69 Tm Тулий 168.934
Лантаноид f-block Period 6

Тулий

Tm · Element 69

The rarest of the stable lanthanides, and a portable X-ray source when irradiated.

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 168.934 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹³ 6s²
68Er All 118 70Yb

Строение

Атом тулий

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место тулий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 9.32 g/cm³ 61%
Температура Плавления 1818 K 78%
Температура Кипения 2223 K 47%
Удельная теплоёмкость 0.16 J/g·K
Теплопроводность 16.9 W/m·K 43%

Атомные

Атомный Радиус 176 pm 60%
Ковалентный радиус 189 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 227 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.25 26%
Энергия ионизации 596.3 kJ/mol 31%
Сродство к Электрону 3.1 kJ/mol 3%

Распространённость

Распространённость в земной коре 0.52 mg/kg 48%

Идентификационные

СимволTm
Атомный номер69
Атомная масса168.9342 u
КатегорияЛантаноид
Блокf
Кристаллическая структурагексагональная плотноупакованная структура
Степени окисления+2, +3
Открытие1879
ПервооткрывательPer Teodor Cleve

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a тулий atom?

Radius 176 pm — that is 0.176 nm, so about 2841 million of them side by side would span a millimetre.

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Тулий is liquid over a 405 K window, from 1818 K to 2223 K.

Положение

Положение в таблице

Тулий sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER ЛАНТАНОИДЫ

57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 70Yb 71Lu
All лантаноиды

История

Что такое тулий и как его обнаружили

The rarest of the stable lanthanides, and a portable X-ray source when irradiated.

The discovery of тулий

🔬 Шведский аналитический триумф

Первооткрыватель: Per Teodor Cleve в Уппсале, Швеция (1879)

Название происходит от: Thule, древнего названия Скандинавии

🧪 Высшая сложность разделения

Открытие тулия представляет собой, вероятно, одно из самых технически сложных достижений аналитической химии XIX века. Per Teodor Cleve, работавший в Уппсальском университете, уже участвовал в открытии Гольмия, когда заподозрил, что в смесях редкоземельных элементов скрываются ещё не открытые элементы.

Начав с тщательно очищенных образцов оксида эрбия, Cleve в 1879 году приступил к чрезвычайно сложному процессу разделения. Задача была беспрецедентной: разделение элементов, химические свойства которых различались менее чем на 1%, требовало аналитических методов, находившихся на абсолютном пределе возможностей химии XIX века.

⚗️ Мастерство дробной кристаллизации

Метод разделения Cleve включал многократную дробную кристаллизацию соединений эрбия, причём каждый цикл занимал несколько недель. Процесс требовал исключительного терпения и точности: отклонения температуры всего на несколько градусов могли уничтожить месяцы работы.

После почти двух лет систематической кристаллизации Cleve заметил, что фракции, наиболее трудно поддававшиеся кристаллизации, обладают спектроскопическими свойствами, отчётливо отличающимися от известных редкоземельных элементов. Наблюдавшиеся им зелёные линии поглощения ранее никогда не описывались.

🔬 Спектроскопическое подтверждение

Ключевой прорыв произошёл, когда Cleve подверг разделённые фракции спектроскопическому анализу. Характерные зелёные эмиссионные линии на 596 и 531 нанометрах стали убедительным доказательством существования нового элемента. Эти спектральные признаки были настолько характерными, что другие химики смогли сразу подтвердить открытие Cleve.

🌍 Нордическая традиция названий

Cleve выбрал название «тулий» в честь Thule — древнегреческого и древнеримского названия Скандинавии или самой северной обитаемой области мира. Это продолжило нордическую традицию называть редкоземельные элементы, открытые шведскими химиками.

⚗️ Трудности очистки

Даже после открытия получение чистых соединений тулия оставалось чрезвычайно сложным. Первый достаточно чистый оксид тулия был получен лишь в 1911 году, более чем через 30 лет после первоначального открытия Cleve. Металлический тулий удалось выделить только в 1950 году с использованием ионообменных методов.

🏆 Научное наследие

Систематический подход Cleve к разделению редкоземельных элементов заложил основы методов, остававшихся стандартными на протяжении десятилетий. Его тщательная документация позволила другим учёным воспроизвести и проверить результаты, укрепив международную уверенность в реальности этих недавно открытых элементов.

🔬 Современное признание

Элемент, разделение которого потребовало от Cleve самых сложных усилий, стал одним из наиболее ценных редкоземельных элементов для медицинского применения. Спасающая жизни роль тулия в портативных рентгеновских системах демонстрирует, как открытия XIX века, казавшиеся чисто академическими, спустя десятилетия могут приобрести огромное практическое значение.

Применение

Для чего используется тулий

Элемент — медицинское чудо

Тулий, второй по редкости стабильный лантаноид после Прометия, нашёл необычайно важное применение в медицинских технологиях, спасающих жизни, несмотря на свою крайнюю редкость. Этот замечательный элемент стал незаменимым для портативной медицинской визуализации и передовых терапевтических процедур, доказывая, что даже самые редкие материалы могут оказывать огромное влияние на здоровье людей.

🏥 Революция портативной рентгенографии

Источники Тулия-170 обеспечивают работу компактных портативных рентгеновских аппаратов, которые позволяют проводить медицинскую визуализацию в отдалённых районах, зонах бедствий и полевых военных госпиталях. Эти устройства с радиоизотопным питанием могут работать месяцами без внешнего источника энергии, обеспечивая жизненно важную диагностику там, где обычное рентгеновское оборудование было бы невозможно развернуть или обслуживать.

В отличие от традиционных рентгеновских трубок, требующих источников питания высокого напряжения, источники на основе тулия полностью автономны и не требуют обслуживания. Бригады экстренной медицинской помощи, военные медики и медицинские работники в развивающихся регионах используют эти портативные системы для оценки травм, диагностики переломов костей и планирования экстренных хирургических вмешательств.

🎯 Прецизионная терапия рака

Уникальные ядерные свойства Тулия-170 делают его исключительно ценным для направленной лучевой терапии. Период полураспада изотопа, составляющий 128 дней, и оптимальные энергетические характеристики обеспечивают точное воздействие на опухоль при минимальном повреждении здоровых тканей. Онкологи используют герметичные источники Тулия-170 для лечения рака кожи, где небольшая глубина проникновения обеспечивает идеальную локализацию дозы.

💡 Передовые технологии освещения

Соединения тулия служат важными компонентами металлогалогенных газоразрядных ламп, используемых для специализированного освещения. Эти лампы высокой интенсивности создают исключительно яркое, сбалансированное по цвету освещение, необходимое для киносъёмок, освещения спортивных арен и архитектурных проектов, где требуется идеальная цветопередача.

⚛️ Применение в ядерных исследованиях

Уникальные ядерные свойства тулия делают его ценным для научных исследований, включая нейтронно-активационный анализ, эксперименты по ядерной физике и испытания материалов. Исследовательские реакторы используют мишени из тулия для получения специализированных радиоизотопов для медицинского и промышленного применения.

🔬 Исследования высокотемпературных сверхпроводников

Учёные исследуют соединения на основе тулия для возможного применения в сверхпроводниках. Хотя коммерческая жизнеспособность пока не достигнута, электронные свойства тулия обещают перспективы для будущих квантовых вычислений и исследований передовых материалов.

🎖️ Военное применение и безопасность

Источники Тулия-170 обеспечивают надёжное питание без необходимости обслуживания для специализированного военного оборудования, включая полевые рентгеновские системы, устройства досмотра и оборудование радиологического обнаружения. Стабильность изотопа и предсказуемые характеристики распада делают его идеальным для длительного развертывания.

🌟 Применение, спасающие жизни

  • 🚑 Экстренная медицина: Портативные рентгеновские аппараты для лечения травм и реагирования на бедствия
  • 🏥 Лечение рака: Направленная лучевая терапия рака кожи и поверхностных опухолей
  • 🎬 Профессиональное освещение: Металлогалогенные лампы высокой интенсивности для кино и телевидения
  • 🔬 Медицинские исследования: Радиоизотопные источники для биомедицинских исследований
  • 🛡️ Системы безопасности: Оборудование радиологического обнаружения и досмотра
  • ⚛️ Ядерная наука: Мишени исследовательских реакторов и нейтронные источники

💎 Лидер ультранишевого рынка

Несмотря на то что тулий относится к наименее распространённым редкоземельным элементам, его специализированное применение, где уникальные свойства незаменимы, обеспечивает премиальные цены ($2000-4000/kg). Один только рынок медицинских изотопов представляет ежегодный спрос более чем на $100 million.

🌍 Влияние на глобальное здравоохранение

Портативные рентгеновские системы на основе тулия произвели революцию в оказании медицинской помощи в недостаточно обслуживаемых регионах. Эти устройства сделали возможной медицинскую визуализацию в местах от клиник в амазонских тропических лесах до антарктических исследовательских станций, обеспечив передовую диагностику ранее недоступным группам населения.

📈 Растущий медицинский спрос

Старение населения планеты и расширение доступа к здравоохранению в развивающихся странах стимулируют растущий спрос на медицинские технологии на основе тулия. Ожидается, что рынок портативных рентгеновских аппаратов будет ежегодно расти на 8-12% до 2030 года.

🔬 Будущее применение

Продолжаются исследования применения тулия, включая квантовые сенсоры, передовые системы визуализации и противораковые методы лечения нового поколения. Уникальные ядерные и электронные свойства тулия продолжают открывать новые возможности для медицинского и научного применения.

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

0.52 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 48% of elements

🌍 Самый редкий стабильный лантаноид

Тулий — второй по редкости природный редкоземельный элемент со средней распространённостью в земной коре всего 0.52 parts per million, что делает его более редким, чем золото, платина или любой другой стабильный лантаноид, кроме Прометия. Эта крайняя редкость делает тулий одним из самых дорогих и стратегически важных редкоземельных элементов.

🏔️ Крайне ограниченные источники минералов

  • Ион-адсорбционные глины: Месторождения Южного Китая с повышенной концентрацией тяжёлых редкоземельных элементов
  • Ксенотим: Редкий фосфатный минерал тяжёлых редкоземельных элементов (0.007% Tm₂O₃)
  • Монацит: Пляжные песчаные месторождения фосфата тория (0.002% Tm₂O₃)
  • Эвксенит: Сложный оксидный минерал в пегматитовых месторождениях

🌏 Ключевые центры производства

Китай (95% мирового производства): Ион-адсорбционные глинистые месторождения Южного Китая представляют собой практически единственный коммерческий источник тулия в мире. Эти месторождения, сформировавшиеся в результате выветривания гранитных интрузий в течение миллионов лет, содержат самые высокие из известных природных концентраций тулия.

Альтернативные источники: За пределами Китая значительного производства тулия не ведётся, что создаёт чрезвычайную уязвимость поставок этого важного исходного материала для медицинских изотопов. Небольшие количества извлекаются как побочные продукты других операций с редкоземельными элементами, но объёмы остаются незначительными.

⚒️ Сверхсложное извлечение

Разделение тулия — одна из наиболее технически сложных процедур в аналитической химии. Из-за эффектов лантаноидного сжатия ионный радиус тулия отличается менее чем на 2% от соседних элементов, поэтому для достижения чистоты, пригодной для медицинского применения, требуются сотни стадий разделения.

Ионообменная хроматография с использованием специальных хелатирующих агентов позволяет отделять тулий от других тяжёлых редкоземельных элементов, однако для полной очистки до 99.99% может потребоваться более 300 отдельных стадий разделения — больше, чем для любого другого редкоземельного элемента.

📊 Статистика производства

Мировое производство тулия оценивается менее чем в 50 tons annually, при этом большая часть материала потребляется в Китае для внутренних нужд. Международная торговля соединениями тулия представляет собой один из самых маленьких товарных рынков по объёму, но один из крупнейших по стоимости единицы продукции.

♻️ Критическая необходимость переработки

Из-за крайней редкости и высокой стоимости тулия переработка отслужившего медицинского оборудования становится всё более важной. Специализированные процессы извлечения позволяют возвращать тулий из портативных рентгеновских источников и генераторов медицинских изотопов, хотя современная инфраструктура переработки остаётся ограниченной.

🔬 Производство изотопов

Тулий-170 для медицинского применения получают нейтронной активацией природного тулия-169 в ядерных реакторах. Этот процесс требует высокообогащённого исходного материала тулия, что ещё больше повышает важность эффективных технологий разделения и переработки.

🌊 Источники будущего

В будущем глубоководные горнодобывающие операции могут получить доступ к богатым тулием полиметаллическим конкрециям, хотя экологические и технические проблемы остаются значительными. Передовые технологии извлечения потенциально могут сделать ранее нерентабельные месторождения пригодными для получения тулия.

Обращение

Безопасность

⚠️ Медицинская и радиологическая безопасность

🟡 Умеренная химическая, высокая радиологическая опасность

Соединения тулия представляют умеренную химическую опасность, однако изотопы Тулия-170 требуют строгих протоколов радиологической безопасности из-за их применения в медицине. Процедуры обращения должны учитывать как химическую токсичность, так и риски радиационного облучения.

🥽 Необходимые средства защиты

  • Радиационная защита: Свинцовые фартуки и дозиметрические бейджи обязательны при работе с Tm-170
  • Защита глаз: Защитные очки для химических работ, очки со свинцовым стеклом для работы с радиоизотопами
  • Защита органов дыхания: Респиратор с HEPA-фильтром при работе с порошком
  • Защита рук: Перчатки с подкладкой из свинца при манипуляциях с радиоизотопами

☢️ Радиологические опасности

Тулий-170: Бета- и гамма-излучатель, требующий процедур контролируемого доступа. Максимально допустимая нагрузка на организм: 0.4 μCi. Для герметичных источников необходимы лицензирование и регулярные испытания на герметичность.

Принцип ALARA: Все операции с Тулием-170 должны соответствовать принципу минимально достижимого уровня радиационного облучения. Минимизируйте время облучения, увеличивайте расстояние, используйте подходящее экранирование.

⚗️ Меры химической безопасности

Контроль пыли: Пыль оксида тулия может вызывать раздражение дыхательных путей. Поддерживайте средневзвешенную по времени концентрацию на рабочем месте ниже 5 mg/m³.

Контакт с кожей: Избегайте длительного контакта кожи с соединениями тулия, которые у некоторых людей могут вызвать сенсибилизацию.

🏥 Протоколы медицинского применения

Медицинские источники тулия требуют специальных процедур обращения, включая зоны контролируемого доступа, радиационный контроль и планы реагирования на чрезвычайные ситуации. Эксплуатировать медицинские устройства с Тулием-170 может только обученный персонал с соответствующей лицензией.

🚨 Аварийные процедуры

  • Радиационная авария: Эвакуируйте зону, уведомите ответственного за радиационную безопасность, проверьте персонал на загрязнение
  • Химическое воздействие: Промойте поражённые участки водой, снимите загрязнённую одежду
  • Вдыхание: Выйдите на свежий воздух, немедленно обратитесь за медицинской помощью
  • Повреждение источника: Выполните аварийные процедуры в соответствии с планом радиационной безопасности учреждения

🗄️ Требования к хранению

Источники Тулия-170 требуют безопасного хранения на лицензированных объектах с соответствующим экранированием, контролем доступа и учётом запасов. Химические соединения следует хранить в прохладных сухих условиях вдали от несовместимых материалов.

♻️ Протоколы утилизации

Радиоактивные отходы тулия необходимо утилизировать через лицензированные компании по обращению с радиоактивными отходами. Для короткоживущих изотопов может применяться выдержка до распада. Нерадиоактивные соединения тулия следует перерабатывать из-за их крайней редкости и высокой стоимости.

📊 Требования к мониторингу

Персоналу, работающему с Тулием-170, необходим регулярный радиационный контроль, включая дозиметрию всего тела и программы биоанализа. Контроль территории должен выявлять возможные утечки радиации или загрязнение.

Краткие ответы

Тулий: часто задаваемые вопросы

What is Тулий?

Тулий (symbol Tm) is element 69 on the periodic table, a лантаноид in period 6. The rarest of the stable lanthanides, and a portable X-ray source when irradiated. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of Тулий?

Тулий's ground-state electron configuration is [Xe] 4f¹³ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 31, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Тулий?

Тулий melts at 1818 K (1544.9 °C) and boils at 2223 K (1949.9 °C).

What is the atomic mass of Тулий?

The standard atomic weight of Тулий is 168.934 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Тулий?

Тулий has a density of 9.32 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of тулий is about 9.3× heavier.

What is the electronegativity of Тулий?

Тулий has a Pauling electronegativity of 1.25. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered Тулий, and when?

Тулий was discovered in 1879 by Per Teodor Cleve. It is named after thule, the mythical far north.

How common is Тулий on Earth?

Тулий makes up about 0.52 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.

← Предыдущий Er Erbium Element 68 · Lanthanide Далее → Yb Ytterbium Element 70 · Lanthanide