Tulio

El tulio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Tm y su número atómico es 69.

Erbio ← Tulio → Iterbio
 
 
69		 Tm
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
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Información general
Nombre, símbolo, número Tulio, Tm, 69
Serie química Lantánidos
Grupo, período, bloque -, 6, f
Masa atómica 168,934 u
Configuración electrónica [Xe] 4f13 6s2
Dureza Mohs sin datos
Electrones por nivel 2, 8, 18, 31, 8, 2 (imagen)
Apariencia Gris plateado
Propiedades atómicas
Radio medio 175 pm
Electronegatividad 1,25 (escala de Pauling)
Radio atómico (calc) 222 pm (radio de Bohr)
Estado(s) de oxidación 3
Óxido Básico
1.ª energía de ionización 596,7 kJ/mol
2.ª energía de ionización 1160 kJ/mol
3.ª energía de ionización 2285 kJ/mol
4.ª energía de ionización 4120 kJ/mol
Líneas espectrales
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido (__)
Densidad 9321 kg/m3
Punto de fusión 1818 K (1545 °C)
Punto de ebullición 2220 K (1947 °C)
Entalpía de vaporización 191 kJ/mol
Entalpía de fusión 16,84 kJ/mol
Presión de vapor Sin datos
Varios
Estructura cristalina Hexagonal
Calor específico 160 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 1,5·106 S/m
Conductividad térmica 16,8 W/(K·m)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del tulio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
167TmSintético9,25 dε0,748167Er
168TmSintético93,1 dε1.679168Er
169Tm100%Estable con 100 neutrones
170TmSintético128,6 dβ-0,968170Yb
171TmSintético1,92 aβ-0,096171Yb
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

En 1879, el químico sueco Per Teodor Cleve separó del óxido de tierras raras erbia otros dos componentes hasta entonces desconocidos, a los que llamó holmia y thulia; se trataba de los óxidos de holmio y de tulio, respectivamente. En 1911 se obtuvo por primera vez una muestra relativamente pura de tulio metálico. Su nombre procede del antiguo nombre griego de Escandinavia en latín, Thulium.[1]

El tulio es el segundo elemento menos abundante de los lantánidos, después del radiactivamente inestable prometio, que sólo se encuentra en trazas en la Tierra. Es un metal fácil de trabajar con un lustre gris plateado brillante. Es bastante blando y se empaña lentamente en el aire. A pesar de su elevado precio y rareza, el tulio se utiliza como fuente de radiación en dispositivos portátiles de rayos X y en algunos láseres de estado sólido. No tiene ninguna función biológica importante y no es especialmente tóxico.

Historia
Per Teodor Cleve, el científico que descubrió el tulio y el holmio.

El tulio fue descubierto por el químico sueco Per Teodor Cleve en 1879 al buscar impurezas en los óxidos de otros elementos de tierras raras (este era el mismo método que Carl Gustaf Mosander había utilizado anteriormente para descubrir algunos otros elementos de tierras raras).[2] Cleve comenzó eliminando todos los contaminantes conocidos de erbia (Er
2O
3). Tras un procesamiento adicional, obtuvo dos nuevas sustancias; uno marrón y otro verde. La sustancia marrón era el óxido del elemento holmio y fue nombrada holmia por Cleve, y la sustancia verde era el óxido de un elemento desconocido. Cleve nombró el óxido thulia y su elemento thulium después de Thule, un griego antiguo nombre de lugar asociado con Escandinavia o Islandia. El símbolo atómico de Tulio fue inicialmente Tu, pero luego se cambió a Tm.[3][4][5][6][7][8][9]

El tulio era tan raro que ninguno de los primeros investigadores tenía suficiente cantidad para purificar lo suficiente como para ver el color verde; tenían que contentarse con observar espectroscópicamente el fortalecimiento de las dos bandas de absorción características, a medida que el erbio se eliminaba progresivamente. El primer investigador en obtener tulio casi puro fue Charles James, un expatriado británico que trabajaba a gran escala en la Colegio de New Hampshire en Durham, Estados Unidos. En 1911 informó de sus resultados, después de haber utilizado su método descubierto de cristalización fraccionada de bromato para realizar la purificación. Es bien sabido que necesitó 15.000 operaciones de purificación para establecer que el material era homogéneo.[10]

El óxido de tulio de alta pureza se ofreció comercialmente por primera vez a fines de la década de 1950, como resultado de la adopción de la tecnología de separación intercambio iónico. Lindsay Chemical Division de American Potash & Chemical Corporation lo ofreció en grados de 99% y 99,9% de pureza. El precio por kilogramo osciló entre 4.600 y 13.300 dólares EE. UU. en el período de 1959 a 1998 para el 99,9% de pureza, y fue el segundo más alto para los lantánidos detrás del lutecio.[11][12]

Propiedades

Propiedades físicas

El metal de Tulio puro posee un lustre plateado. Es medianamente estable al ser expuesto al aire, pero debe ser protegido de la humedad. El metal es blando, maleable y dúctil.[13] El Tulio es ferromagnético a temperaturas por debajo de 32 K, antiferromagnético entre 32 y 56 K y paramagnético por encima de 56 K.[14]

Propiedades químicas

El metal de Tulio se oxida lentamente al ser expuesto al aire y se quema a una temperatura de 150 °C formando óxido de Tulio(III):

4 Tm + 3 O2 → 2 Tm2O3

El Tulio es bastante electropositivo y reacciona lentamente con agua fría y bastante rápido con agua caliente para formar hidróxido de Tulio:

2 Tm (s) + 6 H2O (l) → 2 Tm(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

El Tulio reacciona con todos los halógenos. Las reacciones son lentas a temperatura ambiente, pero vigorosas por encima de 200 °C:

2 Tm (s) + 3 F2 (g) → 2 TmF3 (s) [blanco]
2 Tm (s) + 3 Cl2 (g) → 2 TmCl3 (s) [amarillo]
2 Tm (s) + 3 Br2 (g) → 2 TmBr3 (s) [blanco]
2 Tm (s) + 3 I2 (g) → 2 TmI3 (s) [amarillo]

El Tulio se disuelve en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen los iones verde pálido de Tm(III), los que existen como complejos de [Tm(OH2)9]3+:[15]

2 Tm (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Tm3+ (aq) + 3 SO42- (aq) + 3 H2 (g)

El Tulio reacciona con varios elementos metálicos y no-metálicos formando un conjunto de compuestos binarios, incluidos TmN, TmS, TmC2, Tm2C3, TmH2, TmH3, TmSi2, TmGe3, TmB4, TmB6 y TmB12. En estos compuestos, el Tulio presenta estados de valencia +2, +3 y +4, sin embargo, el estado +3 es más común y dicho estado es el único que se ha observado en soluciones de Tm.[16]

Ocurrencia
El tulio se encuentra en el mineral monacita.

El elemento nunca se encuentra en la naturaleza en forma pura, pero se encuentra en pequeñas cantidades en minerales con otras tierras raras. El tulio se encuentra a menudo con minerales que contienen itrio y gadolinio. En particular, el tulio se encuentra en el mineral gadolinita.[17] Sin embargo, como muchos otros lantánidos, el tulio también se encuentra en los minerales monacita, xenotima y euxenita. El tulio no se ha encontrado en prevalencia sobre las otras tierras raras en ningún mineral todavía.[18] Su abundancia en la corteza terrestre es de 0,5 mg/kg en peso y 50 partes por billón en moles. El tulio constituye aproximadamente 0,5 partes por millón del suelo, aunque este valor puede oscilar entre 0,4 y 0,8 partes por millón. El tulio constituye 250 partes por cuatrillón del agua de mar.[3] En el Sistema Solar, el tulio existe en concentraciones de 200 partes por billón en peso y 1 parte por billón en moles. [19] El mineral de tulio se encuentra sobre todo en China. Sin embargo, Australia, Brasil, Groenlandia, India, Tanzania, y los Estados Unidos también tienen grandes reservas de tulio. Las reservas totales de tulio son de aproximadamente 100.000 toneladas. El tulio es el lantánido menos abundante de la Tierra, a excepción del prometio radiactivo.[3]

Producción

El tulio se extrae principalmente del mineral monacita (~0,007 % de tulio) que se encuentran en las arenas de los ríos, a través de intercambio iónico. Las técnicas más nuevas de intercambio de iones y extracción con solventes han llevado a una separación más fácil de las tierras raras, lo que ha reducido los costos de producción del tulio. Las fuentes principales hoy en día son las arcillas de adsorción de iones del sur de China. En estas, aproximadamente dos tercios del contenido total de tierras raras es itrio, y el tulio es aproximadamente el 0,5% (o aproximadamente empatado con lutecio por rareza). El metal se puede aislar mediante reducción de su óxido con lantano metálico o mediante reducción con calcio en un recipiente cerrado. Ninguno de los compuestos naturales del tulio es comercialmente importante. Se producen aproximadamente 50 toneladas al año de óxido de tulio.[3] En 1996, el óxido de tulio costaba 20 dólares estadounidenses por gramo, y en 2005, el polvo metálico de tulio con una pureza del 99 % costaba 70 dólares estadounidenses por gramo.[20]

Aplicaciones

Láser

El granate de itrio y aluminio dopado triplemente con holmio-cromo-tulio (Ho:Cr:Tm:YAG, o Ho,Cr,Tm:YAG) es un material de medio láser activo con alta eficiencia. Lanza a 2080 nm en el infrarrojo y se utiliza ampliamente en aplicaciones militares, medicina y meteorología. Los láseres de YAG dopados con tulio (Tm:YAG) operan a 2010 nm.[21] La longitud de onda de los láseres basados en el tulio es muy eficiente para la ablación superficial de tejidos, con una profundidad de coagulación mínima en el aire o en el agua. Esto hace que los láseres de tulio sean atractivos para la cirugía con láser.[22]

Fuente de rayos X

A pesar de su elevado coste, los dispositivos portátiles de rayos X utilizan tulio que ha sido bombardeado con neutrones en un reactor nuclear para producir el isótopo Tulio-170, que tiene una vida media de 128,6 días y cinco líneas de emisión principales de intensidad comparable (a 7. Estas fuentes radiactivas tienen una vida útil de aproximadamente un año, como herramientas de diagnóstico médico y dental, así como para detectar defectos en componentes mecánicos y electrónicos inaccesibles. Estas fuentes no necesitan una amplia protección contra la radiación – , sólo una pequeña taza de plomo.[23] Se encuentran entre las fuentes de radiación más populares para su uso en radiografía industrial.[24] El tulio-170 está ganando popularidad como fuente de rayos X para el tratamiento del cáncer mediante braquiterapia (radioterapia de fuente sellada).[25][26]

Otros

El tulio se ha utilizado en superconductores de alta temperaturas de forma similar al itrio. El tulio tiene potencialmente un uso en ferritas, materiales magnéticos cerámicos que se utilizan en equipos de microondas.[23] El tulio también es similar al escandio en el sentido de que se utiliza en la iluminación de arco por su inusual espectro, en este caso, sus líneas de emisión verdes, que no son cubiertas por otros elementos.[27] Debido a que el tulio posee una fluorescencia con un color azul cuando se expone a luz ultravioleta, el tulio se coloca en los billetes de euro como una medida para prevenir falsificación.[28] La fluorescencia azul del culfato de calcio dopado con Tm ha sido utilizada en dosímetros personales para monitoreo visual de radiación. [3] Los haluros dopados con Tm en los cuales el Tm se encuentra con su estado de valencia 2+, aparecen como materiales luminiscentes promisorios que pueden constituir y hacer posible el diseño de ventanas generadoras de electricidad eficientes basadas en el principio de un concentrador solar luminescente.[29]

Referencias
  1. «Etimología de TULIO».
  2. Véase:
    • Cleve, P. T. (1879). «Sur deux nouveaux éléments dans l'erbine» [Two new elements in the oxide of erbium]. Comptes rendus (en francés) 89: 478-480. Cleve named thulium on p. 480: "Pour le radical de l'oxyde placé entre l'ytterbine et l'erbine, qui est caractérisé par la bande x dans la partie rouge du spectre, je propose la nom de thulium, dérivé de Thulé, le plus ancien nom de la Scandinavie." (For the radical of the oxide located between the oxides of ytterbium and erbium, which is characterized by the x band in the red part of the spectrum, I propose the name of "thulium", [which is] derived from Thule, the oldest name of Scandinavia.)
    • Cleve, P. T. (1879). «Sur l'erbine» [On the oxide of erbium]. Comptes rendus (en francés) 89: 708-709.
    • Cleve, P. T. (1880). «Sur le thulium» [On thulium]. Comptes rendus (en francés) 91: 328-329.
  3. Emsley, John (2001). id=Yhi5X7OwuGkC&pg=PA442 Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. US: Oxford University Press. pp. 442-443. ISBN 0-19-850341-5.
  4. Eagleson, Mary (1994). Concise Encyclopedia Chemistry. Walter de Gruyter. p. 1061. ISBN 978-3-11-011451-5.
  5. Weeks, Mary Elvira (1956). The discovery of the elements (6th edición). Easton, PA: Journal of Chemical Education.
  6. Weeks, Mary Elvira (1932). «The discovery of the elements: XVI. The rare earth elements». Journal of Chemical Education 9 (10): 1751–1773. Bibcode:1932JChEd...9.1751W. doi:10.1021/ed009p1751.
  7. Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). «Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Confusing Years». The Hexagon: 72-77. Consultado el 30 de diciembre de 2019.
  8. Piguet, Claude (2014). «Extricating erbium». Nature Chemistry 6 (4): 370. Bibcode:2014NatCh...6..370P. PMID 24651207. doi:10.1038/nchem.1908.
  9. «Thulium». Royal Society of Chemistry. 2020. Consultado el 4 de enero de 2020.
  10. James, Charles (1911). «Thulium I». Journal of the American Chemical Society 33 (8): 1332-1344. doi:10.1021/ja02221a007.
  11. Hedrick, James B. «Rare-Earth Metals». U.S. Geological Survey. Consultado el 6 de junio de 2009.
  12. Castor, Stephen B.; Hedrick, James B. «Rare Earth Elements». Consultado el 6 de junio de 2009. Parámetro desconocido |name-list-style= ignorado (ayuda)
  13. C. R. Hammond (2000). The Elements, in Handbook of Chemestry and Physics 81st edition. CRC press. ISBN 0849304814.
  14. M. Jackson (2000). «Magnetism of Rare Earth». The IRM quarterly 10 (3): 1. Archivado desde el original el 12 de julio de 2017. Consultado el 24 de diciembre de 2010.
  15. «Chemical reactions of Thulium». Webelements. Consultado el 6 de junio de 2009.
  16. Patnaik, Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. p. 934. ISBN 0070494398. Consultado el 6 de junio de 2009.
  17. Walker, Perrin; Tarn, William H. (2010). com/books?id=-2ObmTZTq2QC&pg=PA1241 CRC Handbook of Metal Etchants. CRC Press. pp. 1241-. ISBN 978-1-4398-2253-1.
  18. Hudson Institute of Mineralogy (1993-2018). «Mindat.org». www.mindat.org. Consultado el 14 de enero de 2018.
  19. Tulio en Chemcool.com
  20. Hammond, C. R. (2000). «The Elements». Handbook of Chemistry and Physics (81st edición). CRC press. ISBN 0-8493-0481 -4.
  21. Koechner, Walter (2006). Solid-state laser engineering. Springer. p. 49. ISBN 0-387-29094-X.
  22. Duarte, Frank J. (2008). Tunable laser applications. CRC Press. p. 214. ISBN 978-1-4200-6009-6.
  23. Gupta, C. K.; Krishnamurthy, Nagaiyar (2004). Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. p. 32. ISBN 0-415-33340-7.
  24. Raj, Baldev; Venkataraman, Balu (2004). Practical Radiography. ISBN 978-1-84265-188-9.
  25. Krishnamurthy, Devan; Vivian Weinberg; J. Adam M. Cunha; I-Chow Hsu; Jean Pouliot (2011). «Comparación de las distribuciones de dosis de braquiterapia de próstata de alta tasa con fuentes de iridio-192, iterbio-169 y tulio-170». Braquiterapia 10 (6): 461-465. PMID 21397569. doi:10.1016/j.brachy.2011.01.012.
  26. Ayoub, Amal Hwaree et al. Development of New Tm-170 Radioactive Seeds for Brachytherapy, Department of Biomedical Engineering, Ben-Gurion University of the Negev
  27. Gray, Theodore W.; Mann, Nick (2009). The Elements: Una exploración visual de todos los átomos conocidos en el universo. Black Dog & Leventhal Publishers. p. 159. ISBN 978-1-57912-814-2.
  28. Wardle, Brian (6 de noviembre de 2009). Principles and Applications of Photochemistry. p. 75. ISBN 978-0-470-71013-5.
  29. ten Kate, O. M.; Krämer, K.W.; van der Kolk, E. (2015). «Concentradores solares luminiscentes eficientes basados en haluros libres de autoabsorción, dopados con Tm(2+)». Solar Energy Materials & Solar Cells 140: 115-120. doi:10.1016/j.solmat.2015.04.002.

Bibliografía

Enlaces externos


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