ქიმიური ელემენტების გეოგრაფიული სახელები. ატომის ელექტრონული კონფიგურაცია მაგნიტური კვანტური რიცხვი m l
ადვილად დასამუშავებელია და აქვს მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერი. იშვიათობისა და მაღალი ფასის მიუხედავად, ტულიუმი გამოიყენება მოწინავე მყარი მდგომარეობის ლაზერებში და რადიოიზოტოპად პორტატული რენტგენის აპარატებში.
1. ისტორია
ტულიუმი აღმოაჩინა შვედმა ქიმიკოსმა პერ თეოდორ კლევემ, როგორც მინარევები სხვა იშვიათი დედამიწის ელემენტების ოქსიდებში (კარლ გუსტავ მოსანდერის მიერ შემოთავაზებული მეთოდის გამოყენებით ახალი იშვიათი დედამიწის ელემენტების მოსაძებნად და იზოლირებისთვის). კლევემ გამოყო ყველა ცნობილი მინარევები ერბიუმისგან, "დედამიწის" (ოქსიდის) ელემენტისგან (2 3). დამატებითი პროცედურების შემდეგ კლევემ გამოყო ორი ახალი ნივთიერება: ერთი ყავისფერი, მეორე მწვანე. ყავისფერი იყო დედამიწა, რომელსაც კლივმა შესთავაზა დაერქვა "holmium" და რომელიც შეესაბამება ელემენტს holmium, მწვანე დედამიწას, რომელიც მან უწოდა "tullia" და ახალი ელემენტი Thule ტულეს საპატივცემულოდ, სკანდინავიის ლათინური სახელი.
ტულიუმი იმდენად იშვიათი იყო, რომ ერთ-ერთ ადრინდელ მკვლევარს არ გააჩნდა ის საკმარისი იმისათვის, რომ შეძლოს მისი გაწმენდა, რათა დაენახა მისი ნაერთების მწვანე ფერი, მათ უნდა გაეხარებინათ, თუნდაც მხოლოდ იმიტომ, რომ ტულიუმის დამახასიათებელი სპექტრული ხაზები გაძლიერდა, როდესაც თანდათანობით ამოღებულ იქნა. ნიმუშიდან ამოღებულია ერბიუმი. პირველი მკვლევარი, რომელმაც მიიღო საკმარისად სუფთა თულიუმი (თულიუმის ოქსიდი) იყო ჩარლზ ჯეიმსი, დურჰემის კოლეჯიდან, ნიუ ჰემფშირი. 1911 წელს მან განაცხადა, რომ ბრომატის ფრაქციულმა კრისტალიზაციამ მას საშუალება მისცა სუფთა მასალის იზოლირება. მან შეასრულა 15000 კრისტალიზაციის „ოპერაცია“, რათა დაედგინა თავისი მასალის ერთგვაროვნება.
მაღალი სისუფთავის თულიუმის ოქსიდი პირველად კომერციულად ხელმისაწვდომი გახდა 1950-იანი წლების ბოლოს, იონური გაცვლის გამოყოფის ტექნოლოგიების გაუმჯობესების შედეგად. American Potash & Chemical Corporation-ის Lindsay Chemical Division გთავაზობთ 99% და 99.9% სისუფთავის კლასებს. ერთი კილოგრამის ფასი მერყეობდა 4,600 აშშ დოლარსა და 13,300 აშშ დოლარს შორის 99,9% სუფთა პრეპარატისთვის, ეს იყო ლანთანიდის ყველაზე მაღალი ფასი ლუტეტიუმის შემდეგ.
2. გავრცელება და წარმოება
ეს ელემენტი ბუნებაში არასოდეს გვხვდება თავისუფალ მდგომარეობაში, მაგრამ ის მცირე რაოდენობით გვხვდება მინერალებში სხვა იშვიათი დედამიწის ელემენტებთან ერთად. მისი შემცველობა დედამიწის ქერქში არის 0,5 მგ/კგ. თულიუმი ძირითადად მოიპოვება მონაზიტიდან (~ 0,007% თულიუმი), მადანი, რომელიც გვხვდება ზოგიერთ ქვიშაში, იონური გაცვლის ტექნოლოგიების გამოყენებით. იონური გაცვლის და ორგანული გამხსნელების მოპოვების ახალმა ტექნოლოგიებმა შესაძლებელი გახადა ტულიუმის უფრო ეფექტურად და მარტივად იზოლირება, რაც ამცირებს მისი მოპოვების ღირებულებას. თულიუმის მთავარი წყარო დღეს არის თიხის საბადოები სამხრეთ ჩინეთში. ასეთ მინერალებში, სადაც იტრიუმი შეადგენს მადნის მთლიანი იშვიათი მიწიერი კომპონენტის 2/3-ს, არის მხოლოდ 0,5% თულიუმი. იზოლირების შემდეგ, ლითონის იზოლირება შესაძლებელია მისი ოქსიდის შემცირებით ლანთანით ან კალციუმით დახურულ რეაქტორში მაღალ ტემპერატურაზე. სხვა მეთოდის მიხედვით, თულიუმი მცირდება ფტორიდან მეტალოთერმული კალციუმით:
2TmF 3 + 3Ca = 3CaF 2 + 2Tm
3. ქიმიური თვისებები
თულიუმი ნელა და მაღალ ტემპერატურაზე რეაგირებს ატმოსფერულ ჟანგბადთან და წარმოქმნის თულიუმის (III) ოქსიდს:
4 Tm + 3 O 2 → 2 Tm 2 O 3
ნელა რეაგირებს წყალთან, მაგრამ რეაქცია აჩქარებს გაცხელებისას და წარმოიქმნება ჰიდროქსიდი:
2 Tm + 6 H 2 O → 2 Tm (OH) 3 + 3 H 2 2 Tm + 3 F 2 → 2 TmF 3 [თეთრი მარილი] 2 Tm + 3 Cl 2 → 2 TmCl 3 [ყვითელი მარილი] 2 Tm + 3 Br 2 → 2 TmBr 3 [თეთრი მარილი] 2 Tm + 3 I 2 → 2 TmI 3 [ყვითელი მარილი]
4.2. რენტგენის წყაროები
მიუხედავად მათი მაღალი ღირებულებისა, პორტატული რენტგენის აპარატები იყენებენ თულიუმს, როგორც გამოსხივების წყაროს, რომელიც დასხივებული იყო ნეიტრონებით ბირთვულ რეაქტორში. ეს წყაროები მოქმედებს დაახლოებით ერთი წლის განმავლობაში, როგორც ინსტრუმენტი მობილურ სამედიცინო და სტომატოლოგიურ განყოფილებებში და ძნელად მისადგომ მექანიკურ და ელექტრონულ კომპონენტებში დეფექტების იდენტიფიცირებისთვის. ასეთი წყაროები არ საჭიროებს სერიოზულ რადიაციულ დაცვას - საკმარისია ტყვიის მცირე საფარი.
5. ბიოლოგიური როლი და გაფრთხილებები
ტულიუმის ბიოლოგიური როლი ცნობილი არ არის, თუმცა აღინიშნა, რომ ის გარკვეულწილად ასტიმულირებს მეტაბოლიზმს. ხსნადი ტულიუმის მარილები ოდნავ ტოქსიკურია, თუ ორგანიზმში დიდი რაოდენობით შედის, მაგრამ უხსნადი მარილები არატოქსიკურია. ტულიუმი არ შეიწოვება მცენარის ფესვებით და ამიტომ არ შედის ადამიანის კვების ჯაჭვში. ბოსტნეული, როგორც წესი, შეიცავს მხოლოდ ერთ მილიგრამ ტულიუმს ტონა მშრალ წონაზე).
ლიტერატურა
- ტერმინების ლექსიკონი ქიმიაში / / J. Opeida, O. Shvaika. ფიზიკურ-ორგანული ქიმიისა და ქვანახშირის ქიმიის ინსტიტუტი, უკრაინის L.M.Litvinenko NAS, დონეცკის ეროვნული უნივერსიტეტი - დონეცკი: "Weber", 2008. - 758 გვ. ISBN 978-966-335-206-0
თულიუმი - 69
თულიუმი (Tm) - იშვიათი დედამიწის ელემენტი, ატომური ნომერი 69, ატომური მასა 168,93, დნობის წერტილი 1545°C, სიმკვრივე 9,346 გ/სმ3.
თულიუმმა მიიღო სახელი ლეგენდარული ქვეყნის "ტულეს" საპატივცემულოდ, რომელსაც უძველესი გეოგრაფები თვლიდნენ ყველაზე ჩრდილოეთ მიწად, რომელიც ჩვენს დროში გეოგრაფიული მდებარეობით შეესაბამება სკანდინავიის ნახევარკუნძულს. ტულიუმი აღმოაჩინეს 1879 წელს სპექტროსკოპიით. თულიუმი ბუნებაში ერთ-ერთი ყველაზე უმნიშვნელოდ გავრცელებული ლანთანიდია; გარდა ამისა, ძალიან რთული იყო მისი იზოლირება სხვა იშვიათი დედამიწის ლითონებთან ნარევიდან. რამდენიმე წელი დასჭირდა თულიუმის ოცი პროცენტიანი კონცენტრატის მიღებას და შემდეგ მასში ტულიუმის შემცველობის 99%-მდე გაზრდას. დღესდღეობით, იშვიათი მიწიერი ლითონების გამოყოფის ქრომატოგრაფიულმა მეთოდმა მნიშვნელოვნად გაამარტივა და დააჩქარა თულიუმის ოქსიდების და, შემდგომში, სუფთა ლითონის წარმოება. მისი სუფთა სახით, თულიუმი მიიღეს 1911 წელს.
თულიუმი ერთ-ერთი ყველაზე მძიმე ლანთანიდია, მისი სიმკვრივე ახლოს არის სპილენძისა და ნიკელის სიმკვრივესთან.
თულიუმი - ვერცხლისფერ-თეთრი რბილი
თულიუმი - ვერცხლისფერ-თეთრი რბილიელასტიური, ბლანტი ლითონი, ჰაერში არ იჟანგება, მაგრამ ტენიან ჰაერში გაცხელებისას ოდნავ იჟანგება. რეაგირებს მინერალურ მჟავებთან თულიუმის მარილების წარმოქმნით. გაცხელებისას რეაგირებს ჰალოგენებთან და აზოტთან. ბუნებაში, თულიუმი გვხვდება მინერალებში, როგორიცაა ქსენოტიმი, ევსენიტი, მონაზიტი და ლოპარიტი. დედამიწის ქერქში შემცველობა შეადგენს მთლიანი მასის 2,7x10-5%. ნედლეულის ბუნებრივ და ხელოვნურ სახეობებში ტულიუმის ოქსიდი ძალიან იშვიათად - ევდიალიტში - 0,3%, ხოლო სხვა მინერალებში - კიდევ უფრო ნაკლებს შეიცავს. თულიუმისგან მიღებულია ოცდათორმეტი ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი სხვადასხვა ნახევარგამოყოფის პერიოდით. მხოლოდ ერთი გვხვდება ბუნებრივად, თულიუმი-169.
ქვითარი.
ბუნებრივი მინერალებით გამდიდრების შემდეგ, მიწიერი იშვიათი ლითონების ნარევიდან მიღებული კონცენტრატები მუშავდება, რის შედეგადაც თულიუმი კონცენტრირდება მძიმე ლანთანიდებით - იტერბიუმით და ლუტეტიუმით. გამოყოფა და დახვეწა ხორციელდება ექსტრაქციის ან იონგაცვლის ქრომატოგრაფიის გამოყენებით კომპლექსონების (ორგანული ნივთიერებები, რომლებიც ქმნიან რთულ ნაერთებს ლითონის იონებთან). თულიუმის მეტალი მიიღება თულიუმის ფტორიდის თერმული შემცირებით TmF3-კალციუმით, ან ტულიუმის ოქსიდის Tm2O3-ლანთანით. თულიუმი ასევე მიიღება თულიუმის ნიტრატების, სულფატების და ოქსალატების ჰაერში 800-900°C-მდე გაცხელებით.
აპლიკაცია.
მიუხედავად მისი დაბალი გავრცელების ბუნებაში და მაღალი ღირებულებისა, თულიუმი, ჩვენს დროში, დაიწყო შედარებით ფართოდ გამოყენება მეცნიერებასა და ინდუსტრიაში.
Წამალი. თულიუმის იზოტოპი, თულიუმ-170, რომელსაც აქვს რბილი გამა გამოსხივება, გამოიყენება სადიაგნოსტიკო მოწყობილობების შესაქმნელად, განსაკუთრებით ადამიანის სხეულის უბნებისთვის, რომლებიც ძნელად მისადგომია ჩვეულებრივი რენტგენის აპარატით. ეს რადიოგადამცემი მოწყობილობები რადიოაქტიური ტულიუმით არის მარტივი და მარტივი გამოსაყენებელი სამედიცინო პრაქტიკაში.
ლაზერული მასალები. ტულიუმის იონები გამოიყენება ინფრაწითელი ლაზერული გამოსხივების შესაქმნელად. ლითონის თულიუმის ორთქლები გამოიყენება ლაზერული გამოსხივების გასააქტიურებლად ცვლადი სიხშირით (ტალღის სიგრძით). თულიუმი გამოიყენება ლაზერული მასალების დასამზადებლად, ასევე სინთეზური ბროწეულის დასამზადებლად.
მაგნიტური მედია. მეტალი ტულიუმი გამოიყენება ფეროგარნეტების წარმოებისთვის ინფორმაციის შესანახი მედიის შესაქმნელად.
ThermoEMF მასალები. თულიუმის მონოტელურიდს აქვს თერმოემფ-ის მაღალი დონე თერმული გადამყვანების მაღალი ეფექტურობით; თუმცა, თულიუმის ფართოდ გამოყენებას თერმოელემენტად აფერხებს მისი მაღალი ღირებულება.
ნახევარგამტარები. თულიუმის ტელურიდი გამოიყენება როგორც მოდიფიკატორი ტყვიის ტელურიდის ნახევარგამტარული თვისებების დასარეგულირებლად.
ბირთვული ენერგია. თულიუმის ბორატი გამოიყენება, როგორც სპეციალური მინანქრების დანამატი ნეიტრონული გამოსხივებისგან დაცვის მიზნით.
სუპერგამტარები. თულიუმის ნაერთები მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარი მასალების ნაწილია.
შუშის წარმოება. თულიუმი არის სხვადასხვა ოქსიდური მასალის კომპონენტი კათოდური სხივების მილების მინის და კერამიკის წარმოებაში.
-
ატომის ელექტრონული კონფიგურაციაარის ფორმულა, რომელიც აჩვენებს ელექტრონების განლაგებას ატომში დონეებისა და ქვედონეების მიხედვით. სტატიის შესწავლის შემდეგ გაიგებთ სად და როგორ მდებარეობს ელექტრონები, გაეცნობით კვანტურ რიცხვებს და შეძლებთ ატომის ელექტრონული კონფიგურაციის აგებას მისი რიცხვით; სტატიის ბოლოს არის ელემენტების ცხრილი.
რატომ შეისწავლეთ ელემენტების ელექტრონული კონფიგურაცია?
ატომები ჰგავს კონსტრუქციულ კომპლექტს: არის ნაწილების გარკვეული რაოდენობა, ისინი განსხვავდებიან ერთმანეთისგან, მაგრამ ერთი და იგივე ტიპის ორი ნაწილი აბსოლუტურად იდენტურია. მაგრამ ეს კონსტრუქციული ნაკრები ბევრად უფრო საინტერესოა, ვიდრე პლასტიკური და აი რატომ. კონფიგურაცია იცვლება იმისდა მიხედვით, თუ ვინ არის ახლოს. მაგალითად, ჟანგბადი წყალბადის გვერდით Შესაძლოაგადაიქცევა წყალში, ნატრიუმის მახლობლად გადაიქცევა გაზად, ხოლო რკინასთან ახლოს მთლიანად აქცევს ჟანგად. პასუხის გასაცემად კითხვაზე, თუ რატომ ხდება ეს და იწინასწარმეტყველეთ ატომის ქცევა მეორის გვერდით, აუცილებელია ელექტრონული კონფიგურაციის შესწავლა, რომელიც ქვემოთ იქნება განხილული.
რამდენი ელექტრონია ატომში?
ატომი შედგება ბირთვისა და მის გარშემო მოძრავი ელექტრონებისგან; ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. ნეიტრალურ მდგომარეობაში, თითოეულ ატომს აქვს ელექტრონების რაოდენობა, რომელიც ტოლია მის ბირთვში არსებული პროტონების რაოდენობას. პროტონების რაოდენობა განისაზღვრება ელემენტის ატომური ნომრით, მაგალითად, გოგირდს აქვს 16 პროტონი - პერიოდული ცხრილის მე-16 ელემენტი. ოქროს შეიცავს 79 პროტონს - პერიოდული ცხრილის 79-ე ელემენტს. შესაბამისად, გოგირდს აქვს 16 ელექტრონი ნეიტრალურ მდგომარეობაში, ხოლო ოქროს 79 ელექტრონი.
სად უნდა ვეძებოთ ელექტრონი?
ელექტრონის ქცევაზე დაკვირვებით მიღებული იქნა გარკვეული შაბლონები, ისინი აღწერილია კვანტური რიცხვებით, სულ ოთხია:
- ძირითადი კვანტური რიცხვი
- ორბიტალური კვანტური რიცხვი
- მაგნიტური კვანტური რიცხვი
- კვანტური რიცხვის დატრიალება
ორბიტალური
გარდა ამისა, სიტყვის ორბიტის ნაცვლად გამოვიყენებთ ტერმინს „ორბიტალი“; ორბიტალი არის ელექტრონის ტალღური ფუნქცია; უხეშად, ეს არის რეგიონი, რომელშიც ელექტრონი ატარებს თავისი დროის 90%-ს.
N - დონე
L - ჭურვი
M l - ორბიტალური ნომერი
M s - პირველი ან მეორე ელექტრონი ორბიტალშიორბიტალური კვანტური რიცხვი l
ელექტრონული ღრუბლის შესწავლის შედეგად მათ აღმოაჩინეს, რომ ენერგეტიკული დონის მიხედვით ღრუბელი იღებს ოთხ ძირითად ფორმას: ბურთი, ჰანტელები და ორი სხვა, უფრო რთული. ენერგიის გაზრდის მიზნით, ამ ფორმებს ეწოდება s-, p-, d- და f- გარსი. თითოეულ ამ გარსს შეიძლება ჰქონდეს 1 (s), 3 (p), 5 (d) და 7 (f) ორბიტალი. ორბიტალური კვანტური რიცხვი არის გარსი, რომელშიც ორბიტალები მდებარეობს. ორბიტალური კვანტური რიცხვი s,p,d და f ორბიტალებისთვის იღებს მნიშვნელობებს 0,1,2 ან 3, შესაბამისად.
s-გარსზე ერთი ორბიტალია (L=0) - ორი ელექტრონი
p-გარსზე სამი ორბიტალია (L=1) - ექვსი ელექტრონი
d-გარსზე ხუთი ორბიტალია (L=2) - ათი ელექტრონი
f- გარსზე შვიდი ორბიტალია (L=3) - თოთხმეტი ელექტრონიმაგნიტური კვანტური რიცხვი m l
p- გარსზე სამი ორბიტალია, ისინი მითითებულია რიცხვებით -L-დან +L-მდე, ანუ p-გარსისთვის (L=1) არის ორბიტალები "-1", "0" და "1" . მაგნიტური კვანტური რიცხვი აღინიშნება ასო m l-ით.
გარსის შიგნით, ელექტრონების განლაგება უფრო ადვილია სხვადასხვა ორბიტალში, ამიტომ პირველი ელექტრონები ავსებენ ერთს თითოეულ ორბიტალში, შემდეგ კი თითოეულს ემატება წყვილი ელექტრონები.
განვიხილოთ d-shell:
d-გარსი შეესაბამება მნიშვნელობას L=2, ანუ ხუთ ორბიტალს (-2,-1,0,1 და 2), პირველი ხუთი ელექტრონი ავსებს გარსს, იღებენ მნიშვნელობებს M l =-2, M. l =-1, M l =0, M l =1,M l =2.დატრიალებული კვანტური რიცხვი m s
სპინი არის ელექტრონის ბრუნვის მიმართულება მისი ღერძის გარშემო, არსებობს ორი მიმართულება, ამიტომ სპინის კვანტურ რიცხვს აქვს ორი მნიშვნელობა: +1/2 და -1/2. ერთი ენერგიის ქვედონე შეიძლება შეიცავდეს მხოლოდ ორ ელექტრონს საპირისპირო სპინებით. სპინის კვანტური რიცხვი აღინიშნება m s
ძირითადი კვანტური რიცხვი n
მთავარი კვანტური რიცხვია ენერგიის დონე; ამჟამად ცნობილია ენერგეტიკული შვიდი დონე, თითოეული მითითებულია არაბული რიცხვით: 1,2,3,...7. ჭურვების რაოდენობა თითოეულ დონეზე უდრის დონის ნომერს: პირველ დონეზე არის ერთი ჭურვი, მეორეზე ორი და ა.შ.
ელექტრონის ნომერი
ამრიგად, ნებისმიერი ელექტრონი შეიძლება აღწერილი იყოს ოთხი კვანტური რიცხვით, ამ რიცხვების კომბინაცია უნიკალურია ელექტრონის თითოეული პოზიციისთვის, აიღეთ პირველი ელექტრონი, ყველაზე დაბალი ენერგეტიკული დონეა N = 1, პირველ დონეზე არის ერთი გარსი, პირველ გარსს ნებისმიერ დონეზე აქვს ბურთის ფორმა (s -shell), ე.ი. L=0, მაგნიტურ კვანტურ რიცხვს შეუძლია მიიღოს მხოლოდ ერთი მნიშვნელობა, M l =0 და სპინი +1/2-ის ტოლი იქნება. თუ ავიღებთ მეხუთე ელექტრონს (რომელ ატომშიც არ უნდა იყოს ის), მაშინ მისთვის მთავარი კვანტური რიცხვები იქნება: N=2, L=1, M=-1, სპინი 1/2.
ხარვეზის გამოვლენა. რადიოაქტიური იზოტოპი, თულიუმ-170, გამოიყენება მსუბუქი ფერადი ლითონებისა და მათი შენადნობების, აგრეთვე თხელი ფოლადის ფირფიტების 2 მმ-მდე სისქის ნაკლის გამოსავლენად. 70 მმ-მდე სისქის ალუმინის პროდუქტები ადვილად დასკანირებულია თულიუმ-170 იზოტოპით, რაც შესაძლებელს ხდის მათში არსებული უმცირესი დეფექტების გამოვლენას. ამ შემთხვევაში გამოიყენება ფოტოელექტრული მოწყობილობა, რომელიც იყენებს თულიუმის გამა გამოსხივებას და აწარმოებს შესამოწმებელი ობიექტის მაღალი კონტრასტის გამოსახულებას. თულიუმი-170 მზადდება ტულიუმის ოქსიდის ნეიტრონებით დასხივებით, რომელიც მოთავსებულია ალუმინის ამპულაში და შემდგომში გამოიყენება მასთან.