Thulium
| Thulium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Pronunciation | /ˈθjuːliəm/ ⓘ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Appearance | silvery gray | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Standard atomic weight Ar°(Tm) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Thulium in the periodic table | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomic number (Z) | 69 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Group | f-block groups (no number) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Period | period 6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Block | f-block | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electron configuration | [Xe] 4f13 6s2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electrons per shell | 2, 8, 18, 31, 8, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Physical properties | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Phase at STP | solid | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Melting point | 1818 K (1545 °C, 2813 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Boiling point | 2223 K (1950 °C, 3542 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Density (at 20° C) | 9.320 g/cm3 [3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| when liquid (at m.p.) | 8.56 g/cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Heat of fusion | 16.84 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Heat of vaporization | 191 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Molar heat capacity | 27.03 J/(mol·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vapor pressure
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| Atomic properties | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidation states | common: +3 0,[4] +1,[5] +2[6] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electronegativity | Pauling scale: 1.25 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ionization energies |
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| Atomic radius | empirical: 176 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Covalent radius | 190±10 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Spectral lines of thulium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Other properties | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Natural occurrence | primordial | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Crystal structure | hexagonal close-packed (hcp) (hP2) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lattice constants | a = 353.77 pm c = 555.39 pm (at 20 °C)[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Thermal expansion | poly: 13.3 µm/(m⋅K) (at r.t.) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Thermal conductivity | 16.9 W/(m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electrical resistivity | poly: 676 nΩ⋅m (at r.t.) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetic ordering | paramagnetic (at 300 K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Molar magnetic susceptibility | +25500×10−6 cm3/mol (291 K)[7] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Young's modulus | 74.0 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Shear modulus | 30.5 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Bulk modulus | 44.5 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Poisson ratio | 0.213 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Vickers hardness | 470–650 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Brinell hardness | 470–900 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS Number | 7440-30-4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| History | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Naming | after Thule, a mythical region in Scandinavia | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Discovery | Per Teodor Cleve (1879) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| First isolation | Wilhelm Klemm and Heinrich Bommer (1936) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotopes of thulium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Thulium is a chemical element; it has symbol Tm and atomic number 69. It is the thirteenth element in the lanthanide series of metals. It is the second-least abundant lanthanide in the Earth's crust, after radioactively unstable promethium. It is an easily workable metal with a bright silvery-gray luster. It is fairly soft and slowly tarnishes in air. Despite its high price and rarity, thulium is used as a dopant in solid-state lasers. It has no significant biological role and is not particularly toxic. Artificial radioactive isotopes of thulium are used as radiation sources in some portable X-ray devices.
In 1879, the Swedish chemist Per Teodor Cleve separated two previously unknown components, which he called holmia and thulia, from the rare-earth mineral erbia; these were the oxides of holmium and thulium, respectively. His example of thulium oxide contained impurities of ytterbium oxide. A relatively pure sample of thulium oxide was first obtained in 1911. The metal itself was first obtained in 1936 by Wilhelm Klemm and Heinrich Bommer.[9]
Like the other lanthanides, its most common oxidation state is +3, seen in its oxide, halides and other compounds. In aqueous solution, like compounds of other late lanthanides, soluble thulium compounds form coordination complexes with nine water molecules.
- ^ "Standard Atomic Weights: Thulium". CIAAW. 2021.
- ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. (2022-05-04). "Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. doi:10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.
- ^ a b Arblaster, John W. (2018). Selected Values of the Crystallographic Properties of Elements. Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 978-1-62708-155-9.
- ^ Yttrium and all lanthanides except Ce and Pm have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017. and Arnold, Polly L.; Petrukhina, Marina A.; Bochenkov, Vladimir E.; Shabatina, Tatyana I.; Zagorskii, Vyacheslav V.; Cloke (2003-12-15). "Arene complexation of Sm, Eu, Tm and Yb atoms: a variable temperature spectroscopic investigation". Journal of Organometallic Chemistry. 688 (1–2): 49–55. doi:10.1016/j.jorganchem.2003.08.028.
- ^ La(I), Pr(I), Tb(I), Tm(I), and Yb(I) have been observed in MB8− clusters; see Li, Wan-Lu; Chen, Teng-Teng; Chen, Wei-Jia; Li, Jun; Wang, Lai-Sheng (2021). "Monovalent lanthanide(I) in borozene complexes". Nature Communications. 12 (1): 6467. Bibcode:2021NatCo..12.6467L. doi:10.1038/s41467-021-26785-9. PMC 8578558. PMID 34753931.
- ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. p. 28. doi:10.1016/C2009-0-30414-6. ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
- ^ Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 45 (3) 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
- ^ W. Klemm; H. Bommer (1937). "Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (in German). 231 (1–2): 138–171. Bibcode:1937ZAACh.231..138K. doi:10.1002/zaac.19372310115..