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铥(金属化学元素)

铥 是一种银白色金属,元素符号为Tm,有延展性,质较软可用刀切开;熔点1545°C,沸点1947°C,密度9.3208。铥在空气中比较稳定;氧化铥为淡绿色晶体。铥元素原子序数为69,原子量为168.93421,元素名来源于发现者的国家名。1879年瑞典科学家克莱夫从铒土中分离出铥和钬两种新元素。铥在地壳中的含量为十万分之二,是稀土元素中含量最少的元素,主要存在于磷钇矿和黑稀金矿中,天然稳定同位素只有铥169。广泛应用于高强度发电光源、激光、高温超导体等领域中。

铥,得名于斯堪的纳维亚半岛的旧称“Thule”。

发现人:克利夫(P.T.Cleve)

发现年代:1878年发现过程:1878年,由克利夫(P.T.Cleve)发现的。

1842年莫桑德尔从钇土中分离出铒土和铽土后,不少化学家利用光谱分析鉴定,确定它们不是纯净的一种元素的氧化物,这就鼓励了化学家们继续去分离它们。在从氧化饵分离出氧化镱和氧化钪以后,1879年克利夫又分离出两个新元素的氧化物。其中一个被命名为thulium,以纪念克利夫的祖国所在地斯堪的纳维亚半岛(Thulia),元素符号曾为Tu,今用Tm。随着铥以及其他一些稀土元素的发现,完成了发现稀土元素第三阶段的另一半。

铥是稀土金属中的一种。稀土是历史遗留的名称,从18世纪末叶开始被陆续发现。当时人们惯于把不溶于水的固体氧化物称作土,例如把氧化铝叫做陶土,氧化镁叫苦土。稀土是以氧化物状态分离出来,很稀少,因而得名稀土,稀土元素的原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)至71(Lu)。它们的化学性质很相似,这是由于核外电子结构特点所决定的。它们一般均生成三价化合物。

与其他稀土元素共存于硅铍钇矿、黑稀金矿、磷钇矿和独居石中。独居石含稀土元素的质量分数一般达50%,其中铥占0.007%。

铥为银白色金属,有延展性,质较软,可用刀切开;熔点1545°C,沸点1947°C,密度9.3208。

铥在空气中比较稳定;氧化铥为淡绿色晶体。银白色金属,质软,熔点时具有高的蒸气压。盐类(二价盐)氧化物都呈淡绿色。

元素名称:铥

元素原子量:168.9

原子体积:(立方厘米/摩尔):18.1元素在太阳中的含量:(ppm):0.0002

元素在海水中的含量:(ppm):大西洋表面 0.00000013

晶体结构:晶胞为六方晶胞。

晶胞参数:

a = 353.75 pm;b = 353.75 pm;c = 555.46 pm;α = 90°;β = 90°;γ = 120°

地壳中含量:(ppm):0.48

维氏硬度:520MPa

氧化态:Main Tm+3

电离能 (kJ /mol):M—M 596.7;M—M 1163;M—M 2285;M—M 4119

相对原子质量:168.934

常见化合价:+3

电负性:1.25

外围电子层排布:4f 6s

核外电子排布:2,8,18,31,8,2

核电荷数:69

电子层:K-L-M-N-O-P

同位素及放射线:Tm-168[93.1d]、Tm-169、Tm-170[128.6d]、Tm-171[1.92y]、Tm-172[2.65d]

电子亲合和能:0 KJ·mol

第一电离能:596.4 KJ·mol

第二电离能:1163 KJ·mol

第三电离能:0 KJ·mol

单质密度: 9.321 g/cm

单质熔点: 1545.0 ℃

单质沸点: 1727.0 ℃

原子半径: 2.42 埃

离子半径: 1.09(+3) 埃

共价半径: 1.56

溶于酸,能与水起缓慢化学作用。

尽管铥相当罕见且又昂贵,在特殊领域还是有些许应用。

高强度放电光源

铥常常以高纯度卤化物(通常是溴化铥)的形式引入高强度放电光源中,目的是利用铥的光谱。

激光

钬-铬-铥-三掺杂钇铝石榴石(Ho:Cr:Tm:YAG)是高效率的主动激光介质材料。它能发出波长为2097 nm的激光,被广泛应用在军事,医学和气象学方面。铥 - 单掺杂钇铝石榴石(Tm:YAG)可发出波长在1930nm-2040nm之间的激光,在组织表面进行消融时十分有效,无论在空气中还是在水中都能使凝血不致过深。这使得铥激光器在基础激光手术方面十分具有应用潜力 。

X射线来源

尽管成本较高,含铥的便携式X射线设备开始大量地已用于核反应中的辐射源。这些辐射源有一年左右的使用寿命,可用作医疗和牙科诊断的工具,以及人力难及的机械和电子元件的缺陷探测工具。这些辐射源并不需要大量的辐射防护 - 仅仅需要少量的铅 。

铥-170在癌症近距离治疗的辐射源方面的应用日益广泛。这种同位素具有128.6天的半衰期和五条具有相当强度的发射线(7.4,51.354,52.389,59.4和84.253千电子伏)。铥-170也是最常用的四种工业辐射源之一。

高温超导材料

类似于钇,铥也应用于高温超导体中。铥在铁素体中具有潜在使用价值:作为微波设备中所使用的陶瓷磁性材料。由于其特殊的光谱,铥可以像钪一样应用于弧光灯照明方面,使用铥的弧光灯发出的绿色光线不会被其他元素的发射线覆盖。 由于铥会在紫外线的照射下发出蓝色的萤光,铥也在欧元纸币中用作防伪标志之一。加入铥的硫酸钙所发出的的蓝色萤光在个人剂量仪用来进行放射剂量检测 。

由无水氟化铥TmF3用该还原制得;或用金属镧与铥氧化物的混合物中蒸气硫制得。

铥痕量地存在于人体中,准确含量仍属未知。铥已知没有生物学作用,尽管少量的铥能刺激新陈代谢,可溶性铥盐具有轻微的毒性,但不溶性铥盐是无毒的。注入铥盐溶液会引起肝脏和脾脏的退化和血红蛋白含量的波动。铥引起的肝脏损害在雄性大鼠中比雌性大鼠中更为普遍;尽管如此,铥仍被归为低毒。在人体中,铥含量最高的器官是肝脏、肾脏和骨骼。每个人每年通常会摄入几微克的铥。植物的根系不会吸收铥。铥在蔬菜干重中所占的比率大约为十亿分之一。铥的粉尘具有吸入和消化毒性,在空气中可能引起爆炸。放射性的铥会引致放射疾病。

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