Tulio
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Tulio. Elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Tm y su número atómico es 69. El Tulio es el menos abundante de los lantánidos . Es un metal blando, con un lustre gris plateado brillante. A pesar de su alto precio y escasez, el tulio es utilizado como fuente de radiación en los equipo de rayos X portátiles y láseres de estado sólido.
Sumario
Descubrimiento
El tulio se descubrió en 1879 por el químico sueco Per Theodor Cleve y fue llamado así en conmemoración de Thule, antiguo nombre de Escandinavia.
El tulio fue descubierto por este químico mientras buscaba impurezas en los óxidos de otros elementos de tierras raras (este es el mismo método que Carl Gustaf Mosander usó anteriormente para descubrir otros elementos de tierras raras. Cleve empezó eliminando todos los contaminates conocidos de la erbia (Er2203) y por procesamiento adicional obtuvo dos sustancias nuevas; una marrón y otra verde. La sustancia marrón resultó ser el óxido del elemento holmio y fue llamado holmia por Cleve y la sustancia verde era el óxido de un elemento desconocido. Cleve llamó al óxido tulia y a su elemento tulio.
Abundancia y estado natural
Es el elemeto más escaso de su grupo, ocupando el puesto 61 en la clasificación por abundancia en la corteza terrestre y se encuentra en pequeñas cantidades en los minerales de las tierras raras como euxenita, gadolinita, monacita y bastnaesita.
La monacita, que es su principal fuente comercial, contiene aproximadamente un 0,007% del elemento.
Las nuevas fuentes encontradas hacen suponer que su abundancia puede ser parecida a la de la plata, el oro o el cadmio.
Propiedades
- Valencia: 2,3
- Estado de oxidación: +3
- Electronegatividad: 1,2
- Radio covalente (Å): 1,56
- Radio iónico (Å): 0,95
- Masa atómica (g/mol):168,934
- Electronegatividad (Pauling): 1,25
- Calor específico: 160 J/(K·kg)
- Conductividad eléctrica: 1,5·106 S/m
- Conductividad térmica: 16,8 W/(K·m)
- Número de protones/electrones: 69
- Número de neutrones (Isótopo 169-Tm): 100
- Energía de ionización (kJ.mol-1 ): 597
- Afinidad electrónica (kJ.mol-1 ): <50
- Volumen atómico (cm3/mol): 18,12
Metal pesado de color gris plata, blando, maleable, dúctil, que se corta con un cuchillo y es buen conductor del calor y de la electricidad.
Aunque el tulio está clasificado como un elemento de baja toxicidad, como la mayoría de los lantánidos, debe manejarse con cuidado.
El metal se obtiene por reducción del óxido con lantano o por reducción con calcio en un recipiente cerrado.
Reacciona con el aire y con el agua liberando hidrógeno. Es el más raro de los lantánidos y produce sales de color verde claro cuando es atacado por los ácidos.
Se conocen 25 isótopos del elemento, con números másicos desde 152 a 176. El tulio natural , que es 100% 169Tm, es estable.
El isótopo estable 169Tm constituye el 100% del elemento que se encuentra en la naturaleza. Las sales de tulio poseen un color verde pálido y sus soluciones toman un ligero tinte verdoso. El metal tiene una elevada presión de vapor en el punto de fusión. Cuando el 169Tm es irradiado en un reactor nuclear se forma 170Tm. El isótopo emite fuertes rayos X de 84 KeV, y este material se utiliza para fabricar pequeñas unidades portátiles de rayos X que se usan en medicina.
El tulio es un lantánido, el menos abundante de las tierras raras y su metal es fácil de trabajar, tiene un lustre gris plateado y puede cortarse con un cuchillo. También tiene cierta resistencia a la corrosión en aire seco y buena ductilidad. El tulio que se da en la naturaleza está enteramente compuesto por el isótopo Tm 169.
El inestable Tm 171 podría ser probablemente usado como fuente de energía. El Tm 169 tiene un uso potencial en materiales cerámicos magnéticos llamados ferritas, que son usados en equipamientos de microondas.
El elemento nunca se encuentra en la naturaleza en su forma pura pero se encuentra en pequeñas cantidades en minerales con otras tierras raras. Es principalmente extraído por intercambio iónico de los minerales de monacita (~0.007% tulio) encontrados en arenas de ríos. Los nuevos intercambios iónicos y las técnicas de extracción de solventes han llevado a una separación más fácil de las tierras raras, lo que ha reportado unos costes mucho más bajos para la producción del tulio. El metal puede ser aislado a través de la reducción de su óxido con lantano metálico o por reducción del calcio en un contenedor cerrado. Ninguno de los componentes del tulio son comercialmente importantes.
El tulio que se da en la naturaleza está compuesto por un isótopo estable, Tm 169 (100 % abundancia en la naturaleza). 31 radioisótopos han sido caracterizados, siendo el más estable el Tm 171 con una vida media de 1,92 años, Tm 170 con una vida media de 93,1 días, y Tm 167 con una vida media de 9,25 días. Todos los isótopos radioactivos restantes tienen vidas medias inferiores a las 64 horas, y la mayoría tienen una vida media de menos de 2 minutos. Este elemento también tiene 14 meta estados, siendo el más estable el Tm 164m (t½ 5,1 minutos), Tm 160m (t½ 74,5 segundos) y Tm 155m (t½ 45 segundos).
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 ductil El Tulio es ferromagnético a temperaturas por debajo de 32 K, antiferromagnético entre 32 y 56 K y paramagnético por encima de 56 K.
Propiedades químicas
El metal de Tulio desarrolla una pátina lenntamente 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 disolve 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+
- 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.
Preparación
Se extrae con enorme dificultad de la monacita y la bastnaesita mediante resinas intercambiadoras de iones por formación de TmCl3 y posterior reducción del mismo con calcio en un recipiente cerrado.
El metal también puede ser aislado por reducción de su óxido Tm2O3 con lantano metálico.
Efectos sobre la salud
El tulio es uno de los elementos químicos raros, que puede ser encontrado en equipos tales como televisiones en color, lámparas fluorescentes y cristales. Todos los compuestos químicos raros tienen propiedades comparables.
El tulio raramente se encuentra en la naturaleza, ya que se da en cantidades muy pequeñas. El tulio normalmente se encuentra solamente en dos tipos distintos de minerales. El uso del tulio sigue aumentando, debido al hecho de que es útil para producir catalizadores y para pulir cristales.
El tulio es más peligroso en el ambiente de trabajo, debido al hacho de que las humedades y los gases pueden ser inhalados con el aire. Esto puede causar embolias pulmonares, especialmente durante exposiciones a largo plazo. El tulio puede ser una amenaza para el hígado cuando se acumula en el cuerpo humano.
Efectos ambientales
El tulio es vertido al medio ambiente en muchos lugares diferentes, principalmente por industrias productoras de petróleo. También puede entrar en el medio ambiente cuando se tiran los equipos domésticos. El tulio se acumulará gradualmente en los suelos y en el agua de los suelos y esto llevará finalmente a incrementar la concentración en humanos, animales y partículas del suelo.
En los animales acuáticos provoca daños a las membranas celulares, lo que tiene varias influencias negativas en la reproducción y en las funciones del sistema nervioso.
Aplicaciones
A causa de su elevado coste y su dificultosa extracción no se le han encontrado muchas aplicaciones.
Usos: Radiografía. Láseres. Fuente en aparatos de rayos X portátiles. Ferritas.
El 169Tm bombardeado en un reactor nuclear puede usarse fuente de radiación en equipos portátiles de rayos X para las máquinas portátiles de radiografía.
El tulio puede emplearse en ferritas (materiales magnéticos cerámicos) utilizados en equipos de microondas.
El tulio natural puede tener aplicación en la fabricación de materiales cerámicos con propiedades magnéticas para los equipos de microondas y se ha planteado la posibilidad de utilizar el 171Tm como fuente de energía.
El tulio ha sido usado para crear láseres pero los altos costes de producción han evitado que se desarrollaran otros usos comerciales.
