Tulium

Tulium adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Tm dan nomor atom 69. Ia adalah unsur ketiga belas dan ketiga terakhir dalam deret lantanida. Seperti lantanida lainnya, keadaan oksidasi yang paling umum adalah +3, terlihat pada oksida, halida, dan senyawanya yang lain; namun, keadaan oksidasi +2 juga dapat stabil. Dalam larutan berair, seperti senyawa lantanida akhir lainnya, senyawa tulium yang larut membentuk kompleks koordinasi dengan sembilan molekul air.

Pada tahun 1879, ahli kimia Swedia Per Teodor Cleve memisahkan dua komponen lain yang sebelumnya tidak diketahui dari oksida tanah jarang erbia, yang dia sebut holmia dan tulia; mereka masing-masing adalah oksida holmium dan tulium. Sampel logam tulium yang relatif murni pertama kali diperoleh pada tahun 1911.

Tulium adalah lantanida kedua yang paling tidak melimpah, setelah prometium yang bersifat radioaktif dan hanya ditemukan dalam jumlah kecil di Bumi. Ia adalah logam yang mudah dikerjakan dengan kilau abu-abu keperakan yang cerah. Ia cukup lembut dan perlahan ternoda di udara. Meskipun harga tinggi dan kelangkaannya, tulium digunakan sebagai sumber radiasi dalam perangkat sinar-X portabel, dan dalam beberapa laser wujud padat. Ia tidak memiliki peran biologis yang signifikan dan tidak terlalu beracun.

Sifat

Sifat fisik
Logam tulium murni memiliki kilau keperakan yang cerah, yang ternoda jika terkena udara. Logamnya dapat dipotong dengan pisau, karena ia memiliki kekerasan Mohs sebesar 2 hingga 3; ia adalah logam yang lunak dan ulet. Tulium bersifat feromagnetis di bawah suhu 32K, antiferomagnetis di antara suhu 32 dan 56K, dan paramagnetis di atas suhu 56K.

Tulium memiliki dua alotrop utama: α-Tm tetragonal dan β-Tm heksagonal yang lebih stabil.

Sifat kimia
Tulium akan ternoda secara perlahan di udara dan mudah terbakar pada suhu 150°C untuk membentuk tulium(III) oksida:

Tulium bersifat cukup elektropositif dan bereaksi lambat dengan air dingin dan cukup cepat dengan air panas untuk membentuk tulium hidroksida:

Tulium bereaksi dengan semua halogen. Reaksinya lambat pada suhu kamar, tetapi kuat di atas 200°C:
 (putih)
 (kuning)
 (putih)
 (kuning)

Tulium mudah larut dalam asam sulfat encer untuk membentuk larutan yang mengandung ion Tm(III) berwarna hijau pucat, yang ada sebagai kompleks :

Tulium bereaksi dengan berbagai unsur logam dan nonlogam membentuk berbagai senyawa biner, meliputi , , , , , , , , ,  dan . Seperti kebanyakan lantanida lainnya, keadaan +3 adalah keadaan yang paling umum dan merupakan satu-satunya keadaan yang teramati dalam larutan tulium. Tulium ada sebagai ion  dalam larutan. Dalam keadaan ini, ion tulium dikelilingi oleh sembilan molekul air. Ion  menunjukkan pendaran biru terang. Karena ia muncul di akhir deret, keadaan oksidasi +2 juga dapat muncul, distabilkan oleh kulit elektron 4f yang hampir penuh, tetapi hanya terjadi pada padatan.

Satu-satunya oksida tulium yang diketahui adalah . Oksida ini terkadang disebut "tulia". Senyawa tulium(II) berwarna ungu kemerahan dapat dibuat dengan mereduksi senyawa tulium(III). Contoh senyawa tulium(II) adalah halida (kecuali fluorida). Beberapa senyawa tulium terhidrasi, seperti  dan  berwarna hijau atau putih kehijauan. Tulium diklorida bereaksi sangat kuat dengan air. Reaksi ini menghasilkan gas hidrogen dan  yang menunjukkan warna kemerahan yang memudar. Kombinasi antara tulium dan kalkogen akan menghasilkan tulium kalkogenida.

Tulium bereaksi dengan hidrogen klorida menghasilkan gas hidrogen dan tulium klorida. Dengan asam nitrat, ia menghasilkan tulium nitrat, atau .

Isotop

Isotop tulium berkisar mulai dari  hingga . Mode peluruhan utama sebelum isotop stabil yang paling melimpah, , adalah tangkapan elektron, dan mode utama setelahnya adalah emisi beta. Produk peluruhan utama sebelum  adalah isotop unsur 68 (erbium), dan produk utama sesudahnya adalah isotop unsur 70 (iterbium).

Tulium-169 adalah satu-satunya isotop primordial tulium dan merupakan satu-satunya isotop tulium yang dianggap stabil; ia diperkirakan akan mengalami peluruhan alfa menjadi holmium-165 dengan waktu paruh yang sangat panjang. Radioisotop yang berumur paling panjang adalah tulium-171 dengan waktu paruh 1,92 tahun, dan tulium-170 dengan waktu paruh 128,6 hari. Sebagian besar isotop lainnya memiliki waktu paruh beberapa menit atau kurang. Tiga puluh lima isotop dan 26 isomer nuklir tulium telah terdeteksi. Sebagian besar isotop tulium yang lebih ringan dari 169 satuan massa atom meluruh melalui tangkapan elektron atau peluruhan beta plus, meskipun beberapa menunjukkan peluruhan alfa atau emisi proton yang signifikan. Isotop yang lebih berat mengalami peluruhan beta minus.

Sejarah

Tulium ditemukan oleh kimiawan Swedia Per Teodor Cleve in 1879 pada tahun 1879 dengan mencari pengotor dalam oksida unsur tanah jarang lainnya (ini adalah metode yang sama yang digunakan Carl Gustaf Mosander sebelumnya untuk menemukan beberapa unsur tanah jarang lainnya). Cleve memulai dengan membuang semua kontaminan erbia (Er2O3) yang diketahui. Setelah pemrosesan tambahan, ia memperoleh dua zat baru; satu coklat dan satu hijau. Zat coklat adalah oksida dari unsur holmium dan diberi nama holmia oleh Cleve, dan zat hijau adalah oksida dari unsur yang tidak diketahui. Cleve menamai oksida tersebut sebagai tulia dan unsurnya tulium dari Thule, nama tempat dalam bahasa Yunani Kuno yang terkait dengan Skandinavia atau Islandia. Lambang atom thulium awalnya adalah Tu, tetapi kemudian diubah menjadi Tm.

Tulium sangatlah langka sehingga tidak ada pekerja awal yang cukup memurnikannya untuk benar-benar melihat warna hijau; mereka harus puas dengan mengamati secara spektroskopi penguatan dari dua pita serapan karakteristik, karena erbium dihilangkan secara progresif. Peneliti pertama yang mendapatkan tulium yang hampir murni adalah Charles James, seorang ekspatriat Inggris yang bekerja dalam skala besar di New Hampshire College di Durham, AS. Pada tahun 1911 ia melaporkan hasilnya, setelah menggunakan metode kristalisasi fraksional bromat yang ditemukannya untuk melakukan pemurnian. Dia terkenal membutuhkan 15.000 operasi pemurnian untuk menetapkan bahwa bahannya homogen.

Tulium oksida dengan kemurnian tinggi pertama kali ditawarkan secara komersial pada akhir 1950-an, sebagai hasil penerapan teknologi pemisahan pertukaran ion. Lindsay Chemical Division dari American Potash & Chemical Corporation menawarkannya dengan kemurnian 99% dan 99,9%. Harga per kilogram berosilasi antara AS$4.600 dan AS$13.300 pada periode 1959 hingga 1998 untuk kemurnian 99,9%, dan merupakan yang tertinggi kedua untuk lantanida setelah lutesium.

Keterjadian

Unsur ini tidak pernah ditemukan di alam dalam bentuk murni, tetapi ia ditemukan dalam jumlah kecil dalam mineral dengan tanah jarang lainnya. Tulium sering ditemukan dengan mineral yang mengandung itrium dan gadolinium. Secara khusus, tulium terdapat dalam mineral gadolinit. Namun, seperti banyak lantanida lainnya, tulium juga terdapat dalam mineral monasit, xenotim, dan euksenit. Tulium belum ditemukan prevalensinya dibandingkan logam tanah jarang lainnya dalam mineral apa pun. Kelimpahannya di kerak Bumi adalah 0,5 mg/kg berdasarkan berat dan 50 bagian per miliar berdasarkan mol. Tulium membentuk sekitar 0,5 bagian per juta tanah, meskipun nilai ini dapat berkisar antara 0,4 hingga 0,8 bagian per juta. Tulium membentuk 250 bagian per kuadriliun air laut. Di Tata Surya, tulium ada dalam konsentrasi 200 bagian per triliun berdasarkan berat dan 1 bagian per triliun berdasarkan mol. Bijih tulium terjadi paling umum di Tiongkok. Namun, Amerika Serikat, Australia, Brasil, Greenland, India, dan Tanzania juga memiliki cadangan tulium yang besar. Total cadangan tulium adalah sekitar 100.000 ton. Tulium adalah lantanida paling sedikit di Bumi, kecuali prometium yang radioaktif.

Produksi
Tulium diekstraksi terutama dari bijih monasit (~0,007% tulium) yang ditemukan pada pasir sungai, melalui pertukaran ion. Teknik pertukaran ion dan ekstraksi pelarut yang lebih baru telah menyebabkan pemisahan tanah jarang menjadi lebih mudah, yang menghasilkan biaya yang jauh lebih rendah untuk produksi tulium. Sumber utama saat ini adalah tanah liat adsorpsi ion dari Tiongkok selatan. Di dalamnya, di mana sekitar dua pertiga dari total kandungan tanah jarang adalah itrium, sedangkan tulium sekitar 0,5% (atau sekitar sama dengan lutesium dalam hal kelangkaan). Logam tulium dapat diisolasi melalui reduksi oksidanya dengan logam lantanum atau dengan reduksi kalsium dalam wadah tertutup. Tak satu pun dari senyawa alami tulium yang penting secara komersial. Sekitar 50 ton tulium oksida per tahun diproduksi. Pada tahun 1996, tulium oksida berharga AS$20 per gram, dan pada tahun 2005, bubuk logam tulium murni 99% berharga AS$70 per gram.

Aplikasi

Laser
Garnet aluminium itrium didoping-holmium-kromium-tulium (, atau ) adalah bahan media laser aktif dengan efisiensi tinggi. Ia beroperasi pada 2080 nm dalam inframerah dan banyak digunakan dalam aplikasi militer, kedokteran, dan meteorologi. Laser YAG didoping-tulium (Tm:YAG) beroperasi pada 2010 nm. Panjang gelombang laser berbasis tulium sangatlah efisien untuk ablasi superfisial jaringan, dengan kedalaman koagulasi minimal di udara atau di air. Hal ini membuat laser tulium menarik untuk operasi berbasis laser.

Sumber sinar-X
Terlepas dari harganya yang mahal, perangkat sinar-X portabel menggunakan tulium yang telah dibombardir dengan neutron dalam reaktor nuklir untuk menghasilkan isotop tulium-170, memiliki waktu paruh 128,6 hari dan lima garis emisi utama dengan intensitas yang sebanding (pada 7,4, 51,354, 52,389, 59,4 dan 84,253 keV). Sumber radioaktif ini memiliki masa manfaat sekitar satu tahun, sebagai alat diagnosis medis dan gigi, serta untuk mendeteksi cacat pada komponen mekanik dan elektronik yang tidak dapat diakses. Sumber semacam itu tidak membutuhkan perlindungan radiasi yang luashanya secangkir kecil timbal.
Mereka adalah salah satu sumber radiasi paling populer untuk digunakan dalam radiografi industri.
Tulium-170 mendapatkan popularitas sebagai sumber sinar-X untuk pengobatan kanker melalui brakiterapi (terapi radiasi sumber tertutup).

Lainnya
Tulium telah digunakan dalam superkonduktor suhu tinggi mirip dengan itrium. Tulium berpotensi digunakan dalam ferit, bahan magnetik keramik yang digunakan dalam peralatan gelombang mikro. Tulium juga mirip dengan skandium karena digunakan dalam pencahayaan busur karena spektrumnya yang tidak biasa, dalam hal ini, garis emisi hijaunya, yang tidak tercakup oleh unsur lain. Karena tulium berpendar dengan warna biru saat terkena sinar ultraungu, tulium dimasukkan ke dalam uang kertas euro sebagai tindakan pencegahan pemalsuan. Fluoresensi biru kalsium sulfat yang didoping Tm telah digunakan dalam dosimeter pribadi untuk pemantauan radiasi secara visual. Halida yang didoping Tm di mana Tm berada dalam keadaan valensi 2+, adalah bahan luminesen yang menjanjikan yang dapat membuat jendela penghasil listrik yang efisien berdasarkan prinsip konsentrator surya bercahaya, menjadi mungkin.

Peran biologis dan tindakan pencegahan
Garam tulium yang larut sedikit beracun, tetapi garam tulium yang tidak larut sama sekali tidak beracun. Ketika disuntikkan, tulium dapat menyebabkan degenerasi hati dan limpa dan juga dapat menyebabkan konsentrasi hemoglobin berfluktuasi. Kerusakan hati akibat tulium lebih banyak terjadi pada tikus jantan daripada tikus betina. Meski demikian, tulium memiliki tingkat toksisitas yang rendah. Pada manusia, tulium terjadi dalam jumlah tertinggi di hati, ginjal, dan tulang. Manusia biasanya mengonsumsi beberapa mikrogram tulium per tahun. Akar tumbuhan tidak menyerap tulium, dan bahan kering sayuran biasanya mengandung satu bagian per miliar tulium. Debu dan bubuk tulium akan beracun jika terhirup atau tertelan dan dapat menyebabkan ledakan.

Lihat pula

Referensi

Pranala luar

  

 
Unsur kimia
Lantanida
Logam
Reduktor
Unsur kimia dengan struktur padat heksagon