Túlio: propriedades, estrutura, obtenção, usos - Ciência - 2023

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o túlio (Tm) é um elemento químico que pertence à série dos lantanídeos e é o metal natural e não radioativo mais raro das terras raras. Por isso, seu custo sempre foi alto, mesmo sendo mais caro que a própria platina. Seu nome vem da palavra 'Thule', designada para a parte norte de antigos mapas europeus, onde a região escandinava está localizada atualmente.

Foi descoberto e batizado em 1879 pelo químico sueco Per Teodor Cleve, que estudou óxidos de terras raras, especificamente érbio, dos quais extraiu quantidades desprezíveis de óxido de túlio, identificado graças ao seu espectro de absorção e linhas características associadas. para a cor verde.

A primeira amostra relativamente pura de túlio foi obtida em 1911, após 15.000 cristalizações fracionadas com sais de bromato realizadas pelo químico Charles James, então residente nos EUA. Com a evolução das técnicas de separação e da cromatografia de troca iônica, foram produzidas amostras cada vez mais puras e baratas de túlio metálico.

O túlio é um elemento frequentemente ignorado por ser considerado estranho. É útil na medicina, sendo uma importante fonte de raios X, bem como um elemento dopante para a produção de ligas e cerâmicas especiais.

Propriedades de túlio

Fisica

O túlio tem uma superfície cinza-prateada, que escurece gradualmente à medida que se oxida. Quando muito limado, ele emite faíscas de fogo e lampejos esverdeados, cuja cor lembra o estado excitado do cobre. É macio, maleável e dúctil, possuindo uma dureza de Mohs entre 2 e 3, podendo ser cortado com faca.

É um metal fortemente paramagnético e seu líquido derretido exibe altas pressões de vapor, um pouco incomum para muitos metais.

Químico

O túlio, como os outros lantanídeos, participa da maioria de seus compostos com um estado de oxidação ou número de +3 (Tm³⁺) Por exemplo, seu único óxido, Tm₂OU₃, contém os cátions Tm³⁺ e se forma rapidamente quando uma amostra de túlio metálico é aquecida a 150 ° C:

4 Tm (s) + 3 O₂ (g) → 2 Tm₂OU₃(s)

Por outro lado, o túlio reage com água fria ou quente para produzir seu respectivo hidróxido:

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

Soluções aquosas de íons Tm³⁺são esverdeados devido à formação do complexo aquoso [Tm (OH₂)₉]³⁺. Estes também exibem luminescência azulada quando irradiados com luz ultravioleta.

Os hidratos dos compostos de túlio (III), da mesma forma, caracterizam-se por apresentarem cores esverdeadas, pois as moléculas de água conseguem se coordenar com parte do Tm.³⁺ presente nos cristais.

Túlio também é capaz de participar como Tm²⁺ em vários de seus compostos. Para isso, os compostos de túlio (III) devem ser reduzidos a túlio (II). Os compostos de túlio (II) são instáveis, pois oxidam em contato com o ar e também tendem a apresentar cores escuras ou vermelho-violeta.

Estrutura química

Em algumas fontes, o túlio é citado como tendo uma única forma alotrópica, correspondendo a uma estrutura hexagonal compacta, hcp. No entanto, é feita referência a outra segunda forma alotrópica, denominada α-Tm, cuja estrutura é tetragonal; enquanto o túlio hcp é chamado de β-Tm, sendo de longe o mais estável e relatado.

Sob altas pressões (da ordem de GPa), o túlio sofre transições para fases cristalinas mais densas, passando de hcp ou β-Tm para uma estrutura hexagonal isomórfica à do samário, para posteriormente se tornar hexagonal duplo compacto (dhcp), e, finalmente, compactando em formas distorcidas de cristais FCC.

Configuração eletronica

A configuração eletrônica do túlio é a seguinte:

[Xe] 6s² 4f¹³

Observe que falta apenas um elétron para completar o preenchimento de seus orbitais 4f. Por possuir 13 elétrons nesta subcamada, e por estar localizado na posição ou grupo 13 da série dos lantanídeos, diz-se que sua configuração eletrônica não apresenta nenhum desvio.

Os elétrons em seus orbitais 4f são responsáveis pela ligação metálica que une os átomos de túlio. Como são 13, as atrações entre os átomos Tm são grandes, explicando porque seus pontos de fusão e ebulição são maiores em comparação com o európio, por exemplo, sendo este metal também membro dos lantanídeos.

Obtenção de túlio

Matéria prima

O túlio é encontrado em muitos dos minerais onde predominam outros metais de terras raras (gadolínio, érbio, samário, cério, etc.). Em nenhum deles é encontrada em proporção considerável para servir como a única fonte mineralógica.

O mineral monazita contém cerca de 0,007% de túlio, sendo uma das matérias-primas a partir da qual esse metal é obtido. Já as argilas do sudeste da China têm concentração de até 0,5% de túlio, sendo, portanto, a matéria-prima mais utilizada para sua extração e produção.

Método de extração e produção

O túlio foi um dos últimos metais a ser produzido com alto grau de pureza (> 99%). Primeiro é necessário separar os íons Tm³⁺ do resto da matriz mineralógica, enriquecido com quantidades inimagináveis de íons de outros metais de terras raras. Sem cromatografia de troca iônica, acompanhada por técnicas de extração com solvente, tal separação não é possível.

Argilas ou monazita processadas quimicamente para obter íons Tm³⁺ separado como Tm₂OU₃, uma redução é usada com lantânio para reduzir o óxido de túlio a túlio metálico.

Formulários

Dopante para cerâmicas e ligas

O túlio em seu estado puro é inútil. No entanto, seus átomos neutros são usados como dopantes em muitos materiais cerâmicos e ligas metálicas compostas de outros elementos de terras raras.

Na cerâmica, é utilizado para a produção de materiais supercondutores em altas temperaturas e para a produção de componentes de microondas; enquanto em ligas, como granada de ítrio alumínio (YAG), é usado para a fabricação de lasers potentes para a realização de cirurgias.

Luminescência azulada

Como o európio, o óxido de túlio é impregnado nas notas de euro para emitir luminescência azulada quando exposto sob uma lâmpada de luz ultravioleta. Desta forma, evita-se a contrafação dos euros.

Por outro lado, sua luminescência ou fluorescência também é usada em dosímetros pessoais, nos quais o túlio é adicionado ao sulfato de cálcio para que o sal brilhe contra uma fonte de radiação ultravioleta.

Emissor de raios x

O túlio tem um único isótopo natural: ¹⁶⁹Tm. Mas quando bombardeado com nêutrons, ele se transforma no isótopo ¹⁷⁰Tm, que emite radiação gama moderada e tem um t_1/2 128 dias.

Leste ¹⁷⁰O Tm é utilizado em dispositivos portáteis, como os emissores de raios-X, utilizados para visualizar cânceres por braquiterapia, e também para detectar fissuras em estruturas ou equipamentos eletrônicos.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Túlio. Recuperado de: en.wikipedia.org
Brian Clegg. (24 de junho de 2008). Túlio. Química em seus elementos. Recuperado de: chemicalworld.com
Os editores da Encyclopaedia Britannica. (2020). Túlio. Recuperado de: britannica.com
Dr. Doug Stewart. (2020). Fatos sobre o elemento túlio. Recuperado de: chemicool.com
Mohammad Reza Ganjali et al. (2016). Determinação da série de lantanídeos por vários métodos analíticos. ScienceDirect.
Jeffrey M. Montgomery et al. (2011). Transições de fase de alta pressão em túlio de metal de terras raras para 195 GPa. Phys .: Condens. Assunto 23 155701