Кіріспе
Tm символымен және 69 атомдық нөмірімен химиялық элемент – тулий. Ол металдардың лантаноидтар қатарындағы он үшінші элемент. Радиоактивті тұрақсыз прометийден кейін Жер қыртысында ең сирек кездесетін екінші лантаноид. Тулий – жақсы өңделетін, жарқыраған күміс сұр түсті металл. Ол жұмсақ және ауада бірте-бірте тотығады. Қымбатқа және сирек кездесетініне қарамастан, тулий қатты күйдегі лазерлерде қоспа ретінде, ал кейбір портативті рентген құрылғыларында сәулелену көзі ретінде қолданылады. Оның маңызды биологиялық қызметі жоқ және ол аса улы емес. 1879 жылы швед химигі Пер Теодор Клив сирек кездесетін жер минералы – эрбиядан бұрын белгісіз болған хольмия және тулия деп аталатын екі компонентті бөліп алды. Бұл хольмий және тулийдің оксидтері болды. Тулий металлдың салыстырмалы таза үлгісі алғаш рет 1911 жылы алынған. Басқа лантаноидтар сияқты, оның ең көп кездесетін тотығу күйі +3, ол оксидтерінде, галоидтерінде және басқа да қосылыстарында кездеседі. Сулы ерітіндіде, басқа кейінгі лантаноидтардың қосылыстары сияқты, ерігіш тулий қосылыстары тоғыз су молекуласымен координациялық кешен құрайды.
Thulium is a chemical element; it has symbol Tm and atomic number 69. It is the thirteenth element in the lanthanide series of metals. It is the second least abundant lanthanide in the Earth's crust, after radioactively unstable promethium. It is an easily workable metal with a bright silvery gray luster. It is fairly soft and slowly tarnishes in air. Despite its high price and rarity, thulium is used as a dopant in solid state lasers, and as the radiation source in some portable X ray devices. It has no significant biological role and is not particularly toxic. In 1879, the Swedish chemist Per Teodor Cleve separated two previously unknown components, which he called holmia and thulia, from the rare earth mineral erbia; these were the oxides of holmium and thulium, respectively. A relatively pure sample of thulium metal was first obtained in 1911. Like the other lanthanides, its most common oxidation state is +3, seen in its oxide, halides and other compounds. In aqueous solution, like compounds of other late lanthanides, soluble thulium compounds form coordination complexes with nine water molecules.
Изотоптар
Тулийдің изотоптары 144Tm-ден 183Tm-ге дейін. Ең көп таралған тұрақты изотоп – 169Tm-ден бұрынғы негізгі ыдырау түрі – электронды ұстап алу, ал одан кейінгі негізгі түрі – бета-эмиссия. 169Tm-ден бұрын бөлінетін негізгі өнімдер 68-ші элементтің (ербий) изотоптары, ал одан кейін бөлінетін негізгі өнімдер 70-ші элементтің (йтербий) изотоптары. Тулий-169 – тулийдің жалғыз бастапқы изотопы және тұрақты деп саналатын тулийдің жалғыз изотопы; ол өте ұзақ жартылай ыдырау периодымен хольмий-165-ке альфа-ыдырауға ұшырайды деп болжанады. Ең ұзақ өмір сүретін радиоизотоптар – тулий-171, оның жартылай ыдырау периоды 1,92 жыл, және тулий-170, оның жартылай ыдырау периоды 128,6 күн. Басқа изотоптардың жартылай ыдырау периоды бірнеше минуттан кем. Барлығы тулийдің 40 изотопы және 26 ядролық изомері анықталды. Клев эрбияның (Er2O3) барлық белгілі қоспаларын жоюдан бастады. Қосымша өңдеуден кейін ол екі жаңа зат алды: біреуі қоңыр, біреуі жасыл. Қоңыр зат – хольмий элементінің оксиді және Клев оны хольмия деп атады, ал жасыл зат – белгісіз элементтің оксиді. Клев оксидке тулия және оның элементіне тулий деп, Скандинавия немесе Исландиямен байланысты ежелгі грек жер атауы Туле есімін берді. Тулийдің атомдық символы бастапқыда Tu болды, бірақ кейін Tm-ге өзгертілді. Тулий соншалықты сирек болғандықтан, ертедегі зерттеушілердің ешқайсысы да оны жеткілікті мөлшерде тазартып, жасыл түсін көре алмады; олар ербий біртіндеп алынып тасталғанда екі ерекше сіңіру жолағының күшеюін спектроскопиялық түрде бақылауға ғана қанағаттанды. Таза тулийді алғаш рет Чарльз Джеймс, АҚШ-тың Дарем қаласындағы Нью-Гэмпшир колледжінде ірі көлемде жұмыс істейтін британдық эмигрант тапты. 1911 жылы ол өзінің нәтижелерін жариялады, тазарту үшін өзі ашқан бромды фракциялық кристалдану әдісін қолданды. Ол материалдың біртектілігін анықтау үшін 15 000 тазарту операциясын жүргізуге тура келді. Жоғары тазалықтағы тулий оксиді алғаш рет 1950 жылдардың соңында коммерциялық түрде ұсынылды, бұл иондық алмасу арқылы бөлу технологиясын қабылдаудың нәтижесі болды. Американдық калий және химиялық корпорациясының Линдсей химиялық бөлімшесі оны 99% және 99,9% тазалық дәрежесінде ұсынды. 1959 жылдан 1998 жылға дейінгі кезеңде 99,9% тазалық үшін бір килограмға баға 4600 және 13300 АҚШ доллары аралығында ауытқыды және лютецийден кейін лантаноидтар арасында екінші орында тұрды.
Пайда болуы
Бұл элемент табиғатта таза күйде кездеспейді, бірақ басқа сирек кездесетін элементтермен бірге минералдарда шағын мөлшерде табылады. Тулий көбінесе иттрий және гадолиний қосқан минералдармен бірге кездеседі. Атап айтқанда, тулий гадолинит минералында кездеседі. Дегенмен, көптеген басқа лантандылар сияқты, тулий монозайт, ксенотим және эуксенит минералдарында да кездеседі. Әзірге, ешбір минералда тулийдің басқа сирек кездесетін элементтерге қарағанда көптеп табылғаны жоқ. Жер қыртысындағы оның мөлшері салмақ бойынша 0,5 мг/кг құрайды. Тулий топырақтың шамамен миллионнан 0,5 бөлігін құрайды, бірақ бұл көрсеткіш миллионнан 0,4-тен 0,8 бөлікке дейін өзгеруі мүмкін. Теңіз суында тулийдің концентрациясы квадриллионнан 250 бөлікті құрайды. Күн жүйесінде тулий салмақ бойынша триллионнан 200 бөлік және моль бойынша триллионнан 1 бөлік мөлшерде кездеседі.
Лазерлер
Холмий, хром және тюлий үш рет қосылған иттрий алюминий гранаты (Ho:Cr:Tm:YAG немесе Ho,Cr,Tm:YAG) – жоғары тиімділігі бар белсенді лазерлік орта материалы. Ол инфрақызыл сәуледе 2080 нм толқын ұзындығында лазерлік сәуле шығарады және әскери, медицина және метеорология салаларында кеңінен қолданылады. Тюлиймен қосылған YAG (Tm:YAG) лазерлері 2010 нм толқын ұзындығында жұмыс істейді. Тюлийге негізделген лазерлердің толқын ұзындығы тінді беткейлік абляциялау үшін өте тиімді, ал ауада немесе суда қан тоқтату тереңдігі минималды болады. Бұл тулий лазерлерін лазерлік хирургия үшін тартымды етеді.
Рентген сәулесі көзі
Жоғары құнына қарамастан, тасымалданатын рентгендік құрылғылар ядролық реакторда нейтрондармен бомбаланған тулийді пайдаланып, 128,6 күн жартылай ыдырау мерзімі бар тулий-170 изотопын және салыстырмалы қарқындылықтағы бес негізгі эмиссия сызығын (7,4, 51,354, 52,389, 59,4 және 84,253 кэВ) өндіреді. Бұл радиоактивті көздердің пайдалы өмірі шамамен бір жылды құрайды және олар медициналық және стоматологиялық диагностикада, сондай-ақ қолжетімсіз механикалық және электрондық компоненттердегі ақауларды анықтау үшін қолданылады. Мұндай көздерге күшті радиациялық қорғаныс қажет емес, тек кішкене қорғасын ыдыс ғана жеткілікті. Олар өнеркәсіптік радиографияда қолданылатын ең көп таралған сәулелену көздерінің қатарына жатады. Тулий-170 брахитерапия (жабық көзден сәулелену терапиясы) арқылы қатерлі ісіктерді емдеу үшін рентген сәулелену көзі ретінде кеңінен танымал болып келеді.
Басқалар
Тулий иттрий сияқты жоғары температуралы суперөткізгіштерде қолданылған. Тулий ферриттерде, яғни микротолқынды жабдықтарда қолданылатын керамикалық магниттік материалдарда пайдалануға мүмкіндігі бар. Тулий ультракүлгін сәулеге ұшырағанда көк түспен жарқырайтындықтан, оны евро банкноттарына фальшификацияға қарсы шара ретінде қосады. Тм қосылған кальций сульфатының көк жарқырауы жеке дозиметрлерде радиацияны көзбен бақылау үшін қолданылған.
Биологиялық рөлі және сақтық шаралары
Ерітін тулий тұздары аз улы, ал ерімейтін тулий тұздары мүлдем зиянсыз. Адам организмінде тулий бауырда, бүйректерде және сүйектерде ең көп мөлшерде кездеседі. Адамдар әдетте жылына бірнеше микрограмм тулийді тұтынады. Өсімдіктердің тамырлары тулийді сіңірмейді, ал көкөністердің құрғақ массасында әдетте миллиардқа бір бөлік тулий болады. Тулий шаңы мен ұнтағын жұту немесе тыныс алу арқылы улануға болады және жарылысқа себеп болуы мүмкін.