Nguyên tố Thuli: Định nghĩa, tính chất và ứng dụng cơ bản

Nguyên tố Thulium, với kí hiệu Tm và số nguyên tử 69, là một trong những nguyên tố đất hiếm ít được biết đến trong nhóm Lanthanides của bảng tuần hoàn hóa học. Mặc dù không phổ biến như một số nguyên tố khác, Thulium có những đặc tính độc đáo và ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ. Bài viết này yeuhoahoc.edu.vn sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về Thuli, bao gồm định nghĩa, lịch sử, tính chất, ứng dụng, điều chế, và vấn đề an toàn liên quan.

Giới thiệu về nguyên tố Thuli 

Định nghĩa

Thuli (còn gọi là thulium) là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Tm và số nguyên tử 69. Nó là một kim loại đất hiếm màu trắng bạc, thuộc nhóm Lanthanide trong bảng tuần hoàn.

Lịch sử hình thành nguyên tố Thuli

• Năm 1879: nhà hóa học Thụy Điển Per Teodor Cleve phát hiện ra nguyên tố Thuli trong khoáng chất gadolinit.
• Tên gọi: được đặt theo tên Thule, tên Latinh cổ đại của vùng Scandinavia.

Mốc thời gian quan trọng:

• 1879: Per Teodor Cleve phát hiện ra nguyên tố Thuli.
• 1903: Charles James đưa ra phương pháp chiết xuất Thuli tinh khiết.
• 1911: Heike Kamerlingh Onnes sử dụng Thuli để nghiên cứu về tính siêu dẫn.
• 1950: Thuli được sử dụng trong các ứng dụng laser.

Nguyên tố Thuli trong bảng tuần hoàn hóa học

Trong bảng tuần hoàn, Thulium thuộc nhóm Lanthanides, một phần của các nguyên tố đất hiếm. Nguyên tố này nằm ở chu kỳ 6, nhóm f, thể hiện tính chất hóa học đặc trưng của nguyên tố đất hiếm như khả năng tạo phức chất, độ phản ứng cao với các chất khác, và tính dẻo.

Nhóm	Chu kỳ	Nguyên tử khối (u)	Khối lượng riêng g/cm3	Nhiệt độ nóng chảy (K9)	Nhiệt độ bay hơi K	Nhiệt dung riêng J/g.K	Độ âm điện	Tỷ lệ trong vỏ Trái Đất mg/kg
	6	168,93421(2)	9,321	1818	2223	0,16	1,25	0,52

Tính chất của nguyên tố Thuli

Tính chất vật lý

• Trạng thái: Rắn
• Màu sắc: Bạc
• Khối lượng riêng: 9,32 g/cm³
• Nhiệt độ nóng chảy: 1799 °C
• Nhiệt độ sôi: 1950 °C
• Cấu trúc tinh thể: Lập phương tâm khối

Tính chất hóa học

• Tính khử: Mạnh
• Trạng thái oxy hóa: +3
• Hợp chất:
  • Oxide: Tm2O3
  • Halide: TmF3, TmCl3, TmBr3, TmI3
  • Sulfate: Tm2(SO4)3
  • Nitrate: Tm(NO3)3

Ứng dụng của nguyên tố Thuli

Laser

• Thuli là vật liệu chính để chế tạo laser hồng ngoại có bước sóng 2 µm.
• Laser Thuli được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như:
  • Phẫu thuật: cắt, đốt, vapor hóa mô.
  • Nha khoa: điều trị sâu răng, tẩy trắng răng.
  • Mắt: điều trị các bệnh về mắt như đục thủy tinh thể, thoái hóa điểm vàng.
  • Khoa học vật liệu: hàn, cắt, nung chảy kim loại.

Y tế

• Thuli-170, một đồng vị phóng xạ của Thuli, được sử dụng trong chẩn đoán và điều trị ung thư.
• Thuli-170 được sử dụng để đánh dấu các tế bào ung thư, giúp bác sĩ xác định vị trí và kích thước của khối u.
• Tia beta phát ra từ Thuli-170 có thể tiêu diệt tế bào ung thư.

Khoa học vật liệu

• Thuli được sử dụng để chế tạo các hợp kim có tính năng đặc biệt như:
  • Hợp kim Thuli-Coban có tính từ cao, được sử dụng trong nam châm vĩnh cửu.
  • Hợp kim Thuli-Yttri có độ bền cao, được sử dụng trong động cơ máy bay.

Điều chế và sản xuất nguyên tố Thuli

Điều chế

Trong phòng thí nghiệm:

• Phương pháp khử ion kim loại:

Thuli được điều chế bằng cách khử ion Tm3+ trong dung dịch muối Thuli bằng kim loại mạnh như Mg, Ca, Li.

Ví dụ:

2TmCl3 + 3Mg → 2Tm + 3MgCl2

3Tm2(SO4)3 + 8Li → 6Tm + 3Li2SO4

Trong công nghiệp:

• Phương pháp chiết xuất từ quặng:
  • Thuli được chiết xuất từ quặng monazit, một loại khoáng vật chứa nhiều nguyên tố đất hiếm.
  • Quặng monazit được nghiền mịn và xử lý bằng axit để hòa tan các kim loại.
  • Dung dịch sau đó được chiết xuất bằng dung môi để thu được các kim loại đất hiếm riêng lẻ.
  • Thuli được thu hồi từ dung dịch bằng phương pháp điện phân.

Sản xuất

• Thuli được sản xuất với số lượng nhỏ trên thế giới.
• Trung Quốc là nhà sản xuất Thuli lớn nhất.
• Thuli được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch muối Thuli.

Phương trình điều chế:

• Phương pháp khử ion kim loại:

2TmCl3 + 3Mg → 2Tm + 3MgCl2

3Tm2(SO4)3 + 8Li → 6Tm + 3Li2SO4

• Phương pháp điện phân:

Tm3+ + 3e- → Tm

Phản ứng của nguyên tố Thuli

Thuli là một kim loại hoạt động hóa học. Nó phản ứng với nhiều chất khác nhau, bao gồm:

Axit

• Thuli phản ứng với axit loãng để tạo thành muối và khí hydro.
• Ví dụ:

Tm + 2HCl → TmCl2 + H2

2Tm + 3H2SO4 → Tm2(SO4)3 + 3H2

Oxy

• Thuli phản ứng với oxy khi nung nóng để tạo thành oxit Thuli (III).
• Ví dụ:

4Tm + 3O2 → 2Tm2O3

Nước

• Thuli phản ứng với nước chậm rãi để tạo thành hydroxit Thuli (III).
• Ví dụ:

2Tm + 3H2O → 2Tm(OH)3 + 3H2

Halogen

• Thuli phản ứng với halogen (F2, Cl2, Br2, I2) khi nung nóng để tạo thành muối halide.
• Ví dụ:

2Tm + 3F2 → 2TmF3

Tm + 2Cl2 → TmCl2

Kim loại khác

• Thuli phản ứng với một số kim loại khác để tạo thành hợp kim.
• Ví dụ:

Tm + Mg → TmMg

2Tm + 3Al → 2TmAl3

Ví dụ cụ thể:

• Thuli phản ứng với axit hydrochloric:

Tm + 2HCl → TmCl2 + H2

• Thuli phản ứng với oxy:

4Tm + 3O2 → 2Tm2O3

• Thuli phản ứng với nước:

2Tm + 3H2O → 2Tm(OH)3 + 3H2

• Thuli phản ứng với flo:

2Tm + 3F2 → 2TmF3

• Thuli phản ứng với magie:

Tm + Mg → TmMg

Vấn đề an toàn khi sử dụng nguyên tố Thuli

Độc tính

• Thuli có thể gây độc nếu tiếp xúc với lượng lớn.
• Các triệu chứng ngộ độc Thuli bao gồm buồn nôn, nôn mửa, tiêu chảy, đau bụng, yếu cơ và co giật.

Gây kích ứng

• Thuli có thể gây kích ứng da, mắt và hệ hô hấp.
• Các triệu chứng kích ứng da bao gồm mẩn đỏ, ngứa và sưng tấy.
• Các triệu chứng kích ứng mắt bao gồm chảy nước mắt, đỏ mắt và mờ mắt.
• Các triệu chứng kích ứng hệ hô hấp bao gồm ho, khó thở và tức ngực.

Nguy cơ hỏa hoạn

• Thuli có thể phản ứng với oxy để tạo thành oxit Thuli (III), một chất dễ cháy.
• Bụi Thuli có thể bốc cháy trong không khí.

Nguy cơ nổ

• Thuli có thể phản ứng với một số chất khác để tạo thành hợp chất dễ nổ.

Biện pháp phòng ngừa:

• Khi sử dụng Thuli, cần tuân thủ các biện pháp phòng ngừa sau:
  • Mang găng tay, khẩu trang và kính bảo hộ khi tiếp xúc với Thuli.
  • Làm việc trong khu vực thông gió tốt.
  • Tránh tiếp xúc trực tiếp với da và mắt.
  • Tránh để Thuli tiếp xúc với oxy và các chất dễ cháy.
  • Bảo quản Thuli trong hộp kín ở nơi khô ráo, thoáng mát.

Vấn đề an toàn khi sử dụng nguyên tố
Trên đây là toàn bộ những kiến thức cơ bản về nguyên tố Thuli mà chúng tôi đã tổng hợp. Hãy cùng đọc và khám phá thêm về chủ đề này!

Chúng tôi hy vọng rằng bài viết đã cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan và sâu sắc về nguyên tố Thuli. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc muốn tìm hiểu thêm, đừng ngần ngại để lại comment dưới đây nhé!