'Uppsala,Suècia.Els descobriments delslantanoidescomençaren amb l'itriel 1794. Estava contaminat amb altres lantanoides que són molt similars químicament. De fet, els primers químics desconeixien que hi eren. El 1843, l'erbii elterbiforen separats de l'itri, i després, el 1874, Cleve analitzà més detingudament l'òxid d'erbi i s'adonà que havia de contenir altres elements, ja que observà que la sevamassa molecularvariava lleugerament depenent de la font d'on provenia. La separació cada cop més fina del contingut d'aquest òxid acabaria produint els òxids de dos elements més:holmii finalment tuli.

El 1911, el químic estatunidencCharles James(1880-1928)realitzà prop de 15 000 recristal·litzacions debromat de tuliamb l'objectiu d'obtenir una mostra absolutament pura de l'elementi així determinar exactament la seva massa atòmica.

Quan Per Teodor Cleve anomenà tuli l'element descobert el 1879, es degué a un lleu malentès del significat de Thule. Cleve proposà el nom de tuli derivat deThule,segons ell l'antic nom d'Escandinàvia.Però això és un error que s'ha mantingut en moltes fonts d'informació fins a l'actualitat. A l'època medievalel lloc més llunyà que es podia concebre, més enllà de les fronteres del món conegut, s'anomenavaUltima Thule.Originalment, Thule era el nom clàssic d'una terra misteriosa, sis dies de navegació al nord de laGran Bretanya,pensada per l'historiador grecPolibicom la part més al nord del món. En lesGeòrgiques,Virgilies refereix aUltima Thule,com un dels extrems de l'oceà fins on s’estén el domini del Cèsar.

Com a símbol químic del tuli, hom vacil·là entre Tu i Tm. El símbol T quedà descartat, encara que era (i és encara) lliure. El símbol Th ja l’ocupava el tori, mentre que el símbol Tl corresponia al tal·li. Després de preponderar el Tu durant unes dècades, finalment s’adoptà oficialment el símbol Tm, per evitar confusions amb el tungstè.

Estat natural i obtenció

Samarskita-(Yb).

L’abundància atòmica del tuli en l’univers és condicionada pels processos denucleosínteside supernoves, per les rutes de desintegració d’elements més pesants i per l’estabilitat dels seus propis isòtops. En aquest sentit, com és el cas d’elements ambnombre atòmicsenar, el tuli és un element mononuclídic, amb tan sols¹⁶⁹Tm com a isòtop quasi estable. Això condiciona negativament l’abundor. Dels elements més lleugers, tan sols eltecnecii elprometisón menys abundants que el tuli. I dels elements més pesants, són una bona colla els que el superen en abundància atòmica:iterbi,hafni,tungstè,reni,osmi,iridi,platí,or,mercuri,tal·li,plom,bismutitori.En el sistema solar, l’abundància atòmica del tuli és de 200 ppb (1 ppb en termes atòmics).

Gadolinita-(Y).

En el planeta Terra, l’abundància global del tuli s’estima en 0,05 ppm en termes de massa (0,007 ppm en termes atòmics). Com s’esdevé amb els elements litòfils, aquesta concentració és superada en l’escorça terrestre,on arriba a 0,48 ppm en termes de massa (0,05 ppm en termes atòmics). No se’l troba mai de manera elemental, sinó combinat (òxids, sals, etc.). Sovint s’associa, com a component minoritari, de minerals que contenenitriigadolini,com ara lagadolinita,lamonazita(70 ppm), laxenotimao l’euxenita.En sòls, la concentració de tuli varia de 0,4-0,8 ppm, amb un valor típic de 0,5 ppm. En resum, és el lantanoide menys abundant en mostres terrestres (exceptuant-hi elprometi,gairebé inexistent).

En la hidrosfera, la concentració de tuli varia segons el context geològic. L’abundància en termes de massa en l’oceà és de 0,25 ppb. En l’atmosfera, la pre sắc ncia de tuli és negligible.

Arena demonazita.

El tuli se'l troba en nombrososmineralsen proporcions molt baixes. Els que en tenen una proporció major que el 0,30 % són:samarskita-(Yb)iiwashiroïta-(Y)0,54 %,prosxenkoïta-(Y)ihingganita-(Y)0,39 %,gagarinita-(Ce)0,36 %,maoniupingita-(Ce)0,35 %,calcibeborosilita-(Y)0,32 % icalcigadolinita0,30 %.

Les reserves accessibles totals de tuli s’avaluen en 100 000 tones, distribuïdes per Àsia, Austràlia, Sud-amèrica, Nord-amèrica i Àfrica. Bona part de la producció es fa a la Xina, a través de l’explotació de sorres fluvials riques en monazita. El contingut de tuli en aquests materials és de l’ordre del 0,5 % (expressat sobre el total de lantanoides) i al voltant d'un 0,007 % del total. És el menys abundant dels lantanoides, però després del descobriment de nous jaciments se'l pot considerar tan rar com l'argent,l'oro elcadmi.Es pot separar de la resta mitjançant noves tècniques debescanvi iònici d'extracció.S'aïlla per reducció del seu òxidTm₂O₃amblantanio a partir delfluorur de tuli(III)TmF₃anhidre amb calci.

$${\ce {Tm2O3 + 2La -> 2Tm + La2O3}}$$

Propietats

Propietats físiques

Tuli.

El tuli és unmetallde la sắc rie delslantanoidesa lataula periòdica,té una densitat de 9,321 g/cm³ a 25 °C, un punt de fusió de 1 545 °C i un punt d'ebullició de 1 950 °C. Ésmal·leableidúctil.És prou tou per poder-lo ratllar amb un ganivet.

La sevaconfiguració electrònicaés [Xe]4f¹³5d⁰6s². A temperatura ambient la sevaestructura cristal·linaés hexagonal.Ésferromagnètica temperatures inferiors a 32 K,antiferromagnèticentre 32 i 56 K iparamagnèticper damunt de 56 K.

Propietats químiques

El tuli s'oxidalentament exposat a l'aire i es crema fàcilment per formaròxid de tuli(III),l'únic òxid conegut:

$${\ce {4 Tm + 3 O2 -> 2 Tm2O3}}$$

És forçaelectropositiui generalment és trivalent. Reacciona lentament amb aigua freda i força ràpidament amb aigua calenta per formarhidròxid de tuli(III):

$${\ce {2 Tm(s) + 6 H2O(l) -> 2 Tm(OH)3(aq) + 3 H2(g)}}$$

Reacciona amb tots elshalògensdonant els corresponentshalogenursde tuli(3+) que són acolorits:

$${\ce {2 Tm (s) + 3 F2 (g) -> 2 TmF3 (s) [blanc]}}$$$${\ce {2 Tm (s) + 3 Cl2 (g) -> 2 TmCl3 (s) [groc]}}$$$${\ce {2 Tm (s) + 3 Br2 (g) -> 2 TmBr3 (s) [blanc]}}$$$${\ce {2 Tm (s) + 3 I2 (g) - 2 TmI3 (s) [groc]}}$$

Es dissol fàcilment enàcid sulfúricdiluït per formar solucions que contenen els ions tuli(3+) verd pàl·lid, que existeixen com a complexos[Tm(OH₂)₉]³⁺.

Malgrat que la majoria dels compostos de tuli presenten cations tuli(3+) també s'han sintetitzat compostos de tuli(2+), com elshalogenurs:TmCl₂,TmBr₂iTmI₂.

Isòtops

Article principal:Isòtops del tuli

El tuli que hom troba a la natura està constituït únicament per l'isòtopestable tuli 169. S'han obtingut, mitjançantreaccions nuclears,trenta-vuit isòtops del tuli entre el¹⁴⁴Tmi¹⁸¹Tm,i vint-i-sisisòmers nuclears.El mode dedesintegracióprimària dels isòtops de menornombre màssic(A < 169) és lacaptura d'electronsdonant isòtops de l'erbi.

$${\ce {^{168}_{69}Tm + ^{0}_{-1}e^{-}-> ^{168}_{68}Er + ^{0}_{0}\nu_{e}}}$$

El mode principal per a radionúclids de major nombre màssic (A > 169) és l'emissió beta,produint isòtops d'iterbi.

$${\ce {^{170}_{69}Tm -> ^{170}_{70}Yb + ^{0}_{-1}e^- + ^{0}_{0}\nu_{e}}}$$

Elsradioisòtopsde més llarga vida són el tuli 171, que té unperíode de semidesintegraciód'1,92 anys, i el tuli 170, que té un període de semidesintegració de 128,6 dies. La majoria dels altres isòtops tenen períodes de semidesintegració d'uns minuts o menys.

Aplicacions

Fabricació d'imants

Ferritatoroïdal.

El tuli es fa servir en la fabricació d'imantsde ceràmica (ferritesFe₂O₃sinteritzades) per a equips demicroones.

Medicina

Ellàserde tuli (YAG Tm 180) que emet entre unalongitud d'onade 1 930 nm i 2 040 nm s'utilitza amb gran eficiència en el tractament de l'engrandiment benigne de la pròstata (HBP), en els processos de vaporització, coagulació i seccionament de la mateixa.

Bitllet de 500 € sotallum ultraviolada.

Altres camps

L'isòtop tuli 170, amb una energia de 85 keV,es fa servir com a font deraigs gammamalgrat tenir un cost elevat i poca disponibilitat al mercat. Tenen una vida útil de vora un any, i que no requereixen grans elements de protecció contra radiacions, més que cobertes de plom. Aquestes fonts són emprades en detecció de defectes en components mecànics i electrònics altrament inaccessibles (radiografia industrial, on el¹⁷⁰Tm és un dels isòtops més difosos). També són usades en diagnòstic dentari, i en altres aplicacions mèdiques diagnòstiques i terapèutiques, com ara en radioteràpia interna antitumoral.

El làser (Ho-Cr-Tm)-YAG és d'alta eficiència i té molts usos enmeteorologiai en laindústria armamentística,amb emissions a una longitud d'ona de 2 097 nm.

El tuli(3+) és present en els bitllets d'euro,als quals dona fluorescència de color blau ambllum ultraviolada.

Perillositat

El tuli no és bioelement, pel que se sap, per cap organisme. Les plantes no l’absorbeixen activament, de manera que les concentracions en la flora són de l’ordre de 0,001 ppm (en termes de massa en relació al pes sec). La concentració en el cos humà és negligible, i és més elevada en fetge, ronyons i ossos (amb una distribució que assenyala el mimetisme parcial dels cationsTm³⁺pelCa²⁺). La ingesta normal anual de tuli en humans és de l’ordre de micrograms. La toxicitat de les sals de tuli depèn del seu grau de solubilitat, car com més solubles siguin més fàcil serà l’absorció. Els òrgans diana de la toxicitat del tuli en mamífers són elfetgei lamelsa,amb afectació també en els nivells d’hemoglobina.Els riscs principals de treballar amb pols de tuli elemental es relacionen amb la tendència a la ignició, però també a la irritabilitat per inhalació o ingesta,i pot causarembòlies pulmonars,especialment durant exposicions llargues.

Pot ser un problema mediambiental, si s'acumula en sòls i en medis aquàtics, el que podria portar a incrementar els seus nivells en els éssers vius, especialment en els humans. Les sals solubles de tuli són lleugerament tòxiques, però les sals insolubles no són tòxiques.

Enllaços externs

• Los Alamos National Laboratory's - TuliArxivat2004-04-15 aWayback Machine.(anglès)
• It's Elemental - Tuli(anglès)
• webelements - Tuli(anglès)
• environmentalchemistry - Tuli(anglès)

Viccionari