El tulio es un elemento químico ; tiene símbolo Tm y número atómico 69. Es el decimotercer y penúltimo elemento de la serie de los lantánidos . Al igual que los demás lantánidos, el estado de oxidación más común es +3, observado en sus óxidos, haluros y otros compuestos; sin embargo, el estado de oxidación +2 también puede ser estable. En solución acuosa , al igual que los compuestos de otros lantánidos tardíos, los compuestos solubles de tulio forman complejos de coordinación con nueve moléculas de agua.
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 tulia ; estos eran los óxidos de holmio y tulio, respectivamente. En 1911 se obtuvo por primera vez una muestra relativamente pura de tulio metálico.
El tulio es el segundo lantánido menos abundante , después del prometio, radiactivamente inestable , que sólo se encuentra en pequeñas cantidades en la Tierra. Es un metal fácilmente trabajable con un brillo gris plateado brillante. Es bastante suave y se empaña lentamente con el aire. A pesar de su alto 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 ningún papel biológico significativo y no es particularmente tóxico.
El tulio metálico puro tiene un brillo plateado brillante que se empaña al exponerse al aire. El metal se puede cortar con un cuchillo, [7] ya que tiene una dureza Mohs de 2 a 3; es maleable y dúctil. [8] El tulio es ferromagnético por debajo de 32 K, antiferromagnético entre 32 y 56 K y paramagnético por encima de 56 K. [9]
El tulio tiene dos alótropos principales : el α-Tm tetragonal y el β-Tm hexagonal más estable . [8]
El tulio se empaña lentamente en el aire y se quema fácilmente a 150 °C para formar óxido de tulio (III) : [10]
El tulio es bastante electropositivo y reacciona lentamente con agua fría y bastante rápido con agua caliente para formar hidróxido de tulio:
El tulio reacciona con todos los halógenos . Las reacciones son lentas a temperatura ambiente, pero vigorosas por encima de 200 °C:
El tulio se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen iones Tm(III) de color verde pálido, que existen como complejos [Tm(OH 2 ) 9 ] 3+ : [11]
El tulio reacciona con varios elementos metálicos y no metálicos formando una variedad de compuestos binarios, incluidos TmN , TmS , TmC 2 , Tm 2 C 3 , TmH 2 , TmH 3 , TmSi 2 , TmGe 3 , TmB 4 , TmB 6 y TmB 12. . [ cita necesaria ] Como la mayoría de los lantánidos, el estado +3 es el más común y es el único estado observado en las soluciones de tulio. [12] El tulio existe como un ion Tm 3+ en solución. En este estado, el ion tulio está rodeado por nueve moléculas de agua. [7] Los iones Tm 3+ exhiben una luminiscencia azul brillante. [7] Debido a que ocurre al final de la serie , el estado de oxidación +2 también puede existir, estabilizado por la capa electrónica 4f casi llena , pero ocurre solo en sólidos. [ cita necesaria ]
El único óxido conocido de tulio es el Tm 2 O 3 . Este óxido a veces se llama "tulia". [13] Los compuestos de tulio (II) de color púrpura rojizo se pueden obtener mediante la reducción de compuestos de tulio (III). Ejemplos de compuestos de tulio (II) incluyen los haluros (excepto el fluoruro). Algunos compuestos de tulio hidratados, como TmCl 3 ·7H 2 O y Tm 2 (C 2 O 4 ) 3 ·6H 2 O son de color verde o blanco verdoso. [14] El dicloruro de tulio reacciona muy vigorosamente con el agua . Esta reacción da como resultado gas hidrógeno y Tm(OH) 3 que exhibe un color rojizo que se desvanece. [ cita necesaria ] La combinación de tulio y calcógenos da como resultado calcogenuros de tulio . [15]
El tulio reacciona con el cloruro de hidrógeno para producir gas hidrógeno y cloruro de tulio. Con ácido nítrico se obtiene nitrato de tulio, o Tm(NO 3 ) 3 . [dieciséis]
Los isótopos del tulio oscilan entre 144 Tm y 183 Tm . [6] [17] El modo de desintegración principal antes del isótopo estable más abundante, 169 Tm , es la captura de electrones , y el modo principal después es la emisión beta . Los productos primarios de desintegración anteriores a 169 Tm son los isótopos del elemento 68 ( erbio ), y los productos primarios posteriores son los isótopos del elemento 70 ( iterbio ). [18]
El tulio-169 es el único isótopo primordial del tulio y es el único isótopo del tulio que se cree que es estable; Se prevé que sufrirá una desintegración alfa hasta convertirse en holmio -165 con una vida media muy larga. [7] [19] Los radioisótopos de vida más larga son el tulio-171, que tiene una vida media de 1,92 años, y el tulio-170 , que tiene una vida media de 128,6 días. La mayoría de los demás isótopos tienen vidas medias de unos pocos minutos o menos. [20] En total, se han detectado 40 isótopos y 26 isómeros nucleares de tulio. [7] La mayoría de los isótopos de tulio, más ligeros que 169 unidades de masa atómica, se desintegran mediante captura de electrones o desintegración beta-plus , aunque algunos exhiben una importante desintegración alfa o emisión de protones . "Los isótopos más pesados sufren desintegración beta-menos ". [20]
El tulio fue descubierto por el químico sueco Per Teodor Cleve en 1879 buscando impurezas en los óxidos de otros elementos de tierras raras (este fue el mismo método que Carl Gustaf Mosander utilizó anteriormente para descubrir otros elementos de tierras raras). [21] Cleve comenzó eliminando todos los contaminantes conocidos de erbia ( Er 2 O 3 ). Tras un procesamiento adicional, obtuvo dos nuevas sustancias; uno marrón y otro verde. La sustancia marrón era el óxido del elemento holmio y Cleve la llamó holmia, y la sustancia verde era el óxido de un elemento desconocido. Cleve nombró al óxido tulia y su elemento tulio en honor a Thule , un topónimo griego antiguo asociado con Escandinavia o Islandia . El símbolo atómico de Tulio fue inicialmente Tu, pero después [ ¿cuándo? ] cambió a Tm. [ ¿ por qué? ] [7] [22] [23] [24] [25] [26] [27]
El tulio era tan raro que ninguno de los primeros trabajadores tenía suficiente cantidad para purificarlo lo suficiente como para ver el color verde; tuvieron que contentarse con observar espectroscópicamente el fortalecimiento de las dos bandas de absorción características, a medida que el erbio se iba eliminando progresivamente. El primer investigador que obtuvo tulio casi puro fue Charles James , un expatriado británico que trabajaba a gran escala en el New Hampshire College de Durham , Estados Unidos. En 1911 informó sus resultados, habiendo utilizado su método descubierto de cristalización fraccionada de bromato para realizar la purificación. Es sabido que necesitó 15.000 operaciones de purificación para determinar que el material era homogéneo. [28]
El óxido de tulio de alta pureza se ofreció comercialmente por primera vez a finales de la década de 1950, como resultado de la adopción de la tecnología de separación por intercambio iónico . Lindsay Chemical Division de American Potash & Chemical Corporation lo ofreció en grados de pureza del 99% y 99,9%. El precio por kilogramo osciló entre 4.600 y 13.300 dólares EE.UU. en el período de 1959 a 1998 para una pureza del 99,9%, y fue el segundo más alto para los lantánidos, detrás del lutecio . [29] [30]
El elemento nunca se encuentra en la naturaleza en forma pura, pero se encuentra en pequeñas cantidades en minerales junto 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 . [31] Sin embargo, como muchos otros lantánidos , el tulio también se encuentra en los minerales monacita , xenotima y euxenita . Aún no se ha encontrado que el tulio prevalezca sobre otras tierras raras en ningún mineral. [32] Su abundancia en la corteza terrestre es de 0,5 mg/kg en peso y 50 partes por mil millones 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 billón de agua de mar . [7] En el Sistema Solar , el tulio existe en concentraciones de 200 partes por billón en peso y 1 parte por billón en moles. [16] El mineral de tulio se encuentra con mayor frecuencia en China . Sin embargo, Australia , Brasil , Groenlandia , India , Tanzania y Estados Unidos también tienen grandes reservas de tulio. Las reservas totales de tulio son aproximadamente 100.000 toneladas . El tulio es el lantánido menos abundante en la Tierra, excepto el prometio radiactivo . [7]
El tulio se extrae principalmente de minerales de monacita (~0,007% de tulio) que se encuentran en las arenas de los ríos, mediante intercambio iónico . Las nuevas técnicas de intercambio iónico y extracción con disolventes han facilitado la separación de las tierras raras, lo que ha generado costes mucho más bajos para la producción de tulio. Las principales fuentes hoy en día son las arcillas de adsorción de iones del sur de China. En estos, donde alrededor de dos tercios del contenido total de tierras raras es itrio, el tulio es aproximadamente el 0,5% (o casi empatado con el lutecio por su rareza). El metal se puede aislar mediante reducción de su óxido con lantano metálico o mediante reducción de calcio en un recipiente cerrado. Ninguno de los compuestos naturales del tulio tiene importancia comercial. Se producen aproximadamente 50 toneladas por año de óxido de tulio. [7] En 1996, el óxido de tulio costaba 20 dólares EE.UU. por gramo, y en 2005, el polvo metálico de tulio con una pureza del 99% costaba 70 dólares EE.UU. por gramo. [8]
El granate de itrio y aluminio dopado triplemente con holmio , cromo y tulio ( Ho:Cr:Tm:YAG , o Ho,Cr,Tm:YAG ) es un material medio láser activo con alta eficiencia. Produce un láser a 2080 nm en el infrarrojo y se utiliza ampliamente en aplicaciones militares, medicina y meteorología. Los láseres YAG (Tm:YAG) dopados con tulio de un solo elemento funcionan a 2010 nm. [33] La longitud de onda de los láseres a base de tulio es muy eficaz para la ablación superficial de tejido, con una profundidad de coagulación mínima en aire o agua. Esto hace que los láseres de tulio sean atractivos para la cirugía basada en láser. [34]
A pesar de su alto costo, 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 principales de emisión de intensidad comparable (a 7,4, 51,354, 52,389, 59,4 y 84,253 keV). Estas fuentes radiactivas tienen una vida útil de aproximadamente un año, como herramientas de diagnóstico médico y odontológico, así como para detectar defectos en componentes mecánicos y electrónicos inaccesibles. Estas fuentes no necesitan una protección radiológica exhaustiva: sólo una pequeña taza de plomo. [35] Se encuentran entre las fuentes de radiación más populares para su uso en radiografía industrial . [36] El tulio-170 está ganando popularidad como fuente de rayos X para el tratamiento del cáncer mediante braquiterapia (radioterapia con fuente sellada). [37] [38]
El tulio se ha utilizado en superconductores de alta temperatura de manera similar al itrio . El tulio tiene potencialmente uso en ferritas , materiales magnéticos cerámicos que se utilizan en equipos de microondas . [35] El tulio también es similar al escandio en que se utiliza en la iluminación de arco por su espectro inusual, en este caso, sus líneas de emisión verdes, que no están cubiertas por otros elementos. [39] Debido a que el tulio presenta una fluorescencia de color azul cuando se expone a la luz ultravioleta , el tulio se incluye en los billetes de euro como medida contra la falsificación . [40] La fluorescencia azul del sulfato de calcio dopado con Tm se ha utilizado en dosímetros personales para el control visual de la radiación. [7] Los haluros dopados con Tm en los que Tm se encuentra en su estado de valencia 2+, son materiales luminiscentes prometedores que pueden hacer posible ventanas generadoras de electricidad eficientes basadas en el principio de un concentrador solar luminiscente . [41]
Las sales de tulio solubles son levemente tóxicas , pero las sales de tulio insolubles son completamente atóxicas . [7] Cuando se inyecta, el tulio puede causar degeneración del hígado y el bazo y también puede causar fluctuaciones en la concentración de hemoglobina . El daño hepático causado por el tulio es más frecuente en ratones machos que en hembras. A pesar de esto, el tulio tiene un bajo nivel de toxicidad. [42] [43] En los seres humanos, el tulio se produce en mayores cantidades en el hígado , los riñones y los huesos . Los seres humanos suelen consumir varios microgramos de tulio al año. Las raíces de las plantas no absorben tulio y la materia seca de los vegetales suele contener una parte por mil millones de tulio. [7] El polvo y el polvo de tulio son tóxicos por inhalación o ingestión y pueden provocar explosiones . [ cita necesaria ]
