تولیم : خواص، تاریخچه، منابع و تولید، کاربردها و اثرات بیولوژیکی!

 

تولیم یک فلز سفید – نقره ای نسبتاً سخت است که در هوا پایدار است اما به راحتی می تواند در اسیدهای رقیق به استثنای اسید هیدروفلوئوریک (HF) حل شود، که در آن یک لایه تری فلوئورید نامحلول (TmF۳) روی سطح فلز تشکیل می شود، و مانع واکنش های بعدی مواد شیمیایی می گردد.

 

تولیوم یک آهن ربا قوی در دمای بالاتر از ۵۶ درجه کلوین است و در دمای بین ۳۲ تا ۵۶ درجه کلوین هم به عنوان یک فلز غیر مغناطیسی با ساختار مغناطیسی تعدیل شده سینوسی در امتداد محور c ساختار بلوری اش می باشد و در دمای زیر ۳۲ درجه کلوین فریم مغناطیسی دارد.

 

تولیوم در سال ۱۸۷۹، همراه با هولمیوم، توسط Per Teodor Cleve کشف شد، او اکسید تولیا را به نام یک نام قدیمی برای اسکاندیناوی نام گذاری کرد. مقدار آن در مواد معدنی خاکی کمیاب مانند رس های یونی لاتریت، زنوتیم و اکسینیت و در محصولات شکافت هسته ای به مقدار کم یافت می شود.

 

تولیوم یکی از نادرترین عناصر کمیاب زمین می باشد و فراوانی آن در پوسته زمین تقریباً برابر با آنتیموان و ید است. تولیم طبیعی کاملاً از ایزوتوپ پایدار تولیوم -۱۶۹ تشکیل شده است و سی و پنج ایزوتوپ رادیواکتیو به استثنای ایزومرهای هسته ای شناخته شده اند.

 

خواص و مشخصات شناسایی تولیم

 

خواص  مشخصات
شکل فیزیکی                                                    فلز نقره ای رنگ فرمول شیمیایی                                                                      ۶۹Tm
دانسیته                                                                  (g/cm۳)۹.۳۲ وزن اتمی استادارد                                                          ۱۶۸.۹۳۴
نقطه ذوب                                                                (۰C) 1545 شماره (CAS No)                                                        ۷۴۴۰-۳۰-۴
نقطه جوش                                                              (۰C) 1950 ساختار کریستالی                                          هگزاگونال (hcp)

 

تاریخچه تولیوم

 

تولیم برای اولین بار در سال ۱۸۷۹ به عنوان اکسید توسط Per Teodor Cleve در دانشگاه اپسالا سوئد جدا شد. اکتشافات بسیاری از عناصر کمیاب خاکی (معروف به لانتانوئید) به همراه ایتریوم در سال ۱۷۹۴ آغاز شده است.

 

در سال ۱۸۴۳، اربیوم و تربیوم از ایتریوم استخراج شده، و سپس در سال ۱۸۷۴، Cleve با دقت بیشتری به اربیوم نگاه کرد و متوجه شد که احتمالا این عنصر، عناصر دیگری را نیز در خود داشته باشد زیرا مشاهده کرد که وزن اتمی آن بسته به منبع کمی متفاوت است و نهایتا وی در سال ۱۸۷۹ از آن تولیوم را استخراج کرد.

 

در سال ۱۹۱۱، شیمیدان آمریکایی تئودور ویلیام ریچاردز برای به دست آوردن یک نمونه کاملاً خالص از این عنصر و بنابراین تعیین دقیق وزن اتمی آن، ۱۵۰۰۰ تبلور مجدد تولیوم برومات را انجام داد.

 

منابع و تولید تولیم

 

منابع و تولید تولیم

 

بر اساس lenntech تولیوم در ماده معدنی مونازیت یافت می شود و هرگز در طبیعت به صورت خالص وجود ندارد، اما در مواد معدنی با سایر مواد نادر به مقدار کم یافت می شود. تولیم اغلب با مواد معدنی حاوی ایتریوم و گادولینیوم یافت می شود و به طور خاص، تدر ماده معدنی گادولینیت وجود دارد.

 

با این حال، تولیوم در مواد معدنی مونازیت، زنوتیم و اکسینیت نیز وجود دارد. این عنصر هنوز در هیچ ماده معدنی توزیع بیشتری نسبت به سایر عناصر نادر ندارد و فراوانی آن در پوسته زمین ۵/۰ میلی گرم در کیلوگرم وزن و ۵۰ قسمت در میلیارد بر مول است.

 

تولیم تقریباً ۰.۵ قسمت در میلیون خاک را تشکیل می ده ، اگرچه این مقدار می تواند از ۰.۴ تا ۰.۸ قسمت در میلیون باشد و ۲۵۰ قطعه در هر کوادریلیون آب دریا را تشکیل می دهد. در منظومه شمسی، تولیوم در غلظت های ۲۰۰ قسمت در تریلیون وزن و ۱ قسمت در تریلیون وزن مول وجود دارد.

 

سنگ معدن تولیوم معمولاً در چین وجود دارد، با این حال، استرالیا، برزیل، گرینلند، هند، تانزانیا و ایالات متحده نیز دارای ذخایر زیادی از آن هستند. کل ذخایر تولیوم تقریباً ۱۰۰۰۰۰ تن است و کمترین لانتانید موجود بر روی زمین به جز پرومتیم رادیواکتیو می باشد.

 

تولید تجاری:

 

تولید تجاری

 

تولید تجاری تولیم شامل استخراج حلال یا تبادل یونی از مونازیت است. این فلز با کاهش اکسید آن توسط فلز لانتانیم و به دنبال آن تقطیر فلز تولیوم تهیه می شود. از تولیوم ۱۷۰ در منابع اشعه ایکس کوچک قابل حمل مناسب برای تصویربرداری اشعه ایکس پزشکی و ارزیابی غیر مخرب ساختارهای دیواره نازک استفاده می شود. تولیوم همراه با ایتریوم جزئی از برخی اکسیدهای ابررسانا در دمای بالا است.

 

تولیوم را می توان در حالت اکسیداسیون ۲+ مانند دیودید تیره رنگ TmI۲ تهیه کرد. یون +Tm۲ در آب پایدار نیست. قبل از اکسید شدن به حالت غالب ۳، لحظه ای رنگ قرمز بنفش ایجاد می کند. تولیوم در حالت پایدار ۳ مجموعه ای از نمک های سبز کم رنگ را تشکیل می دهد.

 

کاربردهای تولیوم

 

لیزر:

 

کاربردهای تولیوم

 

گارنت آلومینیوم ایتریوم دو دوپ هولمیوم-کروم-تولیم (Ho: Cr: Tm: YAG یا Ho ، Cr ، Tm: YAG) یک ماده فعال لیزر با بازده بالا است. در مادون قرمز با ۲۰۸۰ نانومتر شلیک می شود و به طور گسترده ای در کاربردهای نظامی، پزشکی و هواشناسی مورد استفاده قرار می گیرد.

 

لیزرهای تک عنصری دوپ شده YAG (Tm: YAG) در ۲۰۱۰ نانومتر کار می کنند. طول موج لیزرهای مبتنی بر تولیوم، با حداقل عمق انعقاد در هوا یا در آب، برای فرسایش سطحی بافت بسیار کارآمد است و باعث می شود لیزرهای تولیم برای جراحی مبتنی بر لیزر جذاب باشند.

 

منبع اشعه ایکس:

 

منبع اشعه ایکس:

 

با وجود هزینه بالای آن، دستگاه های پرتوی ایکس قابل حمل برای تولید ایزوتوپ تولیوم ۱۷۰ از تولیم استفاده می کنند که با نوترون در یک راکتور هسته ای بمباران شده است، نیمه عمر ۱۲۸.۶ روز و پنج خط انتشار عمده با شدت قابل مقایسه وجود دارد.

 

این منابع رادیواکتیو به عنوان ابزاری در تشخیص پزشکی و دندانپزشکی و همچنین تشخیص نقص در اجزای مکانیکی و الکترونیکی غیرقابل دسترس، حدود یک سال عمر مفید دارند. چنین منابعی به محافظت در برابر اشعه گسترده احتیاج ندارند.

 

آنها از محبوب ترین منابع تابش برای استفاده در رادیوگرافی صنعتی هستند. تولیوم -۱۷۰ به عنوان منبع اشعه ایکس برای درمان سرطان از طریق براکی تراپی (پرتودرمانی منبع مهر و موم شده) محبوبیت بیشتری پیدا می کند.

 

سایر کاربردها:

 

ابر رساناها

 

از تولیم در ابررساناهای با درجه حرارت بالا مشابه ایتریوم استفاده شده است. این ماده به طور بالقوه در فریت ها، مواد مغناطیسی سرامیکی که در تجهیزات مایکروویو استفاده می شود، به کار می رود.

 

از آنجا که تولیم هنگام قرار گرفتن در معرض نور ماوراء بنفش با رنگ آبی فلورس می شود، به عنوان ماده ای برای مقابله با جعل و تقلب در اسکناس های یورو قرار به کار می رود. از فلورسانس آبی سولفات کلسیم با دوپینگ Tm در دوزیمترهای شخصی برای نظارت بصری تابش استفاده شده است.

 

هالیدهای دوپ شده تالیوم که Tm در آنها به بیش از ۲ ظرفیت است، مواد مهتابی امیدوار کننده ای هستند که می توانند پنجره های تولید کننده برق کارآمد را بر اساس اصل متمرکز کننده خورشیدی لومینسانس امکان پذیر کنند.

 

نقش بیولوژیکی و اقدامات احتیاطی

 

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

 

انسان ها به طور معمول سالانه چندین میکروگرم تولیم مصرف می کنند. ریشه گیاهان تولیوم را جذب نمی کنند و ماده خشک سبزیجات معمولاً حاوی یک قسمت در هر میلیارد از این عنصر می باشد. گرد و غبار و پودر تولیم هنگام استنشاق یا بلعیدن سمی است و همچنین می تواند باعث انفجار شود.