A kémiai elemek földrajzi nevei. Egy atom elektronikus konfigurációja Mágneses kvantumszám m l

Könnyen feldolgozható, ezüstös-fehér színű. Ritkasága és magas ára ellenére a tuliumot fejlett szilárdtestlézerekben és radioizotópként használják hordozható röntgenkészülékekben.

1. Történelem

A tuliliumot Per Theodor Kleve svéd kémikus fedezte fel más ritkaföldfém-elemek oxidjainak szennyeződéseként (a Carl Gustav Mosander által javasolt módszerrel új ritkaföldfém-elemek felkutatására és izolálására). Kleve minden ismert szennyeződést elkülönített az erbiumtól, a „föld” (oxid) elemtől (2 3). További eljárások után Kleve két új anyagot izolált: az egyik barna, a másik zöld. A barna volt a föld, amelyet Cleve "holmium"-nak javasolt nevezni, és amely megfelel a holmium elemnek, a zöld földnek, amelyet ő "Tulliának" nevezett, és az új Thule elemet Thule tiszteletére, Skandinávia latin nevére.

A tuliium olyan ritka volt, hogy az egyik korai kutatónak nem volt elég belőle ahhoz, hogy megtisztíthassa ahhoz, hogy vegyületei zöld színét láthassák, örülniük kellett, már csak azért is, mert a túlium jellegzetes spektrális vonalai felerősödtek, ha fokozatosan eltávolítják. Az erbiumot eltávolítottuk. Charles James, a New Hampshire állambeli Durham College munkatársa volt az első kutató, aki kellően tiszta tuliiumot (túlium-oxidot) nyert. 1911-ben arról számolt be, hogy a bromát frakcionált kristályosítása lehetővé tette számára, hogy tiszta anyagot izoláljon. 15 000 kristályosítási "műveletet" végzett, hogy megállapítsa anyaga homogenitását.

A nagy tisztaságú tulium-oxid először az 1950-es évek végén vált kereskedelmi forgalomba, az ioncserélő elválasztási technológiák fejlesztésének eredményeként. Az American Potash & Chemical Corporation Lindsay Chemical Divisionja 99%-os és 99,9%-os tisztasági fokozatot kínált. A kilogrammonkénti ár 4600 és 13300 USD között ingadozott a közötti időszakban egy 99,9%-os tisztaságú készítmény esetében, ami a lutécium után a lantanid legmagasabb ára volt.

2. Elterjedtség és termelés

Ez az elem soha nem található meg a természetben szabad állapotban, de kis mennyiségben megtalálható az ásványokban más ritkaföldfém elemekkel együtt. Tartalma a földkéregben 0,5 mg/kg. A tuliumot elsősorban monacitból (~0,007% tuliium) bányászják, amely egyes homokban található érc, ioncserélő technológiával. Az új ioncserélő és szerves oldószeres extrakciós technológiák lehetővé tették a tuliium hatékonyabb és egyszerűbb izolálását, csökkentve az extrakció költségeit. A tulium fő forrása ma a dél-kínai agyaglerakódások. Az ilyen ásványokban, ahol az ittrium az érc teljes ritkaföldfém-komponensének 2/3-át teszi ki, csak 0,5% a tuliium. Az izolálás után a fém izolálható úgy, hogy oxidját lantánnal vagy kalciummal redukálják zárt reaktorban, magas hőmérsékleten. Egy másik módszer szerint a tuliumot fluoridból metalloterm kalciummal redukálják:
2TmF 3 + 3Ca = 3CaF 2 + 2Tm

3. Kémiai tulajdonságok

A túlium lassan és magas hőmérsékleten reagál a légköri oxigénnel, és így alakul ki a tuliium(III)-oxid:

4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3

Lassan reagál vízzel, de a reakció felgyorsul, ha hevítik, és hidroxidot képez:

2 Tm + 6 H 2 O → 2 Tm (OH) 3 + 3 H 2 2 Tm + 3 F 2 → 2 TmF 3 [fehér só] 2 Tm + 3 Cl 2 → 2 TmCl 3 [sárga só] 2 Tm + 3 Br 2 → 2 TmBr 3 [fehér só] 2 Tm + 3 I 2 → 2 TmI 3 [sárga só]

4.2. Röntgenforrások

Magas költségük ellenére a hordozható röntgenkészülékek sugárforrásként tuliumot használnak, amelyet egy atomreaktorban neutronokkal sugároztak be. Ezek a források körülbelül egy éve működnek mobil orvosi és fogászati ​​egységekben, valamint a nehezen elérhető mechanikai és elektronikus alkatrészek hibáinak azonosítására szolgáló eszközként. Az ilyen források nem igényelnek komoly sugárvédelmet - elegendő egy kis ólombevonat.

5. Biológiai szerep és figyelmeztetések

A tulium biológiai szerepe nem ismert, bár megfigyelték, hogy valamelyest serkenti az anyagcserét. Az oldható tuliumsók enyhén mérgezőek, ha nagy mennyiségben kerülnek a szervezetbe, de az oldhatatlan sók nem mérgezőek. A Tulliumot a növényi gyökerek nem szívják fel, ezért nem kerül be az emberi táplálékláncba. A zöldségek általában csak egy milligramm tuliumot tartalmaznak egy tonna száraz tömegben).

Irodalom

• Fogalomtár a kémiában / / J. Opeida, O. Shvaika. L. M. Litvinenko ukrán NAS Fizikai-Szerves Kémiai és Szénkémiai Intézete, Donyecki Nemzeti Egyetem - Donyeck: "Weber", 2008. - 758 p. ISBN 978-966-335-206-0

Túlium - 69

Thulium (Tm) - ritkaföldfém elem, rendszáma 69, atomtömege 168,93, olvadáspontja 1545 °C, sűrűsége 9,346 g/cm3.
A Thulium nevét a legendás „Thule” ország tiszteletére kapta, amelyet az ókori geográfusok a legészakibb földnek tartottak, és amely korunkban földrajzi elhelyezkedésében a Skandináv-félszigetnek felel meg. A tuliumot 1879-ben fedezték fel spektroszkópiával. A thúlium a természetben az egyik legjelentéktelenebb lantanid, ráadásul nagyon nehéz volt elkülöníteni más ritkaföldfémekkel való keverékből. Több évbe telt, mire húsz százalékos tuliumkoncentrátumot kaptak, majd a benne lévő tuliumtartalmat 99%-ra emelték. Napjainkban a ritkaföldfémek elválasztására alkalmazott kromatográfiás módszer jelentősen leegyszerűsítette és felgyorsította a tuliium-oxidok, majd a tiszta fémek előállítását. Tiszta formájában a tuliumot 1911-ben szerezték be.
A tulium az egyik legnehezebb lantanida, sűrűsége közel áll a réz és a nikkel sűrűségéhez.

Thulium – ezüst-fehér puha

Thulium – ezüst-fehér puha, képlékeny, viszkózus fém, levegőn nem oxidálódik, de nedves levegőn hevítve enyhén oxidálódik. Reagál ásványi savakkal, és sókat képez. Hevítés hatására reagál halogénekkel és nitrogénnel. A természetben a tuliium olyan ásványokban van jelen, mint a xenotim, euxenit, monacit és loparit. A földkéreg tartalma a teljes tömeg 2,7x10-5%-a. A természetes és mesterséges nyersanyagokban a tulilium-oxid rendkívül ritkán - az eudialitban - 0,3%, más ásványi anyagokban - még kevesebb. Harminckét különböző felezési idejű mesterséges radioaktív izotópot nyertek a tuliiumból. A természetben csak egy fordul elő, a thulium-169.

NYUGTA.

A természetes ásványi anyagok dúsítása után a ritkaföldfémek keverékéből keletkező koncentrátumokat feldolgozzák, amelynek eredményeként a tuliiumot nehéz lantanidokkal - itterbium és lutécium - koncentrálják. Az elválasztás és a finomítás extrakcióval vagy ioncserélő kromatográfiával történik komplexonok (fémionokkal komplex vegyületeket alkotó szerves anyagok) felhasználásával. A fémtúliumot a tuliium-fluoridnak TmF3-kalciummal, vagy a tulium-oxidnak Tm2O3-lantánnal történő hőredukciójával nyerik. A tuliiumot úgy is nyerik, hogy a tulilium-nitrátokat, szulfátokat és oxalátokat levegőn 800-900°C-ra melegítik.

ALKALMAZÁS.

A természetben való alacsony elterjedtsége és magas ára ellenére a tuliliumot korunkban viszonylag széles körben használják a tudományban és az iparban.

• Gyógyszer. A lágy gamma-sugárzással rendelkező tuliium-170 izotópot diagnosztikai eszközök létrehozására használják, különösen az emberi test hagyományos röntgenkészülékkel nehezen elérhető területein. Ezek a radioaktív tuliummal ellátott rádióátviteli eszközök egyszerűek és könnyen használhatók az orvosi gyakorlatban.

Hibafelismerés. A radioaktív izotóp, a tulium-170 könnyű színesfémek és ötvözeteik, valamint vékony, legfeljebb 2 mm vastag acéllemezek hibáinak kimutatására szolgál. Az akár 70 mm vastag alumíniumtermékek is könnyen szkennelhetők a tulium-170 izotóppal, ami lehetővé teszi bennük a legkisebb hibák észlelését. Ebben az esetben egy fotoelektromos eszközt használnak, amely gamma-tulium sugárzást használ, és nagy kontrasztú képet készít a vizsgált tárgyról. A Thulium-170-et úgy állítják elő, hogy a tuliium-oxidot neutronokkal sugározzák be, amelyet alumíniumampullába helyeznek, majd azzal együtt használnak fel.

• Lézeres anyagok. A túliumionokat infravörös lézersugárzás generálására használják. A túlium fémgőzöket változó frekvenciájú (hullámhosszú) lézersugárzás gerjesztésére használják. A tuliumot lézeres anyagok, valamint szintetikus gránátok gyártására használják.

• Mágneses adathordozó. A thuliumot ferrogránátok előállítására használják információtároló eszközök létrehozására.

• ThermoEMF anyagok. A Thulium-monotellurid magas hő-EMF-szinttel rendelkezik, a hőátalakítók nagy hatékonyságával, azonban a tuliium hőelemként való széles körű elterjedését nehezíti a magas költsége.

• Félvezetők. A tulium-telluridot módosító szerként használják az ólom-tellurid félvezető tulajdonságainak szabályozására.

• Atomenergia. A tulium-borátot speciális zománcok adalékaként használják a neutronsugárzás elleni védelem érdekében.

• Szupravezetők. A tuliumvegyületek a magas hőmérsékletű szupravezető anyagok részét képezik.

• Üveggyártás. A katódsugárcsövek üveg- és kerámiáinak gyártása során a thúlium különféle oxidanyagok összetevője.

• Egy atom elektronikus konfigurációja egy képlet, amely megmutatja az elektronok elrendezését egy atomban szintek és alszintek szerint. A cikk tanulmányozása után megtudhatja, hol és hogyan helyezkednek el az elektronok, megismerkedhet a kvantumszámokkal, és meg tudja alkotni egy atom elektronikus konfigurációját a szám alapján; a cikk végén található az elemek táblázata.

  Miért tanulmányozzuk az elemek elektronikus konfigurációját?

  Az atomok olyanok, mint egy konstrukciós halmaz: van egy bizonyos számú rész, különböznek egymástól, de két azonos típusú rész teljesen azonos. De ez az építőkészlet sokkal érdekesebb, mint a műanyag, és itt van miért. A konfiguráció attól függően változik, hogy ki van a közelben. Például a hidrogén mellett oxigén Talán vízzé alakul, nátrium közelében gázzá alakul, vas közelében pedig teljesen rozsdává. Annak a kérdésnek a megválaszolásához, hogy miért történik ez, és megjósolhatjuk egy atom viselkedését a másik mellett, meg kell vizsgálni az elektronikus konfigurációt, amelyet az alábbiakban tárgyalunk.

  Hány elektron van egy atomban?

  Az atom magból és a körülötte forgó elektronokból áll, az atommag protonokból és neutronokból áll. Semleges állapotban minden atomnak annyi elektronja van, ahány proton van az atommagjában. A protonok számát az elem rendszáma jelöli, például a kénnek 16 protonja van - ez a periódusos rendszer 16. eleme. Az aranynak 79 protonja van - ez a periódusos rendszer 79. eleme. Ennek megfelelően a kénnek semleges állapotban 16, az aranynak 79 elektronja van.

  Hol keressünk elektront?

  Az elektron viselkedésének megfigyelésével bizonyos mintázatok származtathatók, ezeket kvantumszámokkal írják le, összesen négy van:

  • Főkvantumszám
  • Orbitális kvantumszám
  • Mágneses kvantumszám
  • Spin kvantumszám

  Orbitális

  Továbbá a pálya szó helyett a „pálya” kifejezést fogjuk használni; az orbitál az elektron hullámfüggvénye; nagyjából ez az a tartomány, amelyben az elektron az idejének 90%-át tölti.

  N - szint
  L - héj
  M l - pályaszám
  M s - első vagy második elektron a pályán
  

  l pályakvantumszám

  Az elektronfelhő tanulmányozása eredményeként azt találták, hogy a felhőnek az energiaszinttől függően négy fő formája van: labda, súlyzók és két másik, összetettebb. Az energia növekedési sorrendjében ezeket a formákat s-, p-, d- és f-héjnak nevezzük. Mindegyik héjnak 1 (s), 3 (p), 5 (d) és 7 (f) pályája lehet. Az orbitális kvantumszám az a héj, amelyben a pályák találhatók. Az s, p, d és f pályák pályakvantumszáma 0, 1, 2 vagy 3 értéket vesz fel.

  Az s-héjon egy pálya van (L=0) - két elektron
  Három pálya van a p-héjon (L=1) - hat elektron
  Öt pálya van a d-héjon (L=2) - tíz elektron
  Hét pálya van az f-héjon (L=3) - tizennégy elektron
  

  Mágneses kvantumszám m l

  A p-shell-en három pálya található, ezeket -L-től +L-ig terjedő számok jelölik, azaz a p-shell-hez (L=1) „-1”, „0” és „1” pályák vannak. . A mágneses kvantumszámot m l betűvel jelöljük.

  A héjon belül könnyebben helyezkednek el az elektronok különböző pályákon, így az első elektronok mindegyik pályán megtöltenek egyet, majd mindegyikhez adnak egy-egy elektronpárt.

  Tekintsük a d-shell-t:
  A d-héj az L=2 értéknek felel meg, azaz öt pálya (-2,-1,0,1 és 2), az első öt elektron tölti ki a héjat M l =-2, M értékekkel. l=-1, Ml=0, Ml=1,Ml=2.

  Spin kvantumszám m s

  A spin az elektron forgásiránya a tengelye körül, két iránya van, tehát a spinkvantumszámnak két értéke van: +1/2 és -1/2. Egy energia-alszint csak két ellentétes spinű elektront tartalmazhat. A spinkvantumszámot m s-vel jelöljük

  n főkvantumszám

  A fő kvantumszám az energiaszint, jelenleg hét energiaszint ismeretes, mindegyiket egy-egy arab szám jelöli: 1,2,3,...7. A shellek száma minden szinten megegyezik a szintszámmal: egy shell van az első szinten, kettő a másodikon stb.

  Elektronszám

  
  

  Tehát bármely elektron leírható négy kvantumszámmal, ezeknek a számoknak a kombinációja egyedi az elektron minden pozíciójára, vegyük az első elektront, a legalacsonyabb energiaszint N = 1, az első szinten van egy héj, a az első héj bármely szinten labda alakú (s -shell), azaz. L=0, a mágneses kvantumszám csak egy értéket vehet fel, M l =0 és a spin +1/2 lesz. Ha vesszük az ötödik elektront (bármelyik atomban van is), akkor a fő kvantumszámok a következők lesznek: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2.