عنصر خاکی کمیاب جادویی: تولیوم

عدد اتمی ازعنصر تولیوم69 و وزن اتمی آن 168.93421 است. محتوای پوسته زمین دو سوم 100000 است که کمترین عنصر در بین عناصر کمیاب خاکی است. این ماده عمدتاً در سنگ معدن سیلیکو بریلیم ایتریوم، سنگ معدنی طلای کمیاب سیاه، سنگ فسفر ایتریم و مونازیت وجود دارد. کسر جرمی عناصر خاکی کمیاب در مونازیت به طور کلی به 50٪ می رسد که تولیوم 0.007٪ است. ایزوتوپ پایدار طبیعی فقط تولیوم 169 است. به طور گسترده در منابع نوری با شدت بالا، لیزرها، ابررساناهای با دمای بالا و سایر زمینه ها استفاده می شود.

کشف تاریخ

کشف شده توسط: PT Cleve

در سال 1878 کشف شد

پس از اینکه موساندر در سال 1842 اربیوم ارت و تربیوم ارت را از ایتریوم زمین جدا کرد، بسیاری از شیمیدانان از تجزیه و تحلیل طیفی برای شناسایی و تعیین اینکه آنها اکسیدهای خالص یک عنصر نیستند استفاده کردند که شیمیدانان را تشویق کرد که به جداسازی آنها ادامه دهند. بعد از جدا شدناکسید ایتربیومواکسید اسکاندیمکلیف از طعمه اکسید شده، دو اکسید عنصری جدید را در سال 1879 جدا کرد. یکی از آنها تولیوم نام گرفت تا به یاد وطن کلیف در شبه جزیره اسکاندیناوی (Thulia)، با نماد عنصر Tu و اکنون Tm. با کشف تولیوم و سایر عناصر کمیاب خاکی، نیمه دیگر مرحله سوم کشف عناصر کمیاب خاکی به پایان رسید.

پیکربندی الکترون

پیکربندی الکترون
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f13

فلز

تولیومیک فلز سفید نقره ای با قابلیت شکل پذیری است و به دلیل بافت نرم آن با چاقو قابل برش است. نقطه ذوب 1545 درجه سانتیگراد، نقطه جوش 1947 درجه سانتیگراد، چگالی 9.3208.

تولیوم در هوا نسبتاً پایدار است.اکسید تولیومیک کریستال سبز روشن است. اکسیدهای نمک (نمک دو ظرفیتی) همگی به رنگ سبز روشن هستند.

برنامه

اگرچه تولیوم بسیار کمیاب و گران است، اما هنوز هم در زمینه های خاص کاربردهایی دارد.

منبع نور تخلیه با شدت بالا

تولیوم اغلب به صورت هالیدهای با خلوص بالا (معمولا برومید تولیوم) با هدف استفاده از طیف تولیوم به منابع نور تخلیه با شدت بالا وارد می شود. 

لیزر

لیزر پالس حالت جامد سه گارنت آلومینیم ایتریوم (Ho: Cr: Tm: YAG) را می توان با استفاده از یون تولیوم، یون کروم و یون هلمیم در گارنت آلومینیوم ایتریوم تولید کرد که می تواند طول موج 2097 نانومتر ساطع کند. به طور گسترده در زمینه های نظامی، پزشکی و هواشناسی استفاده می شود. طول موج لیزر ساطع شده توسط لیزر پالس حالت جامد گارنت آلومینیم ایتریوم با تولیوم (Tm: YAG) بین 1930 نانومتر تا 2040 نانومتر است. فرسایش روی سطح بافت ها بسیار موثر است، زیرا می تواند از عمیق شدن لخته شدن در هوا و آب جلوگیری کند. این باعث می شود لیزرهای تولیوم پتانسیل زیادی برای کاربرد در جراحی های لیزری پایه داشته باشند. لیزر تولیوم به دلیل انرژی کم و قدرت نفوذی که دارد در از بین بردن سطوح بافتی بسیار موثر است و می تواند بدون ایجاد زخم های عمیق منعقد شود. این باعث می شود لیزرهای تولیوم پتانسیل زیادی برای کاربرد در جراحی لیزر داشته باشند

لیزر دوپینگ تولیوم

منبع اشعه ایکس

علیرغم هزینه بالا، دستگاه های قابل حمل اشعه ایکس حاوی تولیوم به طور گسترده به عنوان منبع تشعشع در واکنش های هسته ای استفاده می شوند. این منابع تشعشعی حدود یک سال طول عمر دارند و می توانند به عنوان ابزار تشخیصی پزشکی و دندانپزشکی و همچنین ابزار تشخیص عیب قطعات مکانیکی و الکترونیکی که دسترسی به آنها توسط نیروی انسانی دشوار است مورد استفاده قرار گیرد. این منابع تشعشعی نیازی به حفاظت پرتوی قابل توجهی ندارند - فقط مقدار کمی سرب مورد نیاز است. استفاده از تولیوم 170 به عنوان منبع تشعشع برای درمان سرطان از فاصله نزدیک به طور فزاینده ای گسترده می شود. نیمه عمر این ایزوتوپ 128.6 روز و پنج خط انتشار با شدت قابل توجه (7.4، 51.354، 52.389، 59.4 و 84.253 کیلوالکترون ولت) است. تولیوم 170 نیز یکی از چهار منبع پرتوهای صنعتی است که بیشترین استفاده را دارد.

مواد ابررسانا با دمای بالا

مانند ایتریم، تولیوم نیز در ابررساناهای با دمای بالا استفاده می شود. تولیوم دارای ارزش استفاده بالقوه در فریت به عنوان یک ماده مغناطیسی سرامیکی است که در تجهیزات مایکروویو استفاده می شود. با توجه به طیف منحصر به فرد خود، تولیوم را می توان برای روشنایی لامپ قوس مانند اسکاندیم اعمال کرد و نور سبز ساطع شده توسط لامپ های قوس با استفاده از تولیوم توسط خطوط انتشار سایر عناصر پوشش داده نمی شود. تولیوم به دلیل توانایی انتشار فلورسانس آبی تحت اشعه ماوراء بنفش، به عنوان یکی از نمادهای ضد جعل اسکناس های یورو نیز استفاده می شود. فلورسانس آبی ساطع شده توسط سولفات کلسیم اضافه شده با تولیوم در دزیمتری شخصی برای تشخیص دوز تابش استفاده می شود.

برنامه های کاربردی دیگر

با توجه به طیف منحصر به فرد خود، تولیوم را می توان در روشنایی لامپ قوس مانند اسکاندیم استفاده کرد و نور سبز ساطع شده توسط لامپ های قوس حاوی تولیوم توسط خطوط انتشار سایر عناصر پوشش داده نمی شود.

تولیوم در زیر اشعه ماوراء بنفش فلورسانس آبی ساطع می کند که آن را به یکی از نمادهای ضد جعل اسکناس های یورو تبدیل می کند.

یورو تحت تابش اشعه ماوراء بنفش، با علائم ضد جعل واضح قابل مشاهده است