Zeměpisné názvy chemických prvků. Elektronová konfigurace atomu Magnetické kvantové číslo m l

Snadno se zpracovává a má stříbřitě bílou barvu. Navzdory své vzácnosti a vysoké ceně se thulium používá v pokročilých pevnolátkových laserech a jako radioizotop v přenosných rentgenových přístrojích.

1. Historie

Tullium objevil švédský chemik Per Theodor Kleve jako nečistotu v oxidech jiných prvků vzácných zemin (pomocí metody navržené Carlem Gustavem Mosanderem k hledání a izolaci nových prvků vzácných zemin). Kleve oddělil všechny známé nečistoty z erbia, prvku „země“ (oxidu) (2 3). Po dalších procedurách Kleve izoloval dvě nové látky: jednu hnědou, druhou zelenou. Hnědá byla země, kterou Cleve navrhl nazvat „holmium“ a která odpovídá prvku holmium, zelená země, kterou nazval „Tullia“ a nový prvek Thule na počest Thule, latinského názvu pro Skandinávii.

Thulium bylo tak vzácné, že jeden z prvních badatelů ho neměl dost na to, aby ho mohl vyčistit natolik, aby viděl zelenou barvu jeho sloučenin, museli se radovat, už jen proto, že charakteristické spektrální čáry thulia při postupném odstraňování zesílily. Erbium bylo odstraněno ze vzorku. Prvním výzkumníkem, který získal dostatečně čisté thulium (oxid thulium), byl Charles James z Durham College v New Hampshire. V roce 1911 uvedl, že frakční krystalizace bromičnanu mu umožnila izolovat čistý materiál. Provedl 15 000 krystalizačních „operací“, aby stanovil homogenitu svého materiálu.

Vysoce čistý oxid thulitý se poprvé stal komerčně dostupným koncem 50. let 20. století jako výsledek zlepšení separačních technologií iontové výměny. Lindsay Chemical Division společnosti American Potash & Chemical Corporation nabízela stupně čistoty 99 % a 99,9 %. Cena za kilogram kolísala mezi 4 600 USD a 13 300 USD během období od do za přípravek o čistotě 99,9 %, což byla nejvyšší cena za lanthanoid po luteciu.

2. Prevalence a produkce

Tento prvek se v přírodě nikdy nenachází ve volném stavu, ale v malém množství se nachází v minerálech s jinými prvky vzácných zemin. Jeho obsah v zemské kůře je 0,5 mg/kg. Thulium se primárně těží z monazitu (~0,007 % thulium), rudy nalezené v některých píscích, pomocí technologií iontové výměny. Nové technologie iontové výměny a extrakce organickým rozpouštědlem umožnily efektivněji a snadněji izolovat thulium a snížit náklady na jeho extrakci. Hlavním zdrojem thulia jsou dnes ložiska jílu v jižní Číně. V takových minerálech, kde yttrium tvoří 2/3 celkové složky vzácných zemin v rudě, je pouze 0,5 % thulia. Po izolaci lze kov izolovat redukcí jeho oxidu lanthanem nebo vápníkem v uzavřeném reaktoru při vysokých teplotách. Podle jiného způsobu se thulium redukuje z fluoridu metalotermickým vápníkem:
2TmF3 + 3Ca = 3CaF2 + 2Tm

3. Chemické vlastnosti

Thulium pomalu a při vysokých teplotách reaguje se vzdušným kyslíkem za vzniku oxidu thulnatého (III):

4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3

S vodou reaguje pomalu, ale při zahřátí se reakce zrychluje za vzniku hydroxidu:

2 Tm + 6 H 2 O → 2 Tm (OH) 3 + 3 H 2 2 Tm + 3 F 2 → 2 TmF 3 [bílá sůl] 2 Tm + 3 Cl 2 → 2 TmCl 3 [žlutá sůl] 2 Tm + 3 Br 2 → 2 TmBr 3 [bílá sůl] 2 Tm + 3 I 2 → 2 TmI 3 [žlutá sůl]

4.2. Zdroje rentgenového záření

Přes vysokou cenu používají přenosné rentgenky jako zdroj záření thulium, které bylo ozářeno neutrony v jaderném reaktoru. Tyto zdroje jsou aktivní přibližně jeden rok jako nástroj v mobilních lékařských a stomatologických jednotkách a pro identifikaci závad na těžko dostupných mechanických a elektronických součástkách. Takové zdroje nevyžadují seriózní radiační ochranu - stačí malý povlak olova.

5. Biologická role a varování

Biologická role thulia není známa, i když bylo zaznamenáno, že poněkud stimuluje metabolismus. Rozpustné soli thulia jsou mírně toxické, pokud se do těla dostanou ve velkém množství, ale nerozpustné soli jsou netoxické. Tullium není absorbováno kořeny rostlin, a proto nevstupuje do lidského potravního řetězce. Zelenina obvykle obsahuje pouze jeden miligram thulia na tunu sušiny).

Literatura

• Slovníček pojmů v chemii / / J. Opeida, O. Shvaika. Ústav fyzikálně-organické chemie a chemie uhlí pojmenovaný po L. M. Litviněnkovi NAS Ukrajiny, Doněcká národní univerzita - Doněck: "Weber", 2008. - 758 s. ISBN 978-966-335-206-0

Thulium - 69

Thulium (Tm) - prvek vzácných zemin, atomové číslo 69, atomová hmotnost 168,93, bod tání 1545°C, hustota 9,346 g/cm3.
Thulium získalo své jméno na počest legendární země „Thule“, kterou starověcí geografové považovali za nejsevernější zemi, která v naší době svou zeměpisnou polohou odpovídá Skandinávskému poloostrovu. Thulium bylo objeveno v roce 1879 spektroskopií. Thulium je jedním z nevýznamně rozšířených lanthanoidů v přírodě, navíc bylo velmi obtížné jej izolovat ze směsi s jinými kovy vzácných zemin. Získat dvacetiprocentní thuliový koncentrát a poté v něm zvýšit obsah thulia na 99 % trvalo několik let. Chromatografická metoda používaná pro separaci kovů vzácných zemin v dnešní době výrazně zjednodušila a urychlila výrobu oxidů thulia a následně i výrobu čistého kovu. V čisté formě bylo thulium získáno v roce 1911.
Thulium je jedním z nejtěžších lanthanoidů, svou hustotou se blíží mědi a niklu.

Thulium — stříbrno-bílé měkké

Thulium — stříbrno-bílé měkké, kujný, viskózní kov, na vzduchu neoxiduje, ale při zahřátí na vlhkém vzduchu oxiduje mírně. Reaguje s minerálními kyselinami za vzniku thuliových solí. Při zahřívání reaguje s halogeny a dusíkem. V přírodě je thulium přítomno v minerálech, jako je xenotim, euxenit, monazit a loparit. Obsah v zemské kůře je 2,7x10-5% celkové hmoty. V přírodních a umělých typech surovin je oxid thulitý obsažen extrémně zřídka - v eudialytu - 0,3% a v jiných minerálech - ještě méně. Z thulia bylo získáno 32 umělých radioaktivních izotopů s různými poločasy rozpadu. Pouze jeden se vyskytuje přirozeně, thulium-169.

ÚČTENKA.

Po obohacení přírodními minerály jsou výsledné koncentráty ze směsi kovů vzácných zemin zpracovány, v důsledku čehož je thulium koncentrováno těžkými lanthanoidy - ytterbiem a lutecium. Separace a rafinace se provádějí extrakční nebo iontoměničovou chromatografií pomocí komplexonů (organické látky, které tvoří komplexní sloučeniny s kovovými ionty). Kovové thulium se získává tepelnou redukcí fluoridu thulia pomocí TmF3-vápníku, nebo oxidu thulia pomocí Tm2O3-lanthanu. Thulium se také získává zahřátím dusičnanů, síranů a oxalátů thulium na vzduchu na 800-900 °C.

APLIKACE.

Navzdory nízkému rozšíření v přírodě a vysoké ceně se thulium v ​​naší době začalo poměrně široce používat ve vědě a průmyslu.

• Lék. Izotop thulium, thulium-170, který má měkké gama záření, se používá k vytvoření diagnostických zařízení, zejména pro oblasti lidského těla, které jsou obtížně dosažitelné běžným rentgenovým přístrojem. Tato radiopřenosová zařízení s radioaktivním thuliem jsou jednoduchá a snadno použitelná v lékařské praxi.

Detekce chyb. Radioaktivní izotop, thulium-170, se používá pro defektoskopii lehkých neželezných kovů a jejich slitin, stejně jako tenkých ocelových plátů do tloušťky 2 mm. Hliníkové výrobky o tloušťce až 70 mm lze snadno skenovat izotopem thulium-170, což umožňuje odhalit u nich ty nejmenší vady. V tomto případě se používá fotoelektrické zařízení, které využívá záření thulium gama a vytváří vysoce kontrastní obraz zkoumaného předmětu. Thulium-170 se připravuje ozařováním oxidu thulnatého neutrony, který se umístí do hliníkové ampule a následně se s ní použije.

• Laserové materiály. Thuliové ionty se používají k generování infračerveného laserového záření. Páry kovu Thulium se používají k buzení laserového záření s proměnnou frekvencí (vlnovou délkou). Thulium se používá k výrobě laserových materiálů a také k výrobě syntetických granátů.

• Magnetická média. Kov thulium se používá k výrobě ferogranátů k vytváření médií pro ukládání informací.

• Materiály ThermoEMF. Thulium monotellurid má vysokou úroveň termoEMF s vysokou účinností tepelných konvertorů, avšak rozšířenému použití thulia jako termoprvků brání jeho vysoká cena.

• Polovodiče. Telurid thulia se používá jako modifikátor k regulaci polovodičových vlastností teluridu olovnatého.

• Jaderná energie. Thuliumboritan se používá jako přísada do speciálních smaltů pro ochranu před neutronovým zářením.

• Supravodiče. Sloučeniny thulia jsou součástí vysokoteplotních supravodivých materiálů.

• Výroba skla. Thulium je součástí různých oxidových materiálů při výrobě skla a keramiky pro katodové trubice.

• Elektronová konfigurace atomu je vzorec ukazující uspořádání elektronů v atomu podle úrovní a podúrovní. Po prostudování článku se dozvíte, kde a jak se elektrony nacházejí, seznámíte se s kvantovými čísly a dokážete sestrojit elektronovou konfiguraci atomu podle jeho čísla, na konci článku je tabulka prvků.

  Proč studovat elektronickou konfiguraci prvků?

  Atomy jsou jako stavebnice: existuje určitý počet částí, liší se od sebe, ale dvě části stejného typu jsou naprosto stejné. Tato stavebnice je ale mnohem zajímavější než ta plastová a tady je proč. Konfigurace se mění v závislosti na tom, kdo je poblíž. Například kyslík vedle vodíku Možná se promění ve vodu, v blízkosti sodíku se promění v plyn a v blízkosti železa jej zcela promění v rez. Abychom odpověděli na otázku, proč se to děje, a předpověděli chování atomu vedle druhého, je nutné studovat elektronickou konfiguraci, o které bude řeč níže.

  Kolik elektronů je v atomu?

  Atom se skládá z jádra a elektronů rotujících kolem něj; jádro se skládá z protonů a neutronů. V neutrálním stavu má každý atom počet elektronů rovný počtu protonů v jeho jádře. Počet protonů je určen atomovým číslem prvku, např. síra má 16 protonů - 16. prvek periodické tabulky. Zlato má 79 protonů – 79. prvek periodické tabulky. Podle toho má síra v neutrálním stavu 16 elektronů a zlato má 79 elektronů.

  Kde hledat elektron?

  Pozorováním chování elektronu byly odvozeny určité vzorce, které jsou popsány kvantovými čísly, celkem jsou čtyři:

  • Hlavní kvantové číslo
  • Orbitální kvantové číslo
  • Magnetické kvantové číslo
  • Spinové kvantové číslo

  Orbitální

  Dále místo slova orbita budeme používat termín „orbital“, orbital je vlnová funkce elektronu, zhruba je to oblast, ve které elektron tráví 90 % svého času.

  N - úroveň
  L - shell
  M l - orbitální číslo
  M s - první nebo druhý elektron v orbitalu
  

  Orbitální kvantové číslo l

  V důsledku studia elektronového mraku zjistili, že v závislosti na energetické úrovni má mrak čtyři hlavní formy: míč, činky a dvě další, složitější. V pořadí rostoucí energie se tyto formy nazývají s-, p-, d- a f-slupka. Každá z těchto skořepin může mít 1 (na s), 3 (na p), 5 (na d) a 7 (na f) orbitaly. Orbitální kvantové číslo je obal, ve kterém se orbitaly nacházejí. Orbitální kvantové číslo pro orbitaly s, p, d a f nabývá hodnot 0, 1, 2 nebo 3.

  Na slupce je jeden orbital (L=0) - dva elektrony
  Na obalu p jsou tři orbitaly (L=1) - šest elektronů
  Na obalu d je pět orbitalů (L=2) - deset elektronů
  Na f-slupce je sedm orbitalů (L=3) - čtrnáct elektronů
  

  Magnetické kvantové číslo m l

  Na obalu p jsou tři orbitaly, jsou označeny čísly od -L do +L, to znamená, že pro obal p (L=1) jsou orbitaly "-1", "0" a "1" . Magnetické kvantové číslo se značí písmenem m l.

  Uvnitř obalu je snazší, aby se elektrony nacházely v různých orbitalech, takže první elektrony vyplní jeden v každém orbitalu a pak se ke každému přidá pár elektronů.

  Zvažte d-shell:
  d-slupce odpovídá hodnotě L=2, tedy pěti orbitalům (-2,-1,0,1 a 2), prvních pět elektronů vyplňuje obal nabývat hodnot M l =-2, M 1=-1, M|=0, M|=l, M|=2.

  Spinové kvantové číslo m s

  Spin je směr rotace elektronu kolem jeho osy, existují dva směry, takže spinové kvantové číslo má dvě hodnoty: +1/2 a -1/2. Jedna energetická podúroveň může obsahovat pouze dva elektrony s opačnými spiny. Spinové kvantové číslo se označuje ms

  Hlavní kvantové číslo n

  Hlavním kvantovým číslem je energetická hladina, v současnosti je známo sedm energetických hladin, každá je označena arabskou číslicí: 1,2,3,...7. Počet granátů na každé úrovni se rovná číslu úrovně: na první úrovni je jedna skořápka, na druhé dvě atd.

  Elektronové číslo

  
  

  Jakýkoli elektron lze tedy popsat čtyřmi kvantovými čísly, kombinace těchto čísel je jedinečná pro každou polohu elektronu, vezměte první elektron, nejnižší energetická hladina je N = 1, na první úrovni je jeden obal, tzv. první skořápka na libovolné úrovni má tvar koule (s -shell), tzn. L=0, magnetické kvantové číslo může nabývat pouze jedné hodnoty, M l =0 a spin bude roven +1/2. Vezmeme-li pátý elektron (v jakémkoli atomu), pak jeho hlavní kvantová čísla budou: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2.