Просмотр кода страницы Тулий

{{перенаправление|Tm|TM}}
{{Химический элемент
| имя = Тулий / Thulium (Tm)
| символ = Tm
| номер = 69
| внизу = [[Менделевий|Md]]
| изображение = Thulium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
| подпись = Очищенный образец тулия
| внешний вид = 
| атомная масса = 168,93421(2)<ref name="iupac atomic weights">{{статья|автор=Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu.|заглавие=Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report)|ссылка=http://iupac.org/publications/pac/85/5/1047/|язык=en|издание=[[Pure and Applied Chemistry]]|год=2013|том=85|номер=5|страницы=1047—1078|doi=10.1351/PAC-REP-13-03-02|archivedate=2014-02-05|archiveurl=https://web.archive.org/web/20140205213140/http://www.iupac.org/publications/pac/85/5/1047/}}</ref>
| радиус атома = 177
| энергия ионизации 1 = 596,7 (6,18)
| группа = 3 (устар. 3)
| период = 6
| блок = <br>[[f-элементы|f-элемент]]
| конфигурация = [Xe] 6s<sup>2</sup>4f<sup>13</sup>
| ковалентный радиус = 156
| радиус иона = (+3e) 87
| электроотрицательность = 1,25
| электродный потенциал = Tm←Tm<sup>3+</sup> -2,32 В<br>Tm←Tm<sup>2+</sup> -2,3 В
| степени окисления = +2, +3
| плотность = 9,321
| теплоёмкость = 27,0<ref name="ХЭ">{{книга |автор= |часть= |заглавие=Химическая энциклопедия: в 5-ти тт |ссылка= |ответственный=Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.) |издание= |место=М. |издательство=Большая Российская энциклопедия |год=1999 |том=5 |страницы=16 |страниц= |серия= |isbn= |тираж= }}
</ref>
| теплопроводность = 16,9
| температура плавления = 1818 К (1544,85 °С)
| теплота плавления = 16,84
| температура кипения = 2220 К (1946,85 °С)
| теплота испарения = 232
| молярный объём = 18,1
| структура решётки = Гексагональная
| параметры решётки = a=3,540 c=5.56
| отношение c/a = 1,570
| регистрационный номер CAS = 7440-30-4
| энергия ионизации 2 = 1160 (12,02)
| энергия ионизации 3 = 2285 (23,68)
| тепловое расширение = 13,3 мкм/(м∙К) (при 25 °C)
| удельное сопротивление = 6,76 ∙ 10<sup>-7</sup>
| магнитная структура = парамагнетик
| модуль Юнга = 74,0
| модуль сдвига = 30,5
| модуль объёмной упругости = 44,5
| коэффициент Пуассона = 0,213
| твёрдость Мооса = 2–3
| твёрдость Виккерса = 470–650
| твёрдость Бринелля = 470–900
| спектр = Thulium spectrum visible.png
}}{{Элемент периодической системы|align=center|fontsize=100%|number=69}}
'''Ту́лий''' ([[Химические знаки|химический символ]] — '''Tm''', от {{Lang-la|Thulium}}) — [[химический элемент]] [[3 группа элементов|3-й группы]] (по [[Короткая форма периодической системы элементов|устаревшей классификации]] — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) [[Шестой период периодической системы|шестого периода]] [[Периодическая система химических элементов|периодической системы химических элементов]] [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеева]] с [[атомный номер|атомным номером]] 69.

Относится к семейству [[лантаноид]]ов.

[[Простое вещество]] '''тулий''' — это легкообрабатываемый [[Редкоземельные элементы|редкоземельный]] [[металл]] серебристо-белого [[цвет]]а.

{{-|left}}

== История ==
Тулий был открыт шведским химиком [[Клеве, Пер Теодор|Пер Теодором Клеве]] в 1879 году при поиске примесей в оксидах других редкоземельных элементов (это был тот же метод, который [[Мосандер, Карл Густав|Карл Густав Мосандер]] ранее использовал для открытия некоторых других редкоземельных элементов). Клеве начал с удаления всех известных загрязнителей [[Эрбий|эрбия]] ([[Оксид эрбия(III)|Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]). При дополнительной обработке он получил два новых соединения — одно коричневого цвета, а другое зелёного. Коричневое соединение было [[Оксид гольмия(III)|оксидом гольмия(III)]] и было названо Клеве «гольмией», а зелёное вещество было оксидом неизвестного элемента. Клеве назвал этот оксид «тулией», а его элемент — «тулием» в честь легендарного острова [[Туле (легендарный остров)|Туле]] — в греческой мифологии места, связанного со [[Скандинавия|Скандинавией]] или [[Исландия|Исландией]], причём в написании «''Thullium»'' он ошибочно использовал две согласные{{sfn|Леенсон|2016|с=48}}. Первоначально атомным символом тулия был Tu, но позже изменен на Tm.

Тулий был настолько редок, что ни у кого из первых исследователей не было достаточного его количества, чтобы очистить его настолько, чтобы действительно увидеть зелёный цвет. Первым исследователем, получившим почти чистый тулий, был {{нп3|Чарльз Джеймс|||Charles James (chemist)}}, британский эмигрант, работавший в [[Университет Нью-Гэмпшира|Нью-Гэмпширском университете в Дареме, США]]. Для очистки он применил открытый им метод фракционной кристаллизации броматов; известно, что ему потребовалось 15 тыс. операций очистки, чтобы установить, что материал однороден. В 1911 году он сообщил о своих результатах.

Высокочистый оксид тулия впервые поступил в продажу в конце 1950-х годов в результате внедрения технологии ионообменного разделения. Lindsay Chemical Division американской Potash & Chemical Corporation продавала его с чистотой 99 % и 99,9 %. Цена за килограмм в период с 1959 по 1998 год для чистоты 99,9 % колебалась от 4600 до 13 300 [[Доллар США|долларов США]] и была второй по величине для лантаноидов после [[Лютеций|лютеция]].

== Свойства ==

=== Физические свойства ===
Полная [[электронная конфигурация]] атома тулия: 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>3s<sup>2</sup>3p<sup>6</sup>4s<sup>2</sup>3d<sup>10</sup>4p<sup>6</sup>5s<sup>2</sup>4d<sup>10</sup>5p<sup>6</sup>6s<sup>2</sup>4f<sup>13</sup>.

Тулий — мягкий редкоземельный металл серебристо-белого цвета. Не [[Радиоактивность|радиоактивен]]. В стандартных условиях является [[Парамагнетики|парамагнетиком]]{{sfn|Коллектив авторов|1985|с=588}}.

Чистый металлический тулий имеет серебристый блеск, тускнеет на воздухе вследствие образования оксида тулия(III). Металл режется ножом, так как он имеет твёрдость по шкале Мооса от 2 до 3. Чистый тулий проявляет ферромагнитные свойства при температуре ниже 32 К; при температуре от 32 до 56 К у него проявляются антиферромагнитные свойства, а при температуре выше 56 К он парамагнитен.

Тулий имеет две основные аллотропные модификации: тетрагональный α-Tm и более стабильный гексагональный β-Tm.

=== Химические свойства ===
В результате взаимодействия с [[кислород]]ом тулий медленно тускнеет на воздухе и легко сгорает при 150 °C с образованием [[Оксид тулия(III)|оксида тулия(III)]]:

<chem>4Tm + 3O2 -> 2Tm2O3</chem>

Тулий довольно электроположителен и медленно реагирует с холодной [[Вода|водой]] и довольно быстро с горячей водой с образованием гидроксида тулия (III):

<chem>2Tm + 6H2O -> 2Tm(OH)3 +3H2 ^ </chem>

Тулий реагирует со всеми [[Галогены|галогенами]]. Реакции протекают медленно при комнатной температуре и бурно при температуре выше 200 °C:

<chem>2Tm + 3F2 -> 2TmF3 </chem> (белый)

<chem>2Tm + 3Cl2 -> 2TmCl3 </chem> (жёлтый)

<chem>2Tm + 3Br2 -> 2TmBr3 </chem> (белый)

<chem>2Tm + 3I2 -> 2TmI3 </chem> (жёлтый)

Тулий легко растворяется в разбавленной [[Серная кислота|серной кислоте]] с образованием растворов, содержащих ионы Tm<sup>3+</sup> бледно-зелёного цвета, которые далее образуют комплексы [Tm(H<sub>2</sub>O)<sub>9</sub> ] <sup>3+</sup>:

<chem>2Tm + 3H2SO4 -> 2Tm^3+ + 3SO4^2- + 3H2 ^ </chem>

<chem>Tm^3+ + 9H2O -> [Tm(H2O)9]^3+ </chem>

Некоторые [[Гидратация|гидратированные]] соединения тулия, такие как TmCl<sub>3</sub> · 7H<sub>2</sub>O и Tm<sub>2</sub>(C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>)<sub>3</sub> · 6H<sub>2</sub>O, имеют зелёный или зеленовато-белый цвет.

Тулий реагирует с различными металлами и неметаллами, образуя ряд бинарных соединений, включая азид тулия(III), сульфид тулия(II), карбид тулия(II), карбид дитулия(III), гидриды тулия(II) и тулия(III), силицид тулия(II) и т. д. Как и у большинства лантаноидов, степень окисления +3 для тулия наиболее характерна и является единственной наблюдаемой в растворах соединений тулия. В воде тулий существует в виде гидратированных ионов Tm<sup>3+</sup>. В этом состоянии ион тулия окружен девятью молекулами воды. Ионы Tm<sup>3+</sup> проявляют яркую голубую люминесценцию. Степень окисления +2 также может существовать, однако наблюдается только у соединений в твёрдом агрегатном состоянии.

Единственным известным оксидом тулия является Tm<sub>2</sub>O<sub>3</sub>. Соединения тулия(II) можно получить путем восстановления соединений тулия(III). Примеры соединений тулия(II) включают галогениды (кроме фторида). Хлорид тулия(II) очень энергично реагирует с водой:

<chem>2TmCl2 + 6H2O -> 2Tm(OH)3 + 4HCl + H2 ^ </chem>

Реакция тулия с [[Халькогены|халькогенами]] приводит к образованию халькогенидов тулия.

Тулий реагирует с водными растворами кислот с образованием солей тулия(III) и [[водород]]а:

<chem>2Tm + 6HCl -> 2TmCl3 + 3H2 ^ </chem>

Кислотами-окислителями (например, азотной кислотой) металл окисляется без выделения водорода:

<chem>2Tm + 6HNO3 -> 2Tm(NO3)3 + 3NO2 ^ + 3H2O </chem>

=== Изотопы ===
{{Основная статья|Изотопы тулия}}[[Изотопы]] тулия варьируются от <sup>145</sup>Tm до <sup>179</sup>Tm. Первичным каналом распада до появления наиболее стабильного изотопа <sup>169</sup>Tm является [[Электронный захват|захват электронов]], а основным каналом после — [[бета-распад]].

Тулий-169 — единственный первичный изотоп тулия и единственный изотоп тулия, который считается стабильным; предполагается, что он подвергнется [[альфа-распад]]у до гольмия-165 с очень длительным [[Период полураспада|периодом полураспада]]. Самыми долгоживущими радиоактивными изотопами являются тулий-171 с периодом полураспада 1,92 года и тулий-170 с периодом полураспада 128,6 дня. Период полураспада большинства других изотопов составляет несколько минут или меньше. Всего было обнаружено 35 изотопов и 26 [[Изомерия атомных ядер|ядерных изомеров]] тулия. Большинство изотопов тулия с [[Атомная единица массы|а. е. м.]] меньше 169 распадаются в результате электронного захвата или [[Позитронный распад|β<sup>+</sup>-распада]], хотя некоторые из них демонстрируют значительный альфа-распад или [[Протонный распад|испускание протонов]]. Более тяжёлые изотопы подвергаются β<sup>−</sup>-распаду.

Тулий-170 применяется для изготовления портативных рентгеновских установок медицинского назначения{{sfn|Леенсон|2016|с=48}}, а также в [[Дефектоскопия|металлодефектоскопии]]{{sfn|Коллектив авторов|1985|с=590}}. Сравнительно недавно он предложен в качестве топлива в [[радиоизотопные источники энергии|радиоизотопных источниках энергии]].

== Распространённость в природе ==
Тулий является редким элементом (самым редким из лантаноидов){{sfn|Леенсон|2016|с=48}}, его содержание в земной коре — 2,7{{e|−5}} масс. %, в морской воде — 10<sup>−7</sup> мг/литр<ref name="ХЭ" />. В чистом виде элемент в природе не найден, но обнаруживается в небольших количествах в минералах с другими редкоземельными элементами. Тулий часто встречается с минералами, содержащими [[иттрий]] и [[гадолиний]]. В частности, тулий присутствует в минерале [[гадолинит]]е. Однако, как и многие другие лантаноиды, тулий также находят в минералах [[монацит]]е, [[ксенотим]]е и [[эвксенит]]е. До сих пор не обнаружено преобладания тулия над другими редкоземельными элементами ни в одном минерале. Тулиевая руда больше всего разрабатывается в Китае. Однако [[Австралия]], [[Бразилия]], [[Дания|Дания (Гренландия)]], [[Индия]], [[Танзания]] и [[Соединённые Штаты Америки|США]] также располагают большими запасами тулия. Мировые запасы тулия составляют примерно 100 тыс. тонн. Тулий является наименее распространенным лантаноидом на Земле за исключением радиоактивного [[Прометий|прометия]].

== Получение ==
Тулий в основном извлекают из [[Монацитовый песок|монацитовых руд]] (~0,007 % тулия по весу), найденных в речных песках, а также посредством [[Ионный обмен|ионного обмена]]. Новые методы ионного обмена и [[Экстракция|экстракции]] растворителем упростили выделение редкоземельных элементов, что привело к значительному снижению затрат на производство тулия. Основными источниками сегодня являются ионно-адсорбционные глины южного Китая. В них, где около двух третей общего содержания редкоземельных элементов приходится на иттрий, тулия составляет около 0,5 % (или примерно столько же, сколько лютеция). Металл можно выделить восстановлением его оксида металлическим [[Кальций|кальцием]] в закрытом контейнере:

<math>\mathsf{2TmF_3 + 3Ca \rightarrow 2Tm + 3CaF_2}</math>

Ежегодно производится около 50 тонн оксида тулия. В 1996 году оксид тулия стоил 20 долларов США за грамм, а в 2005 году порошок металлического тулия чистотой 99 % стоил 70 долларов США за грамм.

== Применение ==

=== Лазерные материалы ===
{{нп3|Иттрий-алюминиевый гранат|||Yttrium aluminium garnet}}, легированный гольмием, хромом и тулием (Ho:Cr:Tm:YAG или Ho,Cr,Tm:YAG), является активным материалом лазерной среды с высокой эффективностью. Он излучает на длине волны 2080 нм в инфракрасном диапазоне и широко используется в военных целях, медицине и метеорологии. Одноэлементные лазеры на YAG (Tm:YAG), легированные тулием, работают на длине волны 2010 нм.<ref>{{Книга|ссылка=https://books.google.ru/books?id=8yM4yF_B72QC&pg=PA49&redir_esc=y|автор=Walter Koechner|заглавие=Solid-State Laser Engineering|год=2006|издательство=Springer Science & Business Media|страниц=766|isbn=978-0-387-29094-2|archive-date=2022-06-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20220624105930/https://books.google.ru/books?id=8yM4yF_B72QC&pg=PA49&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false}}</ref> Длина волны тулиевых лазеров очень эффективна для поверхностного удаления ткани с минимальной глубиной коагуляции. Это делает тулиевые лазеры привлекательными для лазерной хирургии.<ref>{{Книга|ссылка=https://books.google.ru/books?id=FCDPZ7e0PEgC&pg=PA214&redir_esc=y|автор=F. J. Duarte|заглавие=Tunable Laser Applications|год=2008-08-26|издательство=CRC Press|страниц=480|isbn=978-1-4200-6058-4|archive-date=2022-06-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20220624105930/https://books.google.ru/books?id=FCDPZ7e0PEgC&pg=PA214&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false}}</ref>

=== Термоэлектрические материалы ===
Монотеллурид тулия обладает очень высокой термо-[[Электродвижущая сила|э.д.с.]] (700 мкВ/К), и [[Коэффициент полезного действия|КПД]] [[Термоэлектрические материалы|термоэлектропреобразователей]], изготовленных на его основе, очень высок (при снижении цены на тулий его применение в производстве термоэлементов резко возрастёт). Кроме того, теллурид тулия применяется для регулирования полупроводниковых свойств [[Теллурид свинца|теллурида свинца]] (модификатор).

=== Другие ===
Тулий может использоваться в [[Высокотемпературная сверхпроводимость|высокотемпературных сверхпроводниках]] подобно иттрию. Тулий потенциально может использоваться в ферритах, керамических магнитных материалах, которые используются в микроволновом оборудовании. Тулий также как и [[скандий]] может использоваться в дуговом освещении из-за его необычного спектра (в данном случае его зелёные линии излучения), которые не перекрываются другими элементами. Поскольку тулий [[Флуоресценция|флуоресцирует]] синим цветом при воздействии [[Ультрафиолетовое излучение|ультрафиолетового излучения]], соединения тулия наносят на [[банкноты евро]] в качестве меры защиты от подделок.<ref>{{Книга|ссылка=https://books.google.ru/books?id=XAjIWgENf5UC&pg=PA75&redir_esc=y|автор=Brian Wardle|заглавие=Principles and Applications of Photochemistry|год=2009-11-06|издательство=John Wiley & Sons|страниц=267|isbn=978-0-470-71013-5|archive-date=2022-06-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20220624105929/https://books.google.ru/books?id=XAjIWgENf5UC&pg=PA75&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false}}</ref> Синяя флуоресценция [[Сульфат кальция|сульфата кальция]], легированного тулием, может использоваться в персональных [[дозиметр]]ах для визуального контроля [[Радиационный фон|радиации]]. Галогениды, легированные тулием, в которых он находится в степени окисления +2, являются многообещающими люминесцентными материалами, которые могут сделать возможными эффективные генераторы электричества, основанные на принципе [[Люминесцентный солнечный концентратор|люминесцентного солнечного концентратора]].<ref>{{Статья|ссылка=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0927024815001579|автор=Otmar M. ten Kate, Karl W. Krämer, Erik van der Kolk|заглавие=Efficient luminescent solar concentrators based on self-absorption free, Tm2+ doped halides|год=2015-09|язык=en|издание=Solar Energy Materials and Solar Cells|том=140|страницы=115–120|doi=10.1016/j.solmat.2015.04.002|archivedate=2022-04-06|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220406083030/https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0927024815001579}}</ref>

== Биологическая роль ==
Тулий не играет никакой [[Биология|биологической]] роли, хотя известно, что он стимулирует [[Метаболизм|обмен веществ]].<ref name=history>{{книга |страницы=442—443 |ссылка=https://books.google.com/?id=Yhi5X7OwuGkC&pg=PA442 |заглавие=Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements |издательство=[[Издательство Оксфордского университета|Oxford University Press]] |место=US |год=2001 |isbn=0-19-850341-5 |язык=en |автор=John Emsley}}</ref> Растворимые соли тулия являются малотоксичными, но нерастворимые соединения нетоксичны. Элемент практически не усваивается [[растения]]ми и, следовательно, не может попасть в [[Пищевая цепь|пищевую цепь]]<ref name=history/>. Среднее содержание тулия в растениях составляет около 1 мг на тонну сухого веса<ref name=history/>.

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
{{Родственные проекты|Тема=Тулий|Викисловарь=тулий}}
* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Tm/key.html Тулий на Webelements]
* [http://n-t.ru/ri/ps/pb069.htm Тулий в Популярной библиотеке химических элементов]

== Литература ==
* {{Книга|ref=Коллектив авторов|автор=Коллектив авторов|заглавие=Свойства элементов: Справ. изд.|ответственный=Под ред. Е. М. Дрица|год=1985|место=М.|издательство=Металлургия|страниц=672}}
* {{Книга|ref=Леенсон|автор=Леенсон И. А.|заглавие=Химические элементы за 60 секунд|год=2016|место=М.|издательство=АСТ|страниц=160|серия=70 фактов|isbn=978-5-17-096039-2}}
* {{книга|автор=Реми Г.|заглавие=Курс неорганической химии|издание= |место=М.|издательство=Мир|год=1966|том=2|страниц=838|ref=Реми}}
* {{Книга|ref=Рич|автор=[[Рич, Валентин Исаакович|Рич В. И.]]|заглавие=В поисках элементов|год=1985|место=М.|издательство=Химия|страниц=168}}

{{Внешние ссылки}}
{{Соединения тулия|nocat=1}}
{{Ряд активности металлов}}
{{Периодическая система элементов}}

[[Категория:Химические элементы]]
[[Категория:Лантаноиды]]
[[Категория:Тулий| ]]