کاربرد عنصر تولیم چیست؟ خواص تولیوم را می شناسید؟

عنصر تولیم از عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف بوده و با نماد شیمیایی Tm شناخته می شود. عدد اتمی تولیم ۶۹ و عدد جرمی آن ۱۶۸.۹۳ است. خواص عنصر تولیم موجب شده است تا در دوره ۶ و گروه ۳ جدول تناوبی مندلیف جای بگیرد. عنصر تولیم از عناصر واسطه داخلی بوده و در دسته لانتانیدها قرار دارد. از خواص عنصر تولیم می توان به رنگ نقره ای، نرمی، انعطاف پذیری و چکش خواری آن اشاره نمود. کاربرد عنصر تولیم در تولید لیزر مشاهده می شود. ترکیبات عنصر تولیم نیز می توانند خواص و کاربرد های مختلفی داشته باشند. ایزوتوپ عنصر تولیم نیز شناسایی شده و می توان از کاربردشان بهره برد. در ادامه این مقاله به بررسی خواص و کاربرد عنصر تولیم عنصر شماره ۶۹ جدول تناوبی پرداخته شده است. در ادامه با ما همراه باشید.

ما در نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عناصر موجود در جدول تناوبی مندلیف پرداخته ایم. عناصری مانند: اربیم، هولمیم، دیسپروزیوم، تربیوم و… . با شناخت کاربرد و ویژگی و خواص عنصر Tm با ما همراه باشید.

تاریخچه عنصر تولیم

در سال ۱۸۷۹ دانشمندی سوئدی به نام Per Teodor Cleve موفق به کشف این ماده شد. وجود عنصر تولیم هنگام جستجوی ناخالصی‌ موجود در اکسیدهای سایر عناصر خاکی کمیاب توسط این دانشمند کشف گردید. البته این همان روشی بود که Carl Gustaf Mosander برای کشف سایر عناصر خاکی کمیاب بکار برده بود. Cleve توانست با از بین بردن تمامی ناخالصی ‌های شناخته شده اربیا ( Er_۲O_۳) و انجام فرآیند های دیگر دو ماده جدید بدست آورد. یکی از این ترکیبات قهوه‌ای و ترکیب دیگر سبز بود.

ترکیب قهوه ای رنگ درواقع اکسید هولمیم بود که توسط Cleve هولمیا نامیده شد. ماده سبز نیز اکسید عنصری ناشناس بود. Cleve این اکسید را thulia نام نهاد. نام عنصر تولیم از کلمه Thule گرفته شده است. این کلمه نام باستانی برای سرزمینی افسانه‌ای در نقطه ای دور دست در شمال (اسکاندیناوی) بوده است.

منابع عنصر تولیم

هیچ‌گاه این عنصر به صورت طبیعی به شکل خالص وجود ندارد. اما این ماده در مواد معدنی و همراه سایر عناصر خاکی کمیاب در مقادیر کم یافته می‌شود. به وسیله جابجایی یونی از کانی‌ های مونازیت (۰,۰۰۷% تولیم ) که در شن رودخانه ‌ها وجود دارد، می توان این ماده را استخراج نمود.

تولید

در ابتدا به مواد معدنی که از قبل خرد شده اند، هیدروکلریک یا سولفوریک اسید افزوده می شود. در این حالت اکسید های محلول کمیاب به کلرید های محلول یا سولفات ها تبدیل می شوند.

فیلترهای اسیدی تا حدودی با هیدروکسید سدیم تا pH چهار خنثی می شوند. سپس عنصر توریم به عنوان هیدروکسید از محلول جدا می شود. در ادامه محلول با اگزالات آمونیوم درمان می شود.

اگزالات توسط پخت و پز به اکسید تبدیل می شود. اکسید ها در اسید نیتریک حل شده که یکی از مؤلفه های اصلی، سریم را حذف کرده که اکسید آن در HNO_۳ نا محلول است.

سپس محلول بوسیله نیترات منیزیم جهت تولید مخلوط متبلور شده از نمک های مضاعف فلزات خاکی کمیاب تصفیه می شود. نمک ها با تبادل یونی جدا می شوند. طی این فرایند، یون های خاکی کمیاب با مبادله یون های هیدروژن، آمونیوم یا ترکیبات موجود در رزین، روی رزین با تبادل یونی مناسب، جذب می شوند.

یون ها پس از آن به صورت انتخابی توسط ماده پیچیده مناسب، شسته خواهند شد.

فن‌آوری های استخراج و جابجایی یونی روش نوین جداسازی عناصر خاکی کمیاب هستند. این روش ها هزینه تولید تولیم را کاهش داده اند. این فلز را می‌توان با روش کاهش اکسید آن به وسیله لانتانیم و به دنبال آن تقطیر فلز تولیم و یا به وسیله کاهش کلسیم در ظروف در بسته تولید نمود. هیچ یک از ترکیبات تولیم از اهمیت تجاری برخوردار نیستند.

خواص عنصر تولیم

عنصر تولیم عنصر شماره ۶۹ جدول تناوبی عناصر است. این عنصر (Thulium) با علامت اختصاری Tm و عدد اتمی ۶۹ در جدول تناوبی شناخته می شود. این ماده در دسته فلزات و از عناصر گروه لانتانید ها است. عنصر تولیوم فلزی دارای درخشش نقره ‌ای رنگی است. می ‌توان به ‌راحتی با این عنصر کار کرد و با چاقو بریده می‌شود. این ماده در برابر فرسایش در هوای خشک تا حدودی مقاوم است. از خواص عنصر تولیم انعطاف‌پذیری خوب آن است. این ماده در گروه عناصر کمیاب جای دارد. برای شناخت بهتر این ماده و آشنایی با خواص شیمیایی آن می توان مدل اتمی بور برای عنصر تولیم را بررسی نمود.

لانتانید ها

لانتانید ها نام گروهی از عناصر موجود در جدول تناوبی مندلیف است. این عناصر فلزاتی براق با واکنش پذیری بالا و کمیاب هستند. خواص این عناصر مشابه لانتان ۵۷ است. عناصر این گروه نمک های سه ظرفیتی محلول در آب با خواص شیمیایی یکسانی را به وجود می آورند. این عناصر را می توان احیا نمود. این کار با استفاده از اثر کلسیم و لیتیم بر هالید بدون آب صورت می پذیرد. در مرحله بعد آن را در خلأ ذوب مجدد نموده و باقیمانده مواد احیا کننده تبخیر می شود. همچنین آن ها را می توان از حمام های نمک ذوب شده به صورت الکترولیتی نیز احیا کرد. لانتانید ها می توانند با بعضی ترکیبات آلی املاح آلی نیز تشکیل دهند.

لانتانید ها به دلیل ویژگی هایی که دارند، خاک های کمیاب نیز نام گرفته اند. علت این نامگذاری این است که اولین اعضای لانتانید ها که به صورت اکسید جمع آوری شد شبیه به اکسید های کلسیم و منیزیم (بعد ها در گروه فلزات قلیایی خاکی قرار گرفتند) بود. لانتانید ها در طبیعت به صورت کانی هایی مانند مونازیت، زنوتیم و گادولینیت یافته می شوند.

ایزوتوپ عنصر تولیم

تنها ایزوتوپ عنصر تولیم که دارای پایداری است، ایزوتوپ  Tm-169با فراوانی طبیعی ۱۰۰% است. این ماده ۳۱ رادیو ایزوتوپ نیز دارد. پایدارترین رادیو ایزوتوپ عنصر تولیم به ترتیب ^۱۷۱Tm با نیمه عمر ۱.۹۲ سال، ^۱۷۰Tm با نیمه عمر ۱۲۸,۶ روز، ^۱۶۸Tm با نیمه عمر ۹۳,۱ روز و ^۱۶۷Tm با نیمه عمر ۹,۲۵ روز می ‌باشند. سایر ایزوتوپ های رادیو اکتیو نیمه عمری کمتر از ۶۴ ساعت دارند. نیمه عمر بیشتر این رادیو ایزوتوپ ها نیز کمتر از ۲ دقیقه است.

این عنصر دارای ۱۴ حالت متا است. حالت فروپاشی اولیه قبل از فراوان ‌ترین ایزوتوپ پایدار یعنی ^۱۶۹Tm جذب الکترون و حالت اولیه پس از فروپاشی ^۱۶۹Tm، کاهش بتا است.

محصول فروپاشی اولیه قبل از ^۱۶۹Tm ایزوتوپ های عنصر اربیم و محصول اولیه پس از آن ایزوتوپ های عنصر ایتربیم هستند.

نیمه عمر	ایزوتوپ
۹۳.۱ روز	Tm-168
پایدار	Tm-169
۱۲۸.۶ روز	Tm-170
۱.۹۲ سال	Tm-171
۲.۶۵ روز	Tm-172

 

کاربرد عنصر تولیم

از کاربرد عنصر تولیم می توان به تولید لیزر اشاره نمود. تنها هزینه ‌های بالای تولید، مانع از گسترش سایر کاربرد های تجاری این ماده شده است.

لانتانم اکسی برمید به عنصر تولیم برای هدایت قدرت صفحه های فسفری X-ray اضافه می شود. با این کار می توان تماس تشعشعاتی را در حین کار درمانی و دندانپزشکی به حداقل رساند.

لامپ های هالید-فلزی با استفاده از تولیم یدید همراه با دیسپروسیم و هلمیم یدید ساخته می شوند. این لامپ ها در روشنایی استادیوم های ورزشی، سینما ها و نور پردازی صحنه و روشنایی داخلی یا خارجی استفاده می شوند.

برخی از لیزر ها از سنگ تولیم، کرومیم، هلمیم، ایتریم و آلومینیوم استفاده می کنند. این لیزر ها در جراحی، دندانپزشکی، تست جو و سنجش از راه دور به کار می روند.

شیشه های لیزر تولیمی نیز برای برش و داغ کردن در جراحی باز، لاپاروسکوپی و آندوسکوپی استفاده می شوند.

نکته

عنصر تولیم به عنوان ماده ای برای مقابله با جعل و تقلب در اسکناس های یورو نیز به کار می رود.

از فلورسانس آبی سولفات کلسیم با دوپینگ Tm در دوزیمتر های شخصی برای نظارت تابش استفاده می شود.

وقتی تولیم پایدار (^۱۶۹Tm) در راکتور اتمی بمباران ‌شود، می ‌تواند به عنوان یک منبع تابش در وسایل قابل حمل اشعه ایکس بکار رود.

احتمالا کاربرد ایزوتوپ ناپایدار ^۱۷۱Tm می‌تواند به عنوان یک منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد.

^۱۶۹Tm دارای کاربرد بالقوه در مواد مغناطیسی سرامیکی به نام فریت است. این مواد در وسایل مایکروویو استفاده می‌ شوند.

خطرات عنصر تولیم

عنصر تولیوم میزان مسمومیت‌ زایی ضعیف تا متوسط ایجاد خواهد نمود. بنابراین در کاربرد این ماده باید با احتیاط رفتار شود. تولیم فلزی به شکل پودر نیز از نظر انفجار و آتش‌زایی خطرناک است.

نمک های تولیوم محلول ملایم سمی هستند. در صورت تزریق، می تواند باعث تحلیل رفتن کبد و طحال شود. این ماده می تواند باعث نوسان غلظت هموگلوبین نیز شود. نکته جالب این است که آسیب کبدی ناشی از تولیوم در موش های نر بیشتر از موش های ماده است.

به طور معمول انسان سالانه چندین میکروگرم تولیم مصرف می کند. البته باید بدانید که ریشه گیاهان یون تولیوم را جذب نمی کند. ماده خشک سبزیجات اغلب حاوی یک قسمت در هر میلیارد از این عنصر است. گرد و غبار و پودر تولیم هنگام استنشاق یا بلعیدن سمی است و می تواند ایجاد انفجار نماید.

سخن آخر

در جدول تناوبی مندلیف عناصر مختلفی قرار گرفته اند. عناصر جدول تناوبی از لحاظ خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر تفاوت هایی دارند. وجود این تفاوت در خواص است که کاربرد متنوع عناصر را به وجود آورده است. اغلب عناصری که در یک گروه از جدول تناوبی مندلیف قرار گرفته اند خواص شبیه به هم دارند. برای شناخت جایگاه عناصر می توان به جدول تناوبی مندلیف مراجعه نمود. در این جدول تمام عناصر جایگاه مخصوص به خود را دارا هستند و در گروه ها و دوره هایی مرتب شده اند. با شناخت بهتر عناصر جدول تناوبی است که می توان به کاربرد و ویژگی عناصر بهتر پی برد. این‌گونه گامی محکم در جهت پیشرفت علم برداشته خواهد شد.

کاربرد مختلف عناصر در صنعت و سلامت و پزشکی و کشاورزی و…، تنها با شناخت کامل آن ها امکان پذیر است. دانشمندان همواره در تلاش بوده اند تا شناخت بیشتری از این عناصر به دست آورند. شناخت بیشتر به گسترش علم و پیشرفت بشر می انجامد.

عناصر موجود در جدول تناوبی مندلیف حالت های مختلفی را می توانند داشته باشند. جامد، مایع، گاز، حالت های مختلف این عناصر است. همین‌طور برخی از عناصر این جدول فلز و برخی دیگر نافلزند. برخی از عناصر نیز شبیه فلز هستند. به دلیل اهمیت بالای عناصر شیمیایی در زندگی روزمره و صنعت و همین‌طور آینده بشر، نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به توضیح و بررسی عناصر پرداخته است. برای آشنایی با ویژگی و کاربرد و تاریخچه عناصر شیمیایی جدول تناوبی می توانید به سایت نشریه علمی جهان شیمی فیزیک مراجعه کنید.