Քիմիական տարրերի աշխարհագրական անվանումները. Ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա Մագնիսական քվանտային թիվ m l

Այն հեշտ է մշակվում և ունի արծաթափայլ սպիտակ գույն։ Չնայած իր հազվադեպությանը և բարձր գնին, թուլիումն օգտագործվում է առաջադեմ պինդ լազերներում և որպես ռադիոիզոտոպ շարժական ռենտգենյան սարքերում։

1. Պատմություն

Tullium-ը հայտնաբերել է շվեդ քիմիկոս Պեր Թեոդոր Կլևը որպես այլ հազվագյուտ երկրային տարրերի օքսիդների աղտոտվածություն (օգտագործելով Կարլ Գուստավ Մոսանդերի առաջարկած մեթոդը՝ նոր հազվագյուտ հողային տարրեր որոնելու և մեկուսացնելու համար): Կլևը առանձնացրեց բոլոր հայտնի կեղտերը էրբիումից՝ «հող» (օքսիդ) տարրից (2 3): Լրացուցիչ պրոցեդուրաներից հետո Kleve-ն առանձնացրել է երկու նոր նյութ՝ մեկը շագանակագույն, մյուսը՝ կանաչ։ Դարչնագույնը երկիրն էր, որը Քլիվն առաջարկեց անվանել «հոլմիում» և որը համապատասխանում է հոլմիում տարրին, կանաչ հողը, որը նա անվանեց «Տուլիա» և նոր տարրը՝ Թուլ՝ ի պատիվ Թուլի, Սկանդինավիայի լատիներեն անվանումը։

Տուլիումը այնքան հազվադեպ էր, որ վաղ հետազոտողներից մեկը չուներ այն այնքան, որ կարողանար մաքրել այն այնքան, որ տեսներ իր միացությունների կանաչ գույնը, նրանք պետք է ուրախանային, թեկուզ միայն այն պատճառով, որ թուլիումի բնորոշ սպեկտրային գծերն ուժեղանում էին, երբ աստիճանաբար հեռացվում էին: նմուշից Էրբիումը հանվել է: Առաջին հետազոտողը, ով ստացել է բավականաչափ մաքուր թուլիում (թուլիումի օքսիդ) Չարլզ Ջեյմսն էր՝ Նյու Հեմփշիր նահանգի Դուրհամ քոլեջից: 1911 թվականին նա զեկուցեց, որ բրոմատի կոտորակային բյուրեղացումը իրեն թույլ է տվել մեկուսացնել մաքուր նյութը։ Նա կատարել է 15000 բյուրեղացման «օպերացիա»՝ հաստատելու իր նյութի միատարրությունը։

Բարձր մաքրության տուլիումի օքսիդը առաջին անգամ առևտրային հասանելի դարձավ 1950-ականների վերջին՝ իոնափոխանակման տարանջատման տեխնոլոգիաների բարելավման արդյունքում։ Ամերիկյան Potash & Chemical Corporation-ի Lindsay Chemical Division-ն առաջարկում էր 99% և 99.9% մաքրության աստիճաններ: Մեկ կիլոգրամի գինը տատանվել է 4600-ից մինչև 13300 ԱՄՆ դոլարի միջև ընկած ժամանակահատվածում 99,9% մաքուր պատրաստուկի համար, սա լանթանիդի ամենաբարձր գինն էր լուտեցիումից հետո:

2. Տարածվածություն և արտադրություն

Այս տարրը բնության մեջ երբեք ազատ վիճակում չի հանդիպում, սակայն այն քիչ քանակությամբ է հանդիպում հանքանյութերում՝ այլ հազվագյուտ հողային տարրերի հետ։ Նրա պարունակությունը երկրակեղևում կազմում է 0,5 մգ/կգ։ Թուլիումը հիմնականում արդյունահանվում է մոնազիտից (~ 0,007% թուլիում)՝ որոշ ավազներում հայտնաբերված հանքաքարից՝ օգտագործելով իոնափոխանակման տեխնոլոգիաներ: Իոնափոխանակման և օրգանական լուծիչների արդյունահանման նոր տեխնոլոգիաները հնարավորություն են տվել ավելի արդյունավետ և հեշտ մեկուսացնել թուլիումը` նվազեցնելով դրա արդյունահանման արժեքը: Այսօր տուլիումի հիմնական աղբյուրը հարավային Չինաստանի կավե հանքավայրերն են: Նման միներալներում, որտեղ իտրիումը կազմում է հանքաքարի հազվագյուտ հողային բաղադրիչի 2/3-ը, կա միայն 0,5% թուլիում։ Մեկուսացնելուց հետո մետաղը կարող է մեկուսացվել՝ փոքրացնելով դրա օքսիդը լանթանով կամ կալցիումով փակ ռեակտորում բարձր ջերմաստիճանում: Մեկ այլ մեթոդի համաձայն, թուլիումը ֆտորիդից կրճատվում է մետաղաջերմային կալցիումով.
2TmF 3 + 3Ca = 3CaF 2 + 2Tm

3. Քիմիական հատկություններ

Թուլիումը դանդաղ և բարձր ջերմաստիճաններում արձագանքում է մթնոլորտի թթվածնի հետ՝ ձևավորելով թուլիումի (III) օքսիդ.

4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3

Դանդաղ արձագանքում է ջրի հետ, բայց ռեակցիան արագանում է, երբ տաքանում է, առաջացնելով հիդրօքսիդ.

2 Tm + 6 H 2 O → 2 Tm (OH) 3 + 3 H 2 2 Tm + 3 F 2 → 2 TmF 3 [սպիտակ աղ] 2 Tm + 3 Cl 2 → 2 TmCl 3 [դեղին աղ] 2 Tm + 3 Br 2 → 2 TmBr 3 [սպիտակ աղ] 2 Tm + 3 I 2 → 2 TmI 3 [դեղին աղ]

4.2. Ռենտգենյան աղբյուրներ

Չնայած բարձր գնին, դյուրակիր ռենտգեն մեքենաները օգտագործում են թուլիումը որպես ճառագայթման աղբյուր, որը ճառագայթվում էր նեյտրոններով միջուկային ռեակտորում։ Այս աղբյուրները գործում են մոտ մեկ տարի՝ որպես գործիք շարժական բժշկական և ատամնաբուժական բաժանմունքներում և դժվար հասանելի մեխանիկական և էլեկտրոնային բաղադրիչների թերությունները հայտնաբերելու համար: Նման աղբյուրները չեն պահանջում լուրջ ճառագայթային պաշտպանություն. կապարի փոքր ծածկույթը բավարար է:

5. Կենսաբանական դեր և նախազգուշացումներ

Թուլիումի կենսաբանական դերը հայտնի չէ, թեև նշվել է, որ այն որոշակիորեն խթանում է նյութափոխանակությունը: Լուծվող թուլիումի աղերը փոքր-ինչ թունավոր են, եթե մեծ քանակությամբ ներմուծվում են օրգանիզմ, սակայն չլուծվող աղերը թունավոր չեն: Տուլիումը չի ներծծվում բույսերի արմատներով և, հետևաբար, չի մտնում մարդու սննդային շղթա: Բանջարեղենը սովորաբար պարունակում է ընդամենը մեկ միլիգրամ թուլիում մեկ տոննա չոր քաշի համար):

գրականություն

• Քիմիայի տերմինների բառարան // J. Opeida, O. Shvaika. Ուկրաինայի Լ.Մ. Լիտվինենկոյի անվան ԳԱԱ ֆիզիկական-օրգանական քիմիայի և ածխի քիմիայի ինստիտուտ, Դոնեցկի ազգային համալսարան - Դոնեցկ. «Վեբեր», 2008 թ. - 758 էջ. ISBN 978-966-335-206-0

Թուլիում - 69

Թուլիում (Tm) - հազվագյուտ հողային տարր, ատոմային համարը՝ 69, ատոմային զանգվածը՝ 168,93, հալման կետը՝ 1545°C, խտությունը՝ 9,346 գ/սմ3։
Թուլիումը ստացել է իր անունը ի պատիվ լեգենդար երկրի «Thule», որը հնագույն աշխարհագրագետները համարում էին ամենահյուսիսային երկիրը, որը մեր ժամանակներում աշխարհագրական դիրքով համապատասխանում է Սկանդինավյան թերակղզուն: Թուլիումը հայտնաբերվել է 1879 թվականին սպեկտրոսկոպիայի միջոցով։ Թուլիումը բնության մեջ ամենաաննշան տարածված լանթանիդներից մեկն է, բացի այդ, շատ դժվար էր այն մեկուսացնել այլ հազվագյուտ հողային մետաղների հետ խառնուրդից: Մի քանի տարի պահանջվեց տուլիումի քսան տոկոսանոց խտանյութ ստանալու համար, այնուհետև դրանում տուլիումի պարունակությունը մինչև 99% բարձրացնելու համար: Մեր օրերում հազվագյուտ հողային մետաղների տարանջատման համար օգտագործվող քրոմատոգրաֆիկ մեթոդը զգալիորեն պարզեցրել և արագացրել է տուլիումի օքսիդների արտադրությունը և, հետևաբար, մաքուր մետաղի արտադրությունը։ Իր մաքուր տեսքով թուլիումը ստացվել է 1911թ.
Թուլիումը ամենածանր լանտանիդներից է, նրա խտությունը մոտ է պղնձի և նիկելի խտությանը։

Թուլիում - արծաթ-սպիտակ փափուկ

Թուլիում - արծաթ-սպիտակ փափուկ, ճկուն, մածուցիկ մետաղ է, օդում չի օքսիդանում, բայց խոնավ օդում տաքացնելիս մի փոքր օքսիդանում է։ Փոխազդում է հանքային թթուների հետ՝ արտադրելով տուլիումի աղեր։ Տաքացնելիս փոխազդում է հալոգենների և ազոտի հետ։ Բնության մեջ թուլիումը առկա է այնպիսի միներալներում, ինչպիսիք են քսենոտիմը, էքսենիտը, մոնազիտը և լոպարիտը։ Երկրակեղևում պարունակությունը կազմում է ընդհանուր զանգվածի 2,7x10-5%-ը։ Բնական և տեխնածին հումքի տեսակներում թուլիումի օքսիդը պարունակվում է չափազանց հազվադեպ՝ էուդիալիտի մեջ՝ 0,3%, իսկ այլ հանքանյութերում՝ նույնիսկ ավելի քիչ։ Տուլիումից ստացվել են երեսուներկու արհեստական ​​ռադիոակտիվ իզոտոպներ՝ տարբեր կիսամյակներով։ Բնականաբար միայն մեկը հանդիպում է՝ թուլիում-169:

ԱՆԴՐԱՆՔ.

Բնական օգտակար հանածոների հարստացումից հետո հազվագյուտ հողային մետաղների խառնուրդից ստացված խտանյութերը վերամշակվում են, ինչի արդյունքում տուլիումը խտացնում են ծանր լանթանիդներով՝ իտերբիումով և լուտեցիումով։ Տարանջատումը և զտումը կատարվում են արդյունահանման կամ իոնափոխանակման քրոմատագրման միջոցով՝ օգտագործելով կոմպլեքսներ (օրգանական նյութեր, որոնք կազմում են բարդ միացություններ մետաղական իոնների հետ): Թուլիումի մետաղը ստացվում է թուլիումի ֆտորիդի ջերմային վերականգնմամբ TmF3-կալցիումով, կամ թուլիումի օքսիդը՝ Tm2O3-լանթանով։ Թուլիում են ստանում նաև տուլիումի նիտրատները, սուլֆատները և օքսալատները օդում տաքացնելով մինչև 800-900°C։

ԴԻՄՈՒՄ.

Չնայած բնության մեջ իր ցածր տարածվածությանը և բարձր գնին, թուլիումը մեր ժամանակներում սկսել է համեմատաբար լայնորեն կիրառվել գիտության և արդյունաբերության մեջ:

• Դեղ. Թուլիումի իզոտոպը` թուլիում-170-ը, որն ունի փափուկ գամմա ճառագայթում, օգտագործվում է ախտորոշիչ սարքեր ստեղծելու համար, հատկապես մարդու մարմնի այն հատվածների համար, որոնք դժվար է հասնել սովորական ռենտգեն ապարատով: Ռադիոակտիվ թուլիումով ռադիոհաղորդիչ սարքերը պարզ են և հեշտ կիրառելի բժշկական պրակտիկայում:

Թերի հայտնաբերում. Ռադիոակտիվ իզոտոպը՝ թուլիում-170, օգտագործվում է թեթև գունավոր մետաղների և դրանց համաձուլվածքների, ինչպես նաև մինչև 2 մմ հաստությամբ պողպատե բարակ թիթեղների թերությունները հայտնաբերելու համար։ Մինչև 70 մմ հաստությամբ ալյումինե արտադրանքները հեշտությամբ կարելի է սկանավորել thulium-170 իզոտոպով, ինչը հնարավորություն է տալիս հայտնաբերել դրանցում առկա ամենափոքր թերությունները: Այս դեպքում օգտագործվում է ֆոտոէլեկտրական սարք, որն օգտագործում է թուլիումի գամմա ճառագայթումը և ստեղծում է հետազոտվող օբյեկտի բարձր կոնտրաստային պատկեր։ Թուլիում-170-ը պատրաստվում է տուլիումի օքսիդը նեյտրոններով ճառագայթելով, որը տեղադրվում է ալյումինե ամպուլայի մեջ և այնուհետև օգտագործվում դրա հետ:

• Լազերային նյութեր. Թուլիումի իոնները օգտագործվում են ինֆրակարմիր լազերային ճառագայթման համար: Թուլիումի մետաղի գոլորշիները օգտագործվում են փոփոխական հաճախականությամբ (ալիքի երկարությամբ) լազերային ճառագայթումը գրգռելու համար։ Թուլիումը օգտագործվում է լազերային նյութերի, ինչպես նաև սինթետիկ նռնաքարերի արտադրության համար։

• Մագնիսական լրատվամիջոցներ. Թուլիումի մետաղը օգտագործվում է ֆերոգառնետներ արտադրելու համար՝ տեղեկատվության պահպանման մեդիա ստեղծելու համար:

• ThermoEMF նյութեր. Թուլիումի մոնոտելլուրիդը ունի ջերմաէմֆ-ի բարձր մակարդակ՝ ջերմային փոխարկիչների բարձր արդյունավետությամբ, սակայն, որպես ջերմային տարրեր թուլիումի լայնածավալ օգտագործումը խոչընդոտվում է դրա բարձր գնով:

• Կիսահաղորդիչներ. Թուլիումի տելուրիդը օգտագործվում է որպես մոդիֆիկատոր՝ կապարի թելուրիդի կիսահաղորդչային հատկությունները կարգավորելու համար։

• Միջուկային էներգիա. Թուլիումի բորատը օգտագործվում է որպես հատուկ էմալների հավելում նեյտրոնային ճառագայթումից պաշտպանվելու համար։

• Գերհաղորդիչներ. Թուլիումի միացությունները բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ նյութերի մի մասն են։

• Ապակու արտադրություն. Թուլիումը տարբեր օքսիդ նյութերի բաղադրիչ է կաթոդային ճառագայթների համար ապակու և կերամիկայի արտադրության մեջ:

• Ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաբանաձև է, որը ցույց է տալիս ատոմների էլեկտրոնների դասավորությունը ըստ մակարդակների և ենթամակարդակների։ Հոդվածն ուսումնասիրելուց հետո դուք կիմանաք, թե որտեղ և ինչպես են գտնվում էլեկտրոնները, կծանոթանաք քվանտային թվերին և կկարողանաք կառուցել ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան իր թվով, հոդվածի վերջում կա տարրերի աղյուսակ։

  Ինչու՞ ուսումնասիրել տարրերի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան:

  Ատոմները նման են շինարարական հավաքածուի՝ կան որոշակի քանակությամբ մասեր, դրանք տարբերվում են միմյանցից, բայց նույն տեսակի երկու մասերը բացարձակապես նույնն են։ Բայց այս շինարարական հավաքածուն շատ ավելի հետաքրքիր է, քան պլաստիկը, և ահա թե ինչու: Կազմաձևը փոխվում է կախված նրանից, թե ով է մոտակայքում: Օրինակ՝ թթվածինը ջրածնի կողքին Միգուցեվերածվում է ջրի, երբ նատրիումի մոտ այն վերածվում է գազի, իսկ երկաթի մոտ՝ ամբողջությամբ վերածվում է ժանգի։ Հարցին պատասխանելու համար, թե ինչու է դա տեղի ունենում և կանխատեսում է ատոմի վարքագիծը մյուսի կողքին, անհրաժեշտ է ուսումնասիրել էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան, որը կքննարկվի ստորև:

  Քանի՞ էլեկտրոն կա ատոմում:

  Ատոմը բաղկացած է միջուկից և նրա շուրջը պտտվող էլեկտրոններից, միջուկը բաղկացած է պրոտոններից և նեյտրոններից։ Չեզոք վիճակում յուրաքանչյուր ատոմ ունի էլեկտրոնների թիվը, որը հավասար է իր միջուկի պրոտոնների թվին: Պրոտոնների թիվը նշանակվում է տարրի ատոմային թվով, օրինակ՝ ծծումբն ունի 16 պրոտոն՝ պարբերական համակարգի 16-րդ տարրը։ Ոսկին ունի 79 պրոտոն՝ պարբերական համակարգի 79-րդ տարրը։ Ըստ այդմ՝ չեզոք վիճակում ծծումբն ունի 16 էլեկտրոն, իսկ ոսկին՝ 79 էլեկտրոն։

  Որտեղ փնտրել էլեկտրոն:

  Դիտարկելով էլեկտրոնի վարքագիծը՝ ստացվել են որոշակի օրինաչափություններ, դրանք նկարագրվում են քվանտային թվերով, ընդհանուր առմամբ չորսն է.

  • Հիմնական քվանտային թիվը
  • Օրբիտալ քվանտային թիվ
  • Մագնիսական քվանտային թիվ
  • Սփին քվանտային թիվը

  Ուղեծրային

  Այնուհետև, ուղեծր բառի փոխարեն մենք կօգտագործենք «Օրբիտալ» տերմինը, ուղեծիրը էլեկտրոնի ալիքային ֆունկցիան է, մոտավորապես այն շրջանն է, որտեղ էլեկտրոնը ծախսում է իր ժամանակի 90%-ը:

  N - մակարդակ
  L - պատյան
  M l - ուղեծրային համար
  M s - առաջին կամ երկրորդ էլեկտրոնը ուղեծրում
  

  Ուղեծրային քվանտային թիվ l

  Էլեկտրոնային ամպի ուսումնասիրության արդյունքում նրանք պարզել են, որ կախված էներգիայի մակարդակից՝ ամպն ունենում է չորս հիմնական ձև՝ գնդիկ, համրեր և երկու այլ՝ ավելի բարդ։ Էներգիայի ավելացման կարգով այս ձևերը կոչվում են s-, p-, d- և f-կեղև: Այս պատյաններից յուրաքանչյուրը կարող է ունենալ 1 (s-ի վրա), 3 (p-ի վրա), 5 (d-ի վրա) և 7 (f-ի վրա) ուղեծրեր։ Ուղեծրային քվանտային համարը այն թաղանթն է, որում գտնվում են ուղեծրերը։ s,p,d և f ուղեծրերի ուղեծրային քվանտային թիվը համապատասխանաբար ընդունում է 0,1,2 կամ 3 արժեքները:

  S-շեղանի վրա կա մեկ ուղեծր (L=0)՝ երկու էլեկտրոն
  p-շեղանի վրա կա երեք ուղեծր (L=1)՝ վեց էլեկտրոն
  d թաղանթի վրա կա հինգ ուղեծր (L=2)՝ տասը էլեկտրոն
  f-շեղանի վրա յոթ ուղեծրեր կան (L=3)՝ տասնչորս էլեկտրոն
  

  Մագնիսական քվանտային թիվ մ լ

  p-կեղևի վրա կան երեք ուղեծրեր, դրանք նշանակված են -L-ից +L թվերով, այսինքն՝ p-կեղևի համար (L=1) կան «-1», «0» և «1» ուղեծրեր։ . Մագնիսական քվանտային թիվը նշվում է m l տառով:

  Թաղանթի ներսում էլեկտրոնների համար ավելի հեշտ է տեղակայվել տարբեր ուղեծրերում, ուստի առաջին էլեկտրոնները լրացնում են մեկական ուղեծրում, իսկ հետո յուրաքանչյուրին ավելացվում է զույգ էլեկտրոն։

  Դիտարկենք d-shell-ը.
  d-կեղևը համապատասխանում է L=2 արժեքին, այսինքն՝ հինգ օրբիտալներին (-2,-1,0,1 և 2), առաջին հինգ էլեկտրոնները լրացնում են թաղանթը ՝ վերցնելով M l =-2, M արժեքները: l =-1, M l =0, M l =1,M l =2:

  Spin քվանտային թիվը m s

  Սպինը էլեկտրոնի պտտման ուղղությունն է իր առանցքի շուրջ, կա երկու ուղղություն, ուստի սպին քվանտային թիվը երկու արժեք ունի՝ +1/2 և -1/2։ Էներգիայի մեկ ենթամակարդակը կարող է պարունակել միայն երկու էլեկտրոն՝ հակառակ սպիններով: Սպինի քվանտային թիվը նշվում է մ վ

  Հիմնական քվանտային թիվը n

  Հիմնական քվանտային թիվը էներգիայի մակարդակն է, ներկայումս հայտնի է յոթ էներգիայի մակարդակ, որոնցից յուրաքանչյուրը նշվում է արաբական թվով՝ 1,2,3,...7: Յուրաքանչյուր մակարդակում խեցիների քանակը հավասար է մակարդակի թվին. առաջին մակարդակում կա մեկ պատյան, երկրորդում՝ երկու և այլն:

  Էլեկտրոնի համարը

  
  

  Այսպիսով, ցանկացած էլեկտրոն կարելի է նկարագրել չորս քվանտային թվերով, այս թվերի համակցությունը եզակի է էլեկտրոնի յուրաքանչյուր դիրքի համար, վերցրեք առաջին էլեկտրոնը, էներգիայի ամենացածր մակարդակը N = 1 է, առաջին մակարդակում կա մեկ շերտ, Ցանկացած մակարդակի առաջին կեղևն ունի գնդակի ձև (s -shell), այսինքն. L=0, մագնիսական քվանտային թիվը կարող է վերցնել միայն մեկ արժեք՝ M l =0 և սպինը հավասար կլինի +1/2-ի։ Եթե ​​վերցնենք հինգերորդ էլեկտրոնը (ինչ ատոմում էլ լինի), ապա նրա համար հիմնական քվանտային թվերը կլինեն՝ N=2, L=1, M=-1, սպին 1/2։