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。
发现简史
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。
矿藏分布
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%。
物理性质
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
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
氧化态:Main Tm+3
电离能 (kJ /mol):M—M+ 596.7;M+—M2+ 1163;M2+—M3+ 2285;M3+—M4+ 4119
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-1
第二电离能:1163 KJ·mol-1
第三电离能:0 KJ·mol-1
单质密度: 9.321 g/cm3
单质熔点: 1545.0 ℃
单质沸点: 1727.0 ℃
化学性质
溶于酸,能与水起缓慢化学作用。
应用领域
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。
制备方法
由无水
氟化铥TmF3用钙还原制得;或用金属
镧与铥氧化物的混合物中蒸气硫制得。
生物作用
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。
保护措施
2024年6月,公布《稀土管理条例》,自2024年10月1日起施行。