Túlium

A túlium kémiai elem az elemek periódusos rendszerében. Vegyjele Tm, rendszáma 69. Moláris tömege 168,93 g/mol. A lantanoidák közé tartozik. A túlium a lantanoidák közül a legritkábban előforduló elem (a prométium gyakorisága kisebb, de ez az elem nem található meg a természetben). Könnyen megmunkálható, élénk ezüstszürkén csillogó fém. Ritkasága és magas ára ellenére hordozható röntgeneszközökben és szilárdtest lézerekben használják fel.

Tulajdonságai

Fizikai 
A tiszta túlium élénk ezüstös csillogású. A levegőn meglehetősen stabil, a nedvességre viszont érzékeny. A fém lágy, képlékeny, könnyen alakítható. 32 K alatt ferromágneses, 32 és 56 K között antiferromágneses, 56 K felett paramágneses tulajdonságú.

Kémiai 
A fém túlium levegőn lassan oxidálódik, fényét elveszti, 150 °C felett jól ég és túlium(III)-oxidot képez:
4 Tm + 3 O2 → 2 Tm2O3

A túlium meglehetősen elektropozitív, hideg vízzel lassan, meleg vízzel gyorsan túlium-hidroxidot képez:
2 Tm (s) + 6 H2O (l) → 2 Tm(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

Magasabb hőmérsékleten az összes halogénnel reakcióba lép. A reakció szobahőmérsékleten lassú, 200 °C felett heves:
2 Tm (s) + 3 F2 (g) → 2 TmF3 (s) [fehér]
2 Tm (s) + 3 Cl2 (g) → 2 TmCl3 (s) [sárga]
2 Tm (s) + 3 Br2 (g) → 2 TmBr3 (s) [fehér]
2 Tm (s) + 3 I2 (g) → 2 TmI3 (s) [sárga]

A túlium jól oldódik hígított kénsavban, mellyel halványzöld Tm(III) ionokat tartalmazó oldatot hoz létre, az ionok [Tm(OH2)9]3+ komplexként léteznek:

2 Tm (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Tm3+ (aq) + 3  (aq) + 3 H2 (g)

Különböző fémes és nemfémes elemmel számos kétkomponensű vegyületet alkot, például: TmN, TmS, TmC2, Tm2C3, TmH2, TmH3, TmSi2, TmGe3, TmB4, TmB6 és TmB12. Ezekben a vegyületekben a túlium +2, +3 és +4 vegyértékállapotú, azonban a +3 állapot a legáltalánosabb.

Izotópjai 

A természetes állapotban előforduló túlium egy stabil izotópból, a Tm-169-ből (100%-os természetes előfordulás) áll. 31 további izotópot írtak le, ezek közül a legstabilabbak a Tm-171, melynek felezési ideje 1,92 év, a Tm-170 128,6 napos, a Tm-168 93,1 napos és a Tm-167 9,25 napos felezési idejű. A többi radioaktív izotóp felezési ideje 64 óránál rövidebb, ezeknek többsége is kevesebb mint 2 perces felezési idejű. Ennek az elemnek 14 metaállapota van, a legstabilabb a Tm-164m (t½ 5,1 perc), a Tm-160m (t½ 74,5 másodperc) és a Tm-155m (t½ 45 másodperc).

A túlium izotópjainak atomtömege 145,966 u-tól (Tm-146) 176,949 u-ig (Tm-177) terjed.

Története 

A túliumot Per Teodor Cleve svéd vegyész fedezte fel 1879-ben, miközben ritkaföldfémek oxidjainak szennyezőit vizsgálta (ezzel a módszerrel fedezett fel korábban Carl Gustaf Mosander más ritkaföldfémeket). Cleve azzal kezdte, hogy eltávolította az erbium(III)-oxid (Er2O3) összes ismert szennyezését. További feldolgozást követően két új anyagot kapott: egy barna és egy zöld színűt. A barna színű kémiai anyag a holmium elem oxidja, a zöld színű pedig egy ismeretlen elem oxidja volt. Cleve az oxidot Thule mitikus szigete után túliának, az elemet pedig túliumnak nevezte el. 1911-ben Theodore William Richards a túlium-bromát 15 000-szeri újrakristályosítását végezte el, abból a célból, hogy tiszta túliumot állítson elő, és pontosan meghatározhassa az elem atomsúlyát.

A túlium olyan ritka volt, hogy az akkori kutatók közül senki nem rendelkezett elegendő tiszta mennyiséggel ahhoz, hogy ténylegesen megállapíthassa annak zöld színét, meg kellett elégedniük a spektroszkópiai vizsgálattal, megfigyelve az erbium fokozatos eltávolítása következtében erősödő abszorpciós sávokat. Az első kutató, aki csaknem tiszta túliumot tudott előállítani, a brit Charles James volt, aki a New Hapshire állembeli Durhamban végezte kutatásait. Eredményeit, melyben leírta a tisztításra használt bromát kristályosítási módszert, 1911-ben publikálta. Az anyag homogenitásának biztosítása érdekében 15 000 műveletre volt szüksége.

Az első kereskedelmi mennyiségű, nagytisztaságú túlium-oxidot az 1950-es évek végén állították elő ioncserélő szeparációs technikával. Az American Potash & Chemical Corporation Lindsay Chemical Divíziója 99%-os és 99,9%-os tisztaságban állította elő. A 99,9%-os tisztaságú anyag kilogrammonkénti ára 1959 és 1998 között 4600 és 13 300 dollár között változott, a lantanoidák között a lutécium után a második legdrágább volt.

Előfordulása és előállítása 

Az elem természetes körülmények között nem fordul elő tiszta alakjában, általában más ritkaföldfémek ásványaiban található meg. Előfordulása a földkéregben 0,5 mg/kg. A túliumot főként a monacit ércből vonják ki (~0,007% túlium) ioncserélésssel. Az újabb ioncserélő és oldószerextrakciós módszerek jobb elválasztást tesznek lehetővé, mely olcsóbbá tette a túlium előállítását. A fő források Kína déli részén, agyaglerakódásokban találhatók. Ezekben a lerakódásokban, melyekben a teljes ritkaföldfém-mennyiség kétharmada ittrium, a túlium aránya körülbelül 0,5%. A fém oxidjának redukciójával is előállítható. Kereskedelmi szempontből a túlium egyetlen természetes vegyületének sincs jelentősége.

Felhasználása

Lézer 
A holmium-króm-túlium adalékolású YAG (Ho:Cr:Tm:YAG vagy Ho,Cr,Tm:YAG) nagy hatásfokú aktív lézerközeg. Hullámhossza 2097 nm, széleskörűen használják katonai, orvosi és meteorológiai célokra. Az egyelemes túlium adalékolású YAG (Tm:YAG) lézerek 1930 és 2040 nm hullámhossz között üzemelnek. A túliumalapú lézerek hullámhossza nagyon hatékonyan használható szövetek felületi elpárologtatására. Emiatt a túliumlézereket szívesen használják a lézersebészetben.

Röntgenforrás 
Magas ára ellenére, a hordozható röntgenkészülékek forrásaként olyan túliumot alkalmaznak, melyet előzőleg nukleáris reaktorban bombáztak. Ezek a források nagyjából egy évig használhatóak, orvosi és fogászati vizsgálatoknál, valamit nehezen elérhető helyen fekvő mechanikus vagy elektromos alkatrészek behatárolásánál. Az ilyen források esetében nincs szükség különleges sugárvédelemre.

Egyéb 
Túliumot használnak egyes magas hőmérsékletű szupravezetők előállításánál is.

Jegyzetek 

Lantanoidák