Tuli

El tuli és un element químic de la taula periòdica el símbol del qual és Tm i el seu nombre atòmic és 69. Pertany al 6è període de la taula periòdica, a la sèrie dels lantanoides i, amb ells, al conjunt de les terres rares. Fou descobert el 1879 pel químic i geòleg suec Per Theodor Cleve. El nom prové de Thule, antic nom d'Escandinàvia.

Tuli
69Tm
erbi ← tuli → iterbi - ↑ Tm ↓ Md Taula periòdica
Aspecte
Gris platejat Tuli dendrític sublimat i un cub d'1 cm³ Línies espectrals del tuli
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Tuli, Tm, 69
Categoria d'elements	Lantànids
Grup, període, bloc	n/d, 6, f
Pes atòmic estàndard	168,93421
Configuració electrònica	[Xe] 4f13 6s2 2, 8, 18, 31, 8, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	9,32 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	8,56 g·cm−3
Punt de fusió	1.818 K, 1.545 °C
Punt d'ebullició	2.223 K, 1.950 °C
Entalpia de fusió	16,84 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	247 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	27,03 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 1.117 1.235 1.381 1.570 (1.821) (2.217)
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	2, 3, 4 (òxid bàsic)
Electronegativitat	1,25 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 596,7 kJ·mol−1
	2a: 1.160 kJ·mol−1
	3a: 2.285 kJ·mol−1
Radi atòmic	176 pm
Radi covalent	190±10 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Hexagonal
Ordenació magnètica	Paramagnètic at 300 K
Resistivitat elèctrica	(t, a,) (poli) 676 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	16,9 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(t, a,) (poli) 13,3 µm/(m·K)
Mòdul d'elasticitat	74,0 GPa
Mòdul de cisallament	30,5 GPa
Mòdul de compressibilitat	44,5 GPa
Coeficient de Poisson	0,213
Duresa de Vickers	520 MPa
Duresa de Brinell	471 MPa
Nombre CAS	7440-30-4
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del tuli
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 167Tm sin 9,25 d ε 0,748 167Er 168Tm sin 93,1 d ε 1,679 168Er 169Tm 100% 169Tm és estable amb 100 neutrons 170Tm sin 128,6 d β− 0,968 170Yb 171Tm sin 1,92 a β− 0,096 171Yb

Història

El tuli fou aïllat per primera vegada el 1879 com a l'òxid ${\ce {Tm2O3}}$ pel químic i geòleg Per Teodor Cleve a la Universitat d'Uppsala, Suècia. Els descobriments dels molts dels lantanoides començaren amb l'itri el 1794. Estava contaminat amb altres lantanoides que són molt similars químicament. De fet, els primers químics desconeixien que hi eren. El 1843, l'erbi i el terbi foren separats de l'itri, i després, el 1874, Cleve analitzà més detingudament l'erbi i se'n adonà que havia de contenir altres elements, ja que observà que la seva massa atòmica variava lleugerament depenent de la font d'on provenia. El 1911, el químic nord-americà Charles James realitzà prop de 15 000 recristal·litzacions de bromat de tuli amb l'objectiu d'obtenir una mostra absolutament pura de l'element i així determinar exactament la seva massa atòmica.

Estat natural i obtenció

Samarskita-(Yb)

El tuli se'l troba en nombrosos minerals en proporcions molt baixes. Els que en tenen una proporció major que el 0,30 % són: samarskita-(Yb) i iwashiroïta-(Y) 0,54 %, prosxenkoïta-(Y) i hingganita-(Y) 0,39 %, gagarinita-(Ce) 0,36 %, maoniupingita-(Ce) 0,35 %, calcibeborosilita-(Y) 0,32 % i calciogadolinita 0,30 %.

S'obté industrialment de la monazita, que només en conté al voltant d'un 0,007 %, juntament amb d'altres lantanoides. És el menys abundant dels lantanoides, però després del descobriment de nous jaciments se'l pot considerar tant rar com l'argent, l'or o el cadmi. Es pot separar de la resta mitjançant noves tècniques d'intercanvi iònic i d'extracció. S'aïlla per reducció del seu òxid amb lantani o a partir del fluorur de tuli(III) anhidre amb calci.

$${\ce {Tm2O3 + 2La -> 2Tm + La2O3}}$$

Propietats

Propietats físiques

El tuli és un metall de la sèrie dels lantanoides a la taula periòdica, té una densitat de 9,321 g/cm³ a 25 °C, un punt de fusió de 1 545 °C i un punt d'ebullició de 1 950 °C. És mal·leable i dúctil. És prou tou com per poder-lo ratllar amb un ganivet.

La seva configuració electrònica és [Xe]4f ¹³5d⁰6s². A temperatura ambient la seva estructura cristal·lina és hexagonal. És ferromagnètic a temperatures inferiors a 32 K, antiferromagnètic entre 32 i 56 K i paramagnètic per damunt de 56 K.

Propietats químiques

El tuli s'oxida lentament exposat a l'aire i es crema fàcilment per formar òxid de tuli(III), l'únic òxid conegut:

$${\ce {4 Tm + 3 O2 -> 2 Tm2O3}}$$

És força electropositiu i generalment és trivalent. Reacciona lentament amb aigua freda i força ràpidament amb aigua calenta per formar hidròxid de tuli(III):

$${\ce {2 Tm(s) + 6 H2O(l) -> 2 Tm(OH)3(aq) + 3 H2(g)}}$$

Reacciona amb tots els halògens donant els corresponents halogenurs de tuli(3+) que són acolorits:

$${\ce {2 Tm (s) + 3 F2 (g) -> 2 TmF3 (s) [blanc]}}$$

$${\ce {2 Tm (s) + 3 Cl2 (g) -> 2 TmCl3 (s) [groc]}}$$

$${\ce {2 Tm (s) + 3 Br2 (g) -> 2 TmBr3 (s) [blanc]}}$$

$${\ce {2 Tm (s) + 3 I2 (g) - 2 TmI3 (s) [groc]}}$$

Es dissol fàcilment en àcid sulfúric diluït per formar solucions que contenen els ions tuli(3+) verd pàl·lid, que existeixen com a complexos ${\ce {[Tm(OH2)9]^3+}}$.

Malgrat la majoria de compostos de tuli presenten cations tuli(3+) també s'han sintetitzat compostos de tuli(2+), com els halogenurs ${\ce {TmCl2}}$, ${\ce {TmBr2}}$ i ${\ce {TmI2}}$.

Isòtops

Article principal: Isòtops del tuli

El tuli que hom troba a la natura està constituït únicament per l'isòtop estable tuli 169. S'han obtingut, mitjançant reaccions nuclears, trenta-cinc isòtops del tuli entre el ¹⁴⁵Tm i ¹⁷⁹Tm, i 26 isòmers nuclears. El mode de desintegració primària dels isòtops de menor nombre màssic (A < 169) és la captura d'electrons donant isòtops de l'erbi.

$${\ce {^{168}_{69}Tm + ^{0}_{-1}e^{-}-> ^{168}_{68}Er + ^{0}_{0}\nu_{e}}}$$

El mode principal per a radionúclids de major nombre màssic (A > 169) és l'emissió beta, produint isòtops d'iterbi.

$${\ce {^{170}_{69}Tm -> ^{170}_{70}Yb + ^{0}_{-1}e^- + ^{0}_{0}\nu_{e}}}$$

Els radioisòtops de més llarga vida són el tuli 171, que té una semivida de 1,92 anys, i el tuli 170, que té una semivida de 128,6 dies. La majoria dels altres isòtops tenen semivides d'uns minuts o menys.

Aplicacions

Fabricació d'imants

Ferrita toroïdal

El tuli es fa servir en la fabricació d'imants de ceràmica (ferrites sinteritzades) per a equips de microones.

Medicina

El làser de tuli (YAG Tm 180) s'utilitza amb gran eficiència en el tractament de l'engrandiment benigne de la pròstata (HBP), en els processos de vaporització, coagulació i seccionament de la mateixa.

Bitllet de 500 € sota llum ultraviolada

Altres camps

L'isòtop tuli 170, amb una energia de 85 keV, s'utilitza com a font de raigs gamma en la radiografia industrial portàtil, l'arqueologia, l'art, la medicina, etc., malgrat tenir un cost elevat i poca disponibilitat al mercat.

El làser (Ho-Cr-Tm)-YAG és d'alta eficiència i té molts usos en meteorologia i en la indústria militar.

El tuli(3+) és present en els bitllets d'euro als quals dona fluorescència de color blau amb llum ultraviolada.

Perillositat

La pols de tuli i en partícules fines és perillós quan s'inhala o s'ingereix, i pot causar embòlies pulmonars, especialment durant exposicions llargues. Pot ser un problema mediambiental, si s'acumula en sòls i en mitjans aquàtics, el que podria portar a incrementar els seus nivells en els éssers vius, especialment en els humans. La sals solubles de tuli són lleugerament tòxiques, però les sals insolubles no són tòxiques. No es coneix un paper biològic d'aquest element.

Enllaços externs

• Los Alamos National Laboratory's - Tuli Arxivat 2004-04-15 a Wayback Machine. (anglès)
• It's Elemental - Tuli (anglès)
• webelements.com - Tuli (anglès)
• environmentalchemistry.com - Tuli (anglès)

Viccionari