Thulium, ký hiệu hóa học là Tm trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, là một trong những nguyên tố hiếm hoi và thường làm cho những người quan tâm đến hóa học tò mò. Tm đơn giản là viết tắt của từ “Thulium,” đại diện cho một nguyên tố với số nguyên tử là 69. Bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ giúp bạn hiểu rõ về nguyên tố hóa học Tm là gì? 7 tính chất hóa học đặc biệt của nguyên tố này. Hãy cùng khám phá!
Tm là gì?
Nguyên tố Tm trong hóa học là thụy mộc (Thulium). Nguyên tử số của nó trong bảng tuần hoàn là 69 và có ký hiệu Tm. Thulium là một kim loại màu xám bạc, có tính chất từ tính cao.
| Ký hiệu hóa học: | Ký hiệu hóa học của nguyên tố Thulium là Tm. |
| Tên Latin: | Tên Latin của nguyên tố Tm là Thulium. |
| Số hiệu nguyên tử: | Số hiệu nguyên tử của nguyên tố Thulium (Tm) là 69. |
| Chu kỳ: | chạy của trùng hợpóng tố là một sắp xếp sự tiếp nối và lặp đi lặp lại các tính chất hóa học và vật lý của các nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn. Chu kỳ này được xác định dựa trên cấu trúc điện tử của các nguyên tử. Bảng tuần hoàn thể hiện sự sắp xếp các nguyên tố hóa học theo thứ tự tăng dần của số nguyên tử. Các yếu tố chính trong chu kỳ gồm: nhóm, chu kỳ, số nguyên tử, điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử, năng lượng ion hóa, độ âm điện và tính chất hóa học. Mỗi chu kỳ hóa học bắt đầu bằng nguyên tử có cấu trúc electron tương đối ổn định và kết thúc bằng một nguyên tử có cấu trúc electron tương tự. Chu kỳ đầu tiên bắt đầu với nguyên tử hydrogen (H) và helium (He) và kết thúc với nguyên tử neon (Ne), tạo thành chu kỳ 1. Tiếp theo là chu kỳ 2 bắt đầu bằng nguyên tử lithium (Li) và kết thúc bằng nguyên tử argon (Ar), và tương tự cho các chu kỳ tiếp theo. Nhìn chung, các nguyên tử trong cùng một chu kỳ có số electron vỏ bên ngoài tương tự. Cấu trúc electron này sẽ ảnh hưởng đến các tính chất hóa học của nguyên tử, bao gồm tính kim loại, tính phi kim và tính bán kim loại. Chu kỳ hóa học cũng phản ánh sự tăng dần của kích thước nguyên tử và bán kính nguyên tử. Trong một chu kỳ, bán kính nguyên tử tăng từ trái sang phải và giảm từ trên xuống dưới. Điều này được gọi là hiệu ứng “gian lận hạt nhân”, khi số proton trong hạt nhân tăng cùng một lúc với số electron trong cùng một vỏ. Do đó, electron bị hút mạnh hơn vào hạt nhân và nguyên tử có kích thước nhỏ hơn. Ngoài ra, chu kỳ nguyên tố hóa học cũng thể hiện mối quan hệ giữa năng lượng ion hóa và tính chất kim loại của các nguyên tử. Với cấu trúc electron ổn định, các nguyên tử có năng lượng ion hóa cao và có xu hướng nhận electron để trở thành anion. Ngược lại, các nguyên tử có cấu trúc không ổn định, có năng lượng ion hóa thấp và có xu hướng đưa ra electron để trở thành cation. Trong tổng quát, chu kỳ hóa học trong bảng tuần hoàn cung cấp một hệ thống tổ chức cho việc nghiên cứu tính chất và tương tác giữa các nguyên tố hóa học. Nó cho phép các nhà khoa học dự đoán tính chất hóa học của các nguyên tố chưa được khám phá và hiểu sâu hơn về cấu trúc và tính chất của nguyên tử và phân tử. |
| Nhóm nguyên tố: | Tm thuộc nhóm nguyên tố lantanit, nằm trong hàng 6, cột 10 của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Đặc biệt về hóa học của nhóm lantanit là: 1. Tất cả các nguyên tố trong nhóm lantanit đều có cấu hình electron nội tâm [Xe]4f^n5d^06s^2, trong đó n có thể từ 0 đến 14. Điều này tạo ra sự ổn định cao và khả năng tương tác hóa học đặc biệt. 2. Lantanit có dạng ký hiệu electron ngoại vi là X(n-1)d^0-1ns^2. Điều này khiến cho các nguyên tố trong nhóm này có tính chất hóa học tương tự nhau, nhưng có những khác biệt nhỏ. 3. Các nguyên tố trong nhóm lantanit có phạm vi oxi hóa từ +2 đến +4. Tuy nhiên, các trạng thái oxi hóa +3 thường là phổ biến nhất, trong đó các electron d^0 được tới hạn trong cấu trúc electron của chúng. 4. Lantanit thường hình thành các hợp chất phức với ion kim loại kiềm và ion kim loại dễ oxi hóa khác. Cấu trúc phức tạp của các hợp chất này khiến chúng có tính chất hóa học đa dạng và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. 5. Một số nguyên tố lantanit có tính chất từ tính mạnh và được sử dụng trong các ứng dụng từ tính, như trong việc sản xuất nam châm mạnh và trong công nghệ lưu trữ dữ liệu. Các phức chất lantanit cũng có tính chất sinh quả. Tóm lại, nhóm lantanit có cấu hình electron đặc biệt và tính chất hóa học đa dạng, làm cho chúng có ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực của khoa học và công nghệ. |
| Khối lượng nguyên tử tương đối: | Khối lượng nguyên tử tương đối của nguyên tử thulium là 168,93422. |
| Số Oxy hóa: | Số oxy hóa của nguyên tố Tm (Thulium) là +3. |
| Cấu hình electron (e): | Nguyên tử tham số của nguyên tố Thulium là 69. Electron của Tm có thể cấu hình như sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f13 5d1 6p6 7s2 Đây là cấu hình electron của Tm trong trạng thái cơ bản. |
| Khối lượng riêng [g/cm3]: | Khối lượng riêng của nguyên tố Tm (thulium) là 9.32 g/cm3. |
| Trạng thái: | Nguyên tố Tm là thulium, có số nguyên tử là 69 và ký hiệu là Tm. Trạng thái của nguyên tố Tm trong điều kiện thông thường là trạng thái rắn. Một điểm đặc biệt của thulium là sự hiếm gặp của nó trong tự nhiên. Tỷ lệ hiện diện của thulium trong vỏ Trái Đất chỉ khoảng 0,5 ppm (phần triệu). Nó được tách ra từ các khoáng chất chứa lantanit. Thulium cũng có khả năng phóng xạ và được sử dụng trong các ứng dụng vật lý, y học và điện tử như pin năng lượng mặt trời, máy quét từ cực mạnh và thiết bị hồ quang học. |
Tính chất hóa học của Tm
Nguyên tố Tm (Thulium) có các tính chất hóa học sau:
1.Tính kim loại: là một kim loại có màu bạc trắng và nằm trong nhóm lantanit. Nó có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
2. Tính ổn định: nguyên tố này có tính ổn định trong môi trường khí, nhưng nhanh chóng oxy hóa khi tiếp xúc với không khí.
3. Tính khảm: Thulium có khả năng khảm trong axit sulfuric (H2SO4) và axit nitric (HNO3), tạo ra các muối thulium tương ứng. Tuy nhiên, nó khá khó khảm trong axit clohidric (HCl).
4. Tính phản ứng với nước: Nếu tiếp xúc với nước, Thulium tạo ra hidroxit thulium (Tm(OH)3) và thuốc thử màu hồng.
5. Tính phổ biến: Thulium không phổ biến và ít được tìm thấy trong vỏ Trái đất. Nó có mức độ tồn tại thấp trong quặng kim loại quý như ceria, yttroia và monazite.
6. Tính từ tính: Thulium có tính từ tính cao và dễ bị từ tính hóa. Nó có thể điều chỉnh được từ từ tính của nó bằng cách thay đổi nhiệt độ.
7. Tính chất phổ tính: nguyên tố có khả năng chuyển đổi màu sắc từ xanh da trời sang đỏ bởi phản ứng với ánh sáng hoặc nhiệt độ thích hợp. Tính chất này đã được ứng dụng trong việc tạo ra vật liệu phát xạ ánh sáng laser và các ứng dụng quang học khác.
Tóm lại, nguyên tố Tm có tính chất hóa học tương tự như các kim loại lantanit khác, bao gồm tính ổn định, khảm, phản ứng với nước và có tính chất từ tính. Nó cũng có tính chất phổ tính đặc biệt là màu sắc phục thuộc vào ánh sáng và nhiệt độ.
Phản ứng của kim loại với Thulium
Kim loại phản ứng với nguyên tố Tm (Thulium) để tạo ra hợp chất kim loại – Tmi. Phản ứng này có thể được biểu diễn như sau:
2Tm + 3I2 → 2TmI3
Trong phản ứng này, kim loại Tm tác động với I2 (iốt) để tạo thành TmI3 (thulium triiodide).
Phản ứng của phi kim với Thulium
Nguyên tử Tm thuộc vào nhóm Lanthanide và là một nguyên tố phi kim. Phi kim là các nguyên tố không có tính chất kim loại, chúng thường có tính chất vô định hình và ít quan trọng trong nguyên tố hóa.
Phản ứng của phi kim Tm với các nguyên tố hoặc hợp chất khác thường không mạnh mẽ và không có nhiều ứng dụng thực tế. Một số phản ứng phổ biến của Tm bao gồm:
1. Tm + O2 → Tm2O3: Tm phản ứng với oxi để tạo thành oxit Tm2O3, một hợp chất không màu và ít tan trong nước.
2. Tm + H2O → Tm(OH)3 + H2: Tm có thể phản ứng với nước để tạo ra hidroxit Tm(OH)3 và khí hidro (H2).
3. Tm + 2HCl → TmCl2 + H2: Tm có thể phản ứng với axit clohidric (HCl) để tạo ra clorua TmCl2 và khí hidro (H2).
4. Tm + 2Na → 2NaTm: Tm có thể tạo phản ứng với kim loại natri (Na) để tạo thành hợp chất hợp kim NaTm.
Những phản ứng này chỉ là một số ví dụ cơ bản và nước rút của phản ứng của Tm với các nguyên tố và hợp chất khác. Sự phản ứng và tính chất của Tm với các chất phụ thuộc vào điều kiện cụ thể và môi trường.
Phản ứng của Oxit Kim loại với Tm
Oxit của kim loại Tm có thể được biểu diễn bằng công thức TmOx. Trong phản ứng của oxit kim loại Tm với nguyên tố Tm, cường độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ và điều kiện phản ứng.
Khi được đốt cháy trong không khí, oxit kim loại Tm sẽ phản ứng với oxi để tạo ra oxit kim loại trung gian, sau đó oxit kim loại trung gian sẽ tiếp tục phản ứng với oxi để tạo ra oxit kim loại Tm.
2TmOx + O2 -> 2TmOy
Trong đó, TmOy là oxit kim loại Tm tạo thành sau phản ứng.
Phản ứng này có thể tạo ra nhiều hợp chất của oxit kim loại Tm, phụ thuộc vào nhiệt độ và điều kiện phản ứng. Các hợp chất có thể là Tm2O3, TmOx, TmOx-1.
Ngoài ra, oxit kim loại Tm cũng có thể phản ứng với các chất khác như axit hoặc base để tạo ra các hợp chất khác.
Phản ứng Oxi với Tm
Phản ứng Oxi với nguyên tố Thulium (Tm) có thể được biểu diễn như sau:
2Tm + 3O2 -> 2TmO3
Trong phản ứng này, 2 nguyên tử Tm tương tác với 3 phân tử Oxy để tạo thành 2 phân tử TmO3 (Thulium oxide).
Tính chất vật lý của Tm
Nguyên tử số: 69
Khối lượng nguyên tử: 168.93421 g/mol
Điểm nóng chảy: 1545 °C
Điểm sôi: 1950 °C
Tm là một kim loại mềm, dẻo và có kết cấu tinh thể hệ lập phương.
Nó có màu bạc trắng và có khả năng chịu nhiệt và chịu ăn mòn từ các axit vừa phải.
Tm có điểm nóng chảy và điểm sôi khá cao, làm cho nó phù hợp trong một số ứng dụng công nghiệp như trong lò phản ứng hạt nhân và các thiết bị nhiệt-năng.
Điều chế Tm trong phòng thí nghiệm
Để điều chế nguyên tử Tm trong phòng thí nghiệm, chúng ta có thể sử dụng quá trình quang phổ hấp thụ hoặc quá trình phân tách sử dụng các phương pháp hóa học.
1. Quá trình quang phổ hấp thụ
Dùng các tia cực tím hoặc tia X để chiếu lên một mẫu Tm tinh khiết. Tia X hoặc tia cực tím gây ra quá trình tạo ra các electron bề mặt khỏi atom Tm và khi các electron được gỡ bỏ, các electron trong mẫu Tm cũng bị xúc tác để tiếp tục giải phóng. Khi mẫu được kích thích đủ, các electron trong mẫu quay trở lại trạng thái gốc và kết quả là phát ra một ánh sáng có bước sóng cụ thể. Quá trình này được gọi là quang phổ hấp thụ và ta có thể sử dụng nó để xác định sự hiện diện của Tm.
2. Phân tách bằng phương pháp hóa học
Điều chế nguyên tố Tm trong phòng thí nghiệm cũng có thể được thực hiện bằng cách phân tách từ các mẫu có chứa Tm. Các phương pháp như quá trình trao đổi ion, phân tách hấp phụ và phân tách theo độ phức tạp của ion được sử dụng để tách Tm ra khỏi các mẫu hỗn hợp.
Điều chế nguyên tử Tm trong phòng thí nghiệm đòi hỏi sự chính xác và cẩn thận để đảm bảo sự an toàn và đạt được kết quả chính xác.
Điều chế Tm trong công nghiệp
Trong công nghiệp, nguyên tố Tm (thulium) được điều chế thông qua quá trình thủy phân phức chất tetrachlorothulium (TmCl4). Quá trình điều chế thường được tiến hành bằng cách hoà tan kim loại thulium trong axit clohydric để tạo ra TmCl4. Sau đó, tetrachlorothulium được phân ly thành chloride và thulium bằng cách nung ở nhiệt độ cao hơn.
Tuy nhiên, việc điều chế Thulium trong công nghiệp rất phức tạp vì Tm là một trong những nguyên tố hiếm dùng rất ít trong các ứng dụng thường ngày. Do đó, công nghiệp thường không điều chế Thulium mà thường mua từ các nhà sản xuất và nhà cung cấp nguyên liệu hóa học chuyên dụng.
Ứng dụng của Tm trong cuộc sống
Nguyên tố thulium (Tm) có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng của nguyên tố Tm:
1. Lasers: Thulium được sử dụng để tạo ra các loại laser, bao gồm các thiết bị laser y khoa, laser hạt nhân và laser công nghiệp. Laser thulium có thể tạo ra các tia laser có bước sóng từ 1,9 đến 2,1 micromet, rất hữu ích trong việc phẫu thuật y khoa và cắt và hàn vật liệu trong công nghiệp.
2. Đèn phát quang: Các hợp chất của thulium có thể phát ra ánh sáng trong dải từ xanh đến đỏ, do đó được sử dụng trong các thiết bị đèn phát quang và đèn LED.
3. Phân tích hóa học: Thulium có thể được sử dụng trong phân tích hóa học để xác định các nguyên tố khác trong mẫu. Nó có thể thay thế cho các nguyên tố khác trong các phản ứng hóa học và tạo ra các hợp chất có tính chất đặc biệt giúp xác định chính xác các thành phần của mẫu.
4. Y tế: Thulium có thể được sử dụng trong ngành y tế như một chất đánh dấu trong các chất trắng, thuốc nhuộm và chất nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm. Nó cũng có thể được sử dụng trong các nghiên cứu về điều trị ung thư và sinh lý.
5. Ngoại vi máy tính: Thulium có thể được sử dụng trong các bộ phận ngoại vi của máy tính như cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng và bộ chuyển đổi từ analog sang số.
6. Hợp kim: Thulium có thể được sử dụng để cải thiện đặc tính của hợp kim. Một số hợp kim Tm được sử dụng trong việc tăng cường độ cứng và chống ăn mòn của các kim loại khác.
Tóm lại, nguyên tố Thulium có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như công nghiệp, y tế, hóa học và công nghệ.
Những điều cần lưu ý về nguyên tố Tm
Nguyên tố Thulium là một nguyên tố hóa học với ký hiệu Tm và số nguyên tử 69. Dưới đây là những điều cần lưu ý về nguyên tố Tm:
1. Đặc điểm về cấu trúc nguyên tử:
– Trong bảng tuần hoàn nguyên tố, Tm thuộc vào nhóm Lanthan nhưng cũng có một số đặc tính giống nhóm Actin.
– Tm có cấu trúc điện tử là [Xe] 4f13 6s2, có nghĩa là có 13 electron trong lớp f và 2 electron trong lớp s.
2. Tính chất hóa học:
– Là một kim loại mềm, dẻo và dễ uốn cong. Nó có màu trắng bạc và có khả năng chịu nhiệt tốt.
– Nguyên tử này có khả năng hấp thụ nhiều neutron nên được sử dụng để hấp thụ neutron trong các ứng dụng về điều khiển phản ứng hạt nhân.
– Tm là một nguyên tố khá khó tách ra từ các hợp chất của nó và ít được sử dụng trong ứng dụng công nghiệp.
3. Ứng dụng:
– Isotop Tm-169 được sử dụng trong ngành y học để điều trị ung thư và các bệnh khác.
– Tm cũng có ứng dụng trong quang phổ học để nghiên cứu quá trình chuyển động của các cấu trúc phân tử và ion.
– Một số hợp chất Thulium được sử dụng trong nghiên cứu về điện tử với tính chất đặc biệt như độc tính cao.
Trên đây là một số điều cần biết về nguyên tố Tm. Tuy không được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhưng Tm góp phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và y tế.
