العنصر الأرضي النادر السحري: الثوليوم

العدد الذريعنصر الثوليومهو 69 ووزنه الذري 168.93421. ويبلغ المحتوى الموجود في القشرة الأرضية ثلثي 100000، وهو العنصر الأقل وفرة بين العناصر الأرضية النادرة. يوجد بشكل رئيسي في خام سيليكو بيريليوم الإيتريوم، وخام الذهب الأسود الأرضي النادر، وخام الفوسفور الإيتريوم، والمونازيت. يصل الجزء الكتلي من العناصر الأرضية النادرة في المونازيت عمومًا إلى 50%، مع الثوليوم الذي يمثل 0.007%. النظير المستقر الطبيعي هو الثوليوم 169 فقط. يستخدم على نطاق واسع في مصادر الضوء لتوليد الطاقة عالية الكثافة، والليزر، والموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية، وغيرها من المجالات.

اكتشاف التاريخ

اكتشف بواسطة: بي تي كليف

تم اكتشافه عام 1878

بعد أن قام موساندر بفصل تراب الإربيوم وتراب التيربيوم عن تراب الإيتريوم في عام 1842، استخدم العديد من الكيميائيين التحليل الطيفي لتحديد وتحديد أنهما ليسا أكاسيد نقية لعنصر ما، مما شجع الكيميائيين على مواصلة فصلهما. بعد الانفصالأكسيد الإيتربيوموأكسيد سكانديوممن الطعم المؤكسد، قام كليف بفصل أكسيدين عنصريين جديدين في عام 1879. تم تسمية أحدهما بالثوليوم لإحياء ذكرى موطن كليف في شبه الجزيرة الاسكندنافية (ثوليا)، مع رمز العنصر Tu والآن Tm. ومع اكتشاف الثوليوم والعناصر الأرضية النادرة الأخرى، تم الانتهاء من النصف الآخر من المرحلة الثالثة من اكتشاف العناصر الأرضية النادرة.

التكوين الإلكتروني

التكوين الإلكتروني
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f13

معدن

الثوليوموهو معدن أبيض فضي ذو ليونة ويمكن قطعه بسكين بسبب قوامه الناعم؛ نقطة الانصهار 1545 درجة مئوية، نقطة الغليان 1947 درجة مئوية، الكثافة 9.3208.

الثوليوم مستقر نسبيًا في الهواء؛أكسيد الثوليومعبارة عن بلورة خضراء فاتحة. أكاسيد الملح (الملح ثنائي التكافؤ) كلها ذات لون أخضر فاتح.

طلب

على الرغم من أن الثوليوم نادر جدًا وباهظ الثمن، إلا أنه لا يزال لديه بعض التطبيقات في مجالات خاصة.

مصدر ضوء التفريغ عالي الكثافة

غالبًا ما يتم إدخال الثوليوم في مصادر ضوء التفريغ عالية الكثافة في شكل هاليدات عالية النقاء (عادةً بروميد الثوليوم)، بهدف الاستفادة من طيف الثوليوم. 

الليزر

يمكن إنتاج ثلاثة عقيق ألومنيوم الإيتريوم المخدر (Ho: Cr: Tm: YAG) بالليزر النبضي ذو الحالة الصلبة باستخدام أيون الثوليوم، أيون الكروم، وأيون الهولميوم في عقيق ألومنيوم الإيتريوم، والذي يمكن أن ينبعث منه طول موجي يبلغ 2097 نانومتر؛ ويستخدم على نطاق واسع في المجالات العسكرية والطبية والأرصاد الجوية. يتراوح الطول الموجي لليزر المنبعث من عقيق الألومنيوم والإيتريوم المغطى بالثوليوم (Tm: YAG) ليزر نبض الحالة الصلبة من 1930 نانومتر إلى 2040 نانومتر. يعد الاجتثاث على سطح الأنسجة فعالًا للغاية، لأنه يمكن أن يمنع التجلط من أن يصبح عميقًا جدًا في الهواء والماء. وهذا يجعل من ليزر الثوليوم إمكانات كبيرة للتطبيق في جراحة الليزر الأساسية. يعتبر ليزر الثوليوم فعالاً جداً في استئصال أسطح الأنسجة بسبب طاقته المنخفضة وقوة اختراقه، ويمكن أن يتخثر دون التسبب في جروح عميقة. وهذا يجعل من ليزر الثوليوم إمكانات كبيرة للتطبيق في جراحة الليزر

ليزر الثوليوم المخدر

مصدر الأشعة السينية

على الرغم من التكلفة العالية، فقد بدأ استخدام أجهزة الأشعة السينية المحمولة التي تحتوي على الثوليوم على نطاق واسع كمصادر إشعاع في التفاعلات النووية. ويبلغ عمر مصادر الإشعاع هذه حوالي عام واحد ويمكن استخدامها كأدوات تشخيصية طبية وطب الأسنان، بالإضافة إلى أدوات الكشف عن العيوب للمكونات الميكانيكية والإلكترونية التي يصعب على القوى العاملة الوصول إليها. لا تتطلب مصادر الإشعاع هذه حماية كبيرة من الإشعاع – فقط كمية صغيرة من الرصاص مطلوبة. أصبح استخدام الثوليوم 170 كمصدر إشعاعي لعلاج السرطان من مسافة قريبة منتشرًا بشكل متزايد. يبلغ عمر النصف لهذا النظير 128.6 يومًا وخمسة خطوط انبعاث ذات كثافة كبيرة (7.4، 51.354، 52.389، 59.4، و84.253 كيلو إلكترون فولت). يعد الثوليوم 170 أيضًا أحد مصادر الإشعاع الصناعي الأربعة الأكثر استخدامًا.

مواد فائقة التوصيل لدرجة الحرارة العالية

على غرار الإيتريوم، يستخدم الثوليوم أيضًا في الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية. يتمتع الثوليوم بقيمة استخدام محتملة في الفريت باعتباره مادة مغناطيسية سيراميكية تستخدم في أجهزة الميكروويف. نظرًا لطيفه الفريد، يمكن تطبيق الثوليوم على إضاءة المصابيح القوسية مثل سكانديوم، ولن يتم تغطية الضوء الأخضر المنبعث من مصابيح القوس باستخدام الثوليوم بخطوط انبعاث العناصر الأخرى. نظرًا لقدرته على إصدار مضان أزرق تحت الأشعة فوق البنفسجية، يُستخدم الثوليوم أيضًا كأحد رموز مكافحة التزييف في الأوراق النقدية لليورو. يتم استخدام التألق الأزرق المنبعث من كبريتات الكالسيوم المضافة مع الثوليوم في قياس الجرعات الشخصية للكشف عن جرعة الإشعاع.

تطبيقات أخرى

نظرًا لطيفه الفريد، يمكن استخدام الثوليوم في إضاءة المصابيح القوسية مثل سكانديوم، ولن يتم تغطية الضوء الأخضر المنبعث من مصابيح القوس المحتوية على الثوليوم بخطوط انبعاث العناصر الأخرى.

يُصدر الثوليوم فلورًا أزرقًا تحت الأشعة فوق البنفسجية، مما يجعله أحد رموز مكافحة التزييف في الأوراق النقدية باليورو.

اليورو تحت الأشعة فوق البنفسجية، مع وجود علامات واضحة لمكافحة التزييف