Географические названия химических элементов. Электронная конфигурация атома Магнитное квантовое число m l

Легко поддается обработке и имеет серебристо-белый цвет. Несмотря на его редкость и высокую цену, тулий применяется в перспективных твердотельных лазерах и в виде радиоизотопа в портативных рентгеновских аппаратах.

1. История

Туллий был открыт шведским химиком Пером Теодором Клеве в как примесь к оксидов других редкоземельных элементов (был использован метод, которому было предложено Карлом Густавом Мозандером для поиска и выделения новых редкоземельных элементов). Клеве отделил все известные примеси из эрбия - "земли" (оксида) элемента ( 2 3). После дополнительных процедур Клеве выделил две новые субстанции: одну коричневого цвета, другую зеленого. Коричневой была земля, которую Клеве предложил назвать "гольмию" и которая соответствует элементу гольмий , зеленый же землю он назвал "Туллия" и новой элемент Туле в честь Thule, латинского названия Скандинавии .

Туллий был настолько редким, что у одного из ранних исследователей не было его в достаточном количестве, чтобы иметь возможность его достаточно очистить, чтобы увидеть зеленый цвет его соединений, им приходилось радоваться хотя бы потому, что характерные спектральные линии тулия усиливались, когда из образца постепенно удаляли эрбий . Первым исследователем, получил достаточно чистую тулия (оксид тулия), был Чарльз Джеймс, из колледжа в Дареме , Нью-Гемпшир . В 1911 он сообщил о том, что фракционная кристаллизация бромата позволила ему выделить чистый материал. Он провел 15 000 "операций" кристаллизации для установки гомогенности его материала.

Оксид тулия высокой чистоту впервые стал коммерчески доступен с конца 1950-х, в результате совершенствования метода ионно-обмена технологий разделения. Подразделение Lindsay Chemical Division фирмы American Potash & Chemical Corporation предложила сорта 99% и 99,9% чистоты. Цена за килограмм колебалась между US $ 4600 и $ 13300 в период с к для препарата 99,9% чистоты, это была самая высокая цена на лантаноидов после лютеция .

2. Распространенность и производство

Этот элемент никогда не встречается в природе в свободном состоянии, однако он содержится в небольших количествах в минералах с другими редкоземельными элементами. Его содержание в земной коре составляет 0,5 мг / кг. Туллий в основном добывают из монациту (~ 0,007% тулия) - руды, содержащийся в некоторых песках, с помощью технологий ионного обмена. Новые ионно-обменные технологии и технологии экстракции с помощью органических растворителей позволили эффективно и более легко выделять тулий, сокращая расходы на его добычу. Главным источником тулия на сегодня глинистые месторождения южного Китая. В таких минералах, где иттрий составляет 2/3 от всего редкоземельного компонента руды, всего 0,5% тулия. После выделения Металл может быть выделенным путем восстановления его оксида лантаном или кальцием в закрытом реакторе при высоких температурах. По другому методу, тулий восстанавливают с фторида металлотермическим кальцием:
2TmF 3 + 3Ca = 3CaF 2 + 2Tm

3. Химические свойства

Тулий медленно, а при высокой температуре активно реагирует с кислородом воздуха с образованием тулий (III) оксида:

4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3

Медленно реагирует с водой, однако реакция ускоряется при нагревании с образованием гидроксида:

2 Tm + 6 H 2 O → 2 Tm (OH) 3 + 3 H 2 2 Tm + 3 F 2 → 2 TmF 3 [соль белого цвета] 2 Tm + 3 Cl 2 → 2 TmCl 3 [соль желтого цвета] 2 Tm + 3 Br 2 → 2 TmBr 3 [соль белого цвета] 2 Tm + 3 I 2 → 2 TmI 3 [соль желтого цвета]

4.2. Источники рентгеновского излучения

Несмотря на свою высокую стоимость, в портативных рентгеновских аппаратах в качестве источника излучения используются тулий, который был облученного нейтронами в ядерном реакторе. Эти источники активны в течение примерно одного года, как инструмент в мобильных медицинских и стоматологических пунктах, а также для выявления дефектов в труднодоступных механических и электронных компонентах. Такие источники не требуют серьезного радиационной защиты - достаточно небольшого покрытие из свинца.

5. Биологическая роль и предостережения

Биологических роль тулия не известна, хотя было отмечено, что он несколько стимулирует обмен веществ. Растворимые соли тулия есть немного токсичными, если их введено в организм в больших количествах, но нерастворимые соли нетоксичны. Туллий не всасывается корнями растений, и поэтому не попадает в пищевую цепь человека. Овощи обычно содержат только один миллиграмм тулия за тонну сухого веса).

Литература

• Глоссарий терминов по химии / / Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им.. Л.М.Литвиненка НАН Украины, Донецкий национальный университет - Донецк: "Вебер", 2008. - 758 с. ISBN 978-966-335-206-0

Тулий — 69

Тулий (Tm)-редкоземельный элемент , атомный номер 69, атомная масса 168,93, температура плавления 1545ОС, плотность 9,346 г/см3.
Своё название, тулий получил в честь легендарной страны «Туле», которую древние географы считали самой северной землёй, что в наше время, соответствует по географическому местоположению, Скандинавскому полуострову. Тулий был открыт в 1879 году методом спектроскопии. Тулий-один из самых, незначительно распространённых лантаноидов в природе, кроме того, его очень трудно было выделить из смеси с другими РЗМ. Понадобилось несколько лет, что бы получить двадцатипроцентный концентрат тулия, а затем, повысить содержание тулия в нём до 99%. Сейчас, применяемый хроматографический метод разделения РЗМ, значительно упростил и ускорил получение оксидов тулия и, в дальнейшем, получение чистого металла. В чистом виде, тулий был получен в 1911 году.
Тулий –один из самых тяжёлых лантаноидов, его плотность близка к плотности меди и никеля.

Тулий— серебристо-белый мягкий

Тулий— серебристо-белый мягкий , ковкий, вязкий металл, на воздухе не окисляется, при нагреве во влажном воздухе-окисляется слабо. Реагирует с минеральными кислотами, при этом получаются соли тулия. Взаимодействует с галогенами и азотом при нагревании. В природе, тулий присутствует в таких минералах как: ксенотим, эвксенит, монацит, лопарит. Содержание в земной коре –2,7х10-5% от всей массы. В природных и техногенных видах сырья, оксид тулия содержатся исключительно редко — в эвдиалите-0,3%, а в других минералах —ещё меньше. У тулия получено 32 искусственных радиоактивных изотопа с разными периодами полураспада. В естественной природе встречается только один-тулий-169.

ПОЛУЧЕНИЕ.

После обогащения природных минералов, полученные концентраты из смеси РЗМ перерабатываются, в результате чего, тулий концентрируется с тяжёлыми лантаноидами-иттербием и лютецием. Разделение и рафинирование производят экстракцией или ионообменной хроматографией с использованием комплексонов (органических веществ, образующих комплексные соединения с ионами металлов). Металлический тулий получают термическим восстановлением фторида тулия TmF3-кальцием, или оксида тулия Tm2O3-лантаном. Тулий получают, также, при нагревании нитратов, сульфатов и оксалатов тулия на воздухе до 800-900ОС.

ПРИМЕНЕНИЕ.

Несмотря на малую распространённость в природе и высокую стоимость, тулий, в наше время, начал сравнительно широко применяться в науке и промышленности.

• Медицина. Изотоп тулия –тулий-170, обладающий мягким гамма-излучением, используется для создания приборов диагностики, особенно, для мест человеческого тела, труднодоступных для обычного рентгеновского аппарата. Эти радиопросвечивающие приборы с радиоактивным тулием просты и легко применимы в медицинской практике.

Дефектоскопия. Радиоактивный изотоп, тулий-170, применяется для дефектоскопии лёгких цветных металлов и их сплавов, а также тонких стальных пластин толщиной до 2 мм. Алюминиевые изделия толщиной до 70 мм легко просвечиваются изотопом тулия-170, что позволяет найти в них мельчайшие дефекты. При этом применяется фотоэлектрическое устройство, использующее гамма-излучение тулия и дающее сверхконтрастное изображение объекта обследования. Готовят тулий-170, облучая нейтронами окись тулия, которая помещается в ампулу из алюминия и впоследствии используется вместе с ней.

• Лазерные материалы. Ионы тулия применяются для генерации инфракрасного лазерного излучения. Пары металлического тулия применяются для возбуждения лазерного излучения с изменяемой частотой(длиной волны). Тулий применяется для изготовления лазерных материалов, а также, для изготовления синтетических гранатов.

• Магнитные носители. Металлический тулий применяется для производства феррогранатов для создания носителей информации.

• Материалы термоЭДС. Монотеллурид тулия обладает высоким уровнем термоЭДС при высоком КПД термопреобразователей, однако, широкое применение тулия в качестве термоэлементов сдерживается высокой его стоимостью.

• Полупроводники. Теллурид тулия применяется как модификатор для регулирования полупроводниковых свойств теллурида свинца.

• Атомная энергетика. Борат тулия применяется как добавка к специальным эмалям для защиты от нейтронного излучения.

• Сверхпроводники. Соединения тулия входят в состав материалов высокотемпературных сверхпроводников.

• Производство стекла. Тулий входит в состав различных оксидных материалов при производстве стекла и керамики для электроннолучевых трубок.

• Электронная конфигурация атома - это формула, показывающая расположение электронов в атоме по уровням и подуровням. После изучения статьи Вы узнаете, где и как располагаются электроны, познакомитесь с квантовыми числами и сможете построить электронную конфигурацию атома по его номеру, в конце статьи приведена таблица элементов.

  Для чего изучать электронную конфигурацию элементов?

  Атомы как конструктор: есть определённое количество деталей, они отличаются друг от друга, но две детали одного типа абсолютно одинаковы. Но этот конструктор куда интереснее, чем пластмассовый и вот почему. Конфигурация меняется в зависимости от того, кто есть рядом. Например, кислород рядом с водородом может превратиться в воду, рядом с натрием в газ, а находясь рядом с железом вовсе превращает его в ржавчину. Что бы ответить на вопрос почему так происходит и предугадать поведение атома рядом с другим необходимо изучить электронную конфигурацию, о чём и пойдёт речь ниже.

  Сколько электронов в атоме?

  Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов, ядро состоит из протонов и нейтронов. В нейтральном состоянии у каждого атома количество электронов равно количеству протонов в его ядре. Количество протонов обозначили порядковым номером элемента, например, сера, имеет 16 протонов - 16й элемент периодической системы. Золото имеет 79 протонов - 79й элемент таблицы Менделеева. Соответственно, в сере в нейтральном состоянии 16 электронов, а в золоте 79 электронов.

  Где искать электрон?

  Наблюдая поведение электрона были выведены определённые закономерности, они описываются квантовыми числами, всего их четыре:

  • Главное квантовое число
  • Орбитальное квантовое число
  • Магнитное квантовое число
  • Спиновое квантовое число

  Орбиталь

  Далее, вместо слова орбита, мы будем использовать термин "орбиталь", орбиталь - это волновая функция электрона, грубо - это область, в которой электрон проводит 90% времени.

  N - уровень
  L - оболочка
  M l - номер орбитали
  M s - первый или второй электрон на орбитали
  

  Орбитальное квантовое число l

  В результате исследования электронного облака, обнаружили, что в зависимости от уровня энергии, облако принимает четыре основных формы: шар, гантели и другие две, более сложные. В порядке возрастания энергии, эти формы называются s-,p-,d- и f-оболочкой. На каждой из таких оболочек может располагаться 1 (на s), 3 (на p), 5 (на d) и 7 (на f) орбиталей. Орбитальное квантовое число - это оболочка, на которой находятся орбитали. Орбитальное квантовое число для s,p,d и f-орбиталей соответственно принимает значения 0,1,2 или 3.

  На s-оболочке одна орбиталь (L=0) - два электрона
  На p-оболочке три орбитали (L=1) - шесть электронов
  На d-оболочке пять орбиталей (L=2) - десять электронов
  На f-оболочке семь орбиталей (L=3) - четырнадцать электронов
  

  Магнитное квантовое число m l

  На p-оболочке находится три орбитали, они обозначаются цифрами от -L, до +L, то есть, для p-оболочки (L=1) существуют орбитали "-1", "0" и "1". Магнитное квантовое число обозначается буквой m l .

  Внутри оболочки электронам легче располагаться на разных орбиталях, поэтому первые электроны заполняют по одному на каждую орбиталь, а затем уже к каждому присоединяется его пара.

  Рассмотрим d-оболочку:
  d-оболочке соответствует значение L=2, то есть пять орбиталей (-2,-1,0,1 и 2), первые пять электронов заполняют оболочку принимая значения M l =-2,M l =-1,M l =0, M l =1,M l =2.

  Спиновое квантовое число m s

  Спин - это направление вращения электрона вокруг своей оси, направлений два, поэтому спиновое квантовое число имеет два значения: +1/2 и -1/2. На одном энергетическом подуровне могут находиться два электрона только с противоположными спинами. Спиновое квантовое число обозначается m s

  Главное квантовое число n

  Главное квантовое число - это уровень энергии, на данный момент известны семь энергетических уровней, каждый обозначается арабской цифрой: 1,2,3,...7. Количество оболочек на каждом уровне равно номеру уровня: на первом уровне одна оболочка, на втором две и т.д.

  Номер электрона

  
  

  Итак, любой электрон можно описать четырьмя квантовыми числами, комбинация из этих чисел уникальна для каждой позиции электрона, возьмём первый электрон, самый низкий энергетический уровень это N=1, на первом уровне распологается одна оболочка, первая оболочка на любом уровне имеет форму шара (s-оболочка), т.е. L=0, магнитное квантовое число может принять только одно значение, M l =0 и спин будет равен +1/2. Если мы возьмём пятый электрон (в каком бы атоме он не был), то главные квантовые числа для него будут: N=2, L=1, M=-1, спин 1/2.