Nama geografis unsur kimia. Konfigurasi elektron suatu atom Bilangan kuantum magnetik ml

Mudah diolah dan memiliki warna putih keperakan. Meskipun langka dan harganya mahal, thulium digunakan dalam laser solid-state canggih dan sebagai radioisotop pada mesin sinar-X portabel.

1. Sejarah

Tullium ditemukan oleh ahli kimia Swedia Per Theodor Kleve sebagai pengotor dalam oksida unsur tanah jarang lainnya (menggunakan metode yang diusulkan oleh Carl Gustav Mosander untuk mencari dan mengisolasi unsur tanah jarang baru). Kleve memisahkan semua pengotor yang diketahui dari erbium, unsur “tanah” (oksida) (2 3). Setelah prosedur tambahan, Kleve mengisolasi dua zat baru: satu berwarna coklat, yang lainnya berwarna hijau. Coklat adalah bumi, yang Cleve usulkan untuk disebut "holmium" dan sesuai dengan unsur holmium, bumi hijau yang disebutnya "Tullia" dan unsur baru Thule untuk menghormati Thule, nama Latin untuk Skandinavia.

Thulium sangat langka sehingga salah satu peneliti awal tidak mempunyai jumlah yang cukup untuk dapat memurnikannya sehingga dapat melihat warna hijau senyawanya, mereka harus bersukacita, jika hanya karena garis spektral karakteristik thulium meningkat ketika dihilangkan secara bertahap. dari sampel. Erbium telah dihapus. Peneliti pertama yang memperoleh thulium (thulium oksida) yang cukup murni adalah Charles James, dari Durham College, New Hampshire. Pada tahun 1911 ia melaporkan bahwa kristalisasi fraksional bromat memungkinkannya mengisolasi bahan murni. Dia melakukan 15.000 "operasi" kristalisasi untuk membangun homogenitas materialnya.

Thulium oksida dengan kemurnian tinggi pertama kali tersedia secara komersial pada akhir tahun 1950-an, sebagai hasil perbaikan dalam teknologi pemisahan pertukaran ion. Divisi Kimia Lindsay dari American Potash & Chemical Corporation menawarkan tingkat kemurnian 99% dan 99,9%. Harga per kilogram berfluktuasi antara US$4.600 dan US$13.300 selama periode dari hingga untuk sediaan murni 99,9%, ini merupakan harga tertinggi untuk lantanida setelah lutetium.

2. Prevalensi dan produksi

Unsur ini tidak pernah ditemukan di alam dalam keadaan bebas, tetapi ditemukan dalam jumlah kecil pada mineral bersama unsur tanah jarang lainnya. Kandungannya di kerak bumi adalah 0,5 mg/kg. Thulium terutama ditambang dari monasit (~0,007% thulium), bijih yang ditemukan di beberapa pasir, menggunakan teknologi pertukaran ion. Teknologi pertukaran ion baru dan ekstraksi pelarut organik telah memungkinkan isolasi thulium dengan lebih efisien dan mudah, sehingga mengurangi biaya ekstraksi. Sumber utama thulium saat ini adalah endapan tanah liat di Tiongkok selatan. Dalam mineral tersebut, di mana yttrium membentuk 2/3 dari total komponen bijih tanah jarang, hanya terdapat 0,5% thulium. Setelah diisolasi, logam dapat diisolasi dengan mereduksi oksidanya dengan lantanum atau kalsium dalam reaktor tertutup pada suhu tinggi. Menurut metode lain, thulium direduksi dari fluorida dengan kalsium metalotermik:
2TmF 3 + 3Ca = 3CaF 2 + 2Tm

3. Sifat kimia

Thulium bereaksi lambat, dan pada suhu tinggi, dengan oksigen atmosfer membentuk thulium (III) oksida:

4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3

Bereaksi lambat dengan air, tetapi reaksinya dipercepat ketika dipanaskan membentuk hidroksida:

2 Tm + 6 H 2 O → 2 Tm (OH) 3 + 3 H 2 2 Tm + 3 F 2 → 2 TmF 3 [garam putih] 2 Tm + 3 Cl 2 → 2 TmCl 3 [garam kuning] 2 Tm + 3 Br 2 → 2 TmBr 3 [garam putih] 2 Tm + 3 I 2 → 2 TmI 3 [garam kuning]

4.2. Sumber sinar-X

Meskipun biayanya mahal, mesin sinar-X portabel menggunakan thulium sebagai sumber radiasi, yang diiradiasi dengan neutron di dalam reaktor nuklir. Sumber-sumber ini telah aktif selama kurang lebih satu tahun sebagai alat di unit medis dan gigi keliling dan untuk mengidentifikasi cacat pada komponen mekanis dan elektronik yang sulit dijangkau. Sumber semacam itu tidak memerlukan proteksi radiasi yang serius - sedikit lapisan timbal saja sudah cukup.

5. Peran dan peringatan biologis

Peran biologis thulium tidak diketahui, meskipun diketahui merangsang metabolisme. Garam thulium yang larut sedikit beracun jika dimasukkan ke dalam tubuh dalam jumlah banyak, tetapi garam yang tidak larut tidak beracun. Tullium tidak diserap oleh akar tanaman sehingga tidak masuk ke rantai makanan manusia. Sayuran biasanya hanya mengandung satu miligram thulium per ton berat kering).

literatur

• Glosarium istilah kimia // J. Opeida, O. Shvaika. Institut Kimia Fisik-Organik dan Kimia Batubara dinamai L.M. Litvinenko NAS dari Ukraina, Universitas Nasional Donetsk - Donetsk: "Weber", 2008. - 758 hal. ISBN 978-966-335-206-0

Thulium - 69

Thulium (Tm) - unsur tanah jarang, nomor atom 69, massa atom 168,93, titik leleh 1545°C, massa jenis 9,346 g/cm3.
Thulium mendapatkan namanya untuk menghormati negara legendaris "Thule", yang oleh para ahli geografi kuno dianggap sebagai tanah paling utara, yang pada zaman kita sesuai lokasi geografisnya dengan Semenanjung Skandinavia. Thulium ditemukan pada tahun 1879 dengan spektroskopi. Thulium adalah salah satu lantanida yang paling sedikit jumlahnya di alam, selain itu, sangat sulit untuk mengisolasinya dari campuran dengan logam tanah jarang lainnya. Butuh waktu beberapa tahun untuk mendapatkan konsentrat thulium dua puluh persen, dan kemudian meningkatkan kandungan thulium di dalamnya hingga 99%. Saat ini, metode kromatografi yang digunakan untuk pemisahan logam tanah jarang telah secara signifikan menyederhanakan dan mempercepat produksi thulium oksida dan, selanjutnya, produksi logam murni. Dalam bentuknya yang murni, thulium diperoleh pada tahun 1911.
Thulium adalah salah satu lantanida terberat, kepadatannya mendekati kepadatan tembaga dan nikel.

Thulium—lembut berwarna putih keperakan

Thulium—lembut berwarna putih keperakan, logam kental yang mudah dibentuk, tidak teroksidasi di udara, tetapi bila dipanaskan di udara lembab, ia teroksidasi sedikit. Bereaksi dengan asam mineral menghasilkan garam thulium. Bereaksi dengan halogen dan nitrogen saat dipanaskan. Di alam, thulium terdapat dalam mineral seperti xenotime, euxenite, monazite, dan loparite. Kandungan kerak bumi adalah 2,7x10-5% dari total massa. Dalam jenis bahan baku alami dan buatan, thulium oksida sangat jarang terkandung - dalam eudialit - 0,3%, dan dalam mineral lain - bahkan lebih sedikit. Tiga puluh dua isotop radioaktif buatan dengan waktu paruh berbeda telah diperoleh dari thulium. Hanya satu yang muncul secara alami, thulium-169.

KUITANSI.

Setelah pengayaan mineral alami, konsentrat yang dihasilkan dari campuran logam tanah jarang diproses, sehingga thulium dipekatkan dengan lantanida berat - ytterbium dan lutetium. Pemisahan dan pemurnian dilakukan dengan ekstraksi atau kromatografi pertukaran ion menggunakan komplekson (zat organik yang membentuk senyawa kompleks dengan ion logam). Logam thulium diperoleh dengan reduksi termal thulium fluorida dengan TmF3-kalsium, atau thulium oksida dengan Tm2O3-lanthanum. Thulium juga diperoleh dengan memanaskan thulium nitrat, sulfat dan oksalat di udara hingga 800-900°C.

APLIKASI.

Meskipun prevalensinya rendah di alam dan biayanya tinggi, thulium, di zaman kita, telah mulai digunakan secara luas dalam ilmu pengetahuan dan industri.

• Obat-obatan. Isotop thulium, thulium-170, yang memiliki radiasi gamma lembut, digunakan untuk membuat perangkat diagnostik, terutama untuk area tubuh manusia yang sulit dijangkau dengan mesin sinar-X konvensional. Perangkat transmisi radio dengan thulium radioaktif ini sederhana dan mudah digunakan dalam praktik medis.

Deteksi cacat. Isotop radioaktif, thulium-170, digunakan untuk deteksi cacat logam non-ferrous ringan dan paduannya, serta pelat baja tipis dengan ketebalan hingga 2 mm. Produk aluminium dengan ketebalan hingga 70 mm dapat dengan mudah dipindai dengan isotop thulium-170, yang memungkinkan untuk mendeteksi cacat terkecil di dalamnya. Dalam hal ini digunakan perangkat fotolistrik yang menggunakan radiasi gamma thulium dan menghasilkan gambar kontras tinggi dari objek yang diperiksa. Thulium-170 dibuat dengan menyinari thulium oksida dengan neutron, yang ditempatkan dalam ampul aluminium dan kemudian digunakan bersamanya.

• bahan laser. Ion thulium digunakan untuk menghasilkan radiasi laser inframerah. Uap logam thulium digunakan untuk merangsang radiasi laser dengan frekuensi variabel (panjang gelombang). Thulium digunakan untuk pembuatan bahan laser, serta untuk pembuatan garnet sintetis.

• Media magnetik. Logam thulium digunakan untuk memproduksi ferrogarnet untuk membuat media penyimpanan informasi.

• Bahan termoEMF. Thulium monotelluride memiliki tingkat termoEMF yang tinggi dengan efisiensi konverter termal yang tinggi; namun, meluasnya penggunaan thulium sebagai elemen termo terhambat oleh biayanya yang tinggi.

• Semikonduktor. Thulium telluride digunakan sebagai pengubah untuk mengatur sifat semikonduktor timbal telluride.

• Daya nuklir. Thulium borat digunakan sebagai bahan tambahan pada enamel khusus untuk perlindungan terhadap radiasi neutron.

• Superkonduktor. Senyawa thulium merupakan bagian dari bahan superkonduktor suhu tinggi.

• Produksi kaca. Thulium merupakan komponen berbagai bahan oksida dalam produksi kaca dan keramik untuk tabung sinar katoda.

• Konfigurasi elektronik suatu atom adalah rumus yang menunjukkan susunan elektron dalam atom berdasarkan level dan sublevel. Setelah mempelajari artikel ini, Anda akan mempelajari di mana dan bagaimana elektron berada, mengenal bilangan kuantum dan dapat menyusun konfigurasi elektron suatu atom berdasarkan nomornya; di akhir artikel terdapat tabel unsur.

  Mengapa mempelajari konfigurasi elektron suatu unsur?

  Atom ibarat suatu rangkaian konstruksi: terdapat sejumlah bagian tertentu, keduanya berbeda satu sama lain, tetapi dua bagian yang berjenis sama adalah sama persis. Tapi set konstruksi ini jauh lebih menarik daripada yang plastik dan inilah alasannya. Konfigurasinya berubah tergantung siapa yang berada di dekatnya. Misalnya oksigen di samping hidrogen Mungkin berubah menjadi air, bila dekat natrium berubah menjadi gas, dan bila dekat besi seluruhnya berubah menjadi karat. Untuk menjawab pertanyaan mengapa hal ini terjadi dan memprediksi perilaku suatu atom terhadap atom lainnya, perlu dipelajari konfigurasi elektronnya, yang akan dibahas di bawah ini.

  Berapa banyak elektron dalam sebuah atom?

  Sebuah atom terdiri dari inti dan elektron yang berputar mengelilinginya; inti terdiri dari proton dan neutron. Dalam keadaan netral, setiap atom mempunyai jumlah elektron yang sama dengan jumlah proton dalam intinya. Jumlah proton ditentukan oleh nomor atom suatu unsur, misalnya belerang memiliki 16 proton - unsur ke-16 dalam tabel periodik. Emas memiliki 79 proton - unsur ke-79 dalam tabel periodik. Oleh karena itu, belerang memiliki 16 elektron dalam keadaan netral, dan emas memiliki 79 elektron.

  Di mana mencari elektron?

  Dengan mengamati perilaku elektron, pola-pola tertentu diturunkan; pola-pola tersebut digambarkan dengan bilangan kuantum, totalnya ada empat:

  • Bilangan kuantum utama
  • Bilangan kuantum orbital
  • Bilangan kuantum magnetik
  • Putar bilangan kuantum

  orbital

  Selanjutnya, alih-alih menggunakan kata orbital, kita akan menggunakan istilah “orbital”; orbital adalah fungsi gelombang elektron; secara kasar, ini adalah wilayah di mana elektron menghabiskan 90% waktunya.

  N - tingkat
  L - cangkang
  M l - nomor orbital
  M s - elektron pertama atau kedua dalam orbital
  

  Bilangan kuantum orbital l

  Dari hasil mempelajari awan elektron, mereka menemukan bahwa bergantung pada tingkat energinya, awan mempunyai empat bentuk utama: bola, dumbel, dan dua bentuk lain yang lebih kompleks. Berdasarkan kenaikan energinya, bentuk-bentuk ini disebut kulit s-, p-, d- dan f. Masing-masing kulit ini dapat mempunyai orbital 1 (pada s), 3 (pada p), 5 (pada d) dan 7 (pada f). Bilangan kuantum orbital adalah kulit tempat orbital berada. Bilangan kuantum orbital untuk orbital s,p,d dan f masing-masing bernilai 0,1,2 atau 3.

  Ada satu orbital pada kulit s (L=0) - dua elektron
  Ada tiga orbital pada kulit p (L=1) - enam elektron
  Ada lima orbital pada kulit d (L=2) - sepuluh elektron
  Ada tujuh orbital pada kulit f (L=3) - empat belas elektron
  

  Bilangan kuantum magnetik ml

  Ada tiga orbital pada kulit p, ditandai dengan angka dari -L sampai +L, yaitu untuk kulit p (L=1) terdapat orbital “-1”, “0” dan “1” . Bilangan kuantum magnetik dilambangkan dengan huruf ml.

  Di dalam kulit, lebih mudah bagi elektron untuk ditempatkan pada orbital yang berbeda, sehingga elektron pertama mengisi satu elektron di setiap orbital, dan kemudian sepasang elektron ditambahkan ke masing-masing orbital.

  Pertimbangkan d-shell:
  Kulit d sesuai dengan nilai L=2, yaitu lima orbital (-2,-1,0,1 dan 2), lima elektron pertama mengisi kulit dengan nilai M l =-2, M aku =-1, M aku =0 , M aku =1,M aku =2.

  Putar bilangan kuantum m s

  Spin adalah arah putaran elektron pada porosnya, ada dua arah, sehingga bilangan kuantum spin memiliki dua nilai: +1/2 dan -1/2. Satu sublevel energi hanya dapat memuat dua elektron dengan spin berlawanan. Bilangan kuantum putaran dilambangkan dengan m s

  Bilangan kuantum utama n

  Bilangan kuantum utama adalah tingkat energi; saat ini diketahui tujuh tingkat energi, masing-masing ditandai dengan angka Arab: 1,2,3,...7. Jumlah cangkang di tiap level sama dengan nomor level: ada satu cangkang di level pertama, dua di level kedua, dan seterusnya.

  Nomor elektron

  
  

  Jadi, setiap elektron dapat digambarkan dengan empat bilangan kuantum, kombinasi angka-angka ini unik untuk setiap posisi elektron, ambil elektron pertama, tingkat energi terendah adalah N = 1, pada tingkat pertama terdapat satu kulit, yaitu cangkang pertama pada tingkat mana pun berbentuk bola (s -kulit), mis. L=0, bilangan kuantum magnetik hanya dapat mempunyai satu nilai, M l =0 dan putarannya akan sama dengan +1/2. Jika kita mengambil elektron kelima (dalam atom apa pun itu), maka bilangan kuantum utamanya adalah: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2.