Thuliumlaser im minimalinvasiven Verfahren

Thulium, Element 69 des Periodensystems.

Thulium, das Element mit dem geringsten Gehalt an Seltenerdelementen, kommt hauptsächlich zusammen mit anderen Elementen in Gadolinit, Xenotim, schwarzem seltenem Golderz und Monazit vor.

Die Metallelemente Thulium und Lanthanoid kommen in der Natur in äußerst komplexen Erzen eng nebeneinander vor. Aufgrund ihrer sehr ähnlichen elektronischen Strukturen sind auch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften sehr ähnlich, was die Extraktion und Trennung erheblich erschwert.

Im Jahr 1879 bemerkte der schwedische Chemiker Cliff, dass die Atommasse des Erbiumbodens nicht konstant war, als er den verbleibenden Erbiumboden nach der Trennung von Ytterbiumboden und Scandiumboden untersuchte. Deshalb trennte er den Erbiumboden weiter und trennte schließlich Erbiumboden, Holmiumboden und Thuliumboden.

Metall Thulium, silberweiß, duktil, relativ weich, kann mit einem Messer geschnitten werden, hat einen hohen Schmelz- und Siedepunkt, korrodiert nicht leicht an der Luft und kann das metallische Aussehen für lange Zeit beibehalten. Aufgrund der besonderen extranuklearen Elektronenhüllenstruktur sind die chemischen Eigenschaften von Thulium denen anderer Lanthanoid-Metallelemente sehr ähnlich. Es kann sich in Salzsäure auflösen und eine leicht grüne Farbe bildenThulium(III)-chloridAuch am Reibrad sind die Funken zu sehen, die durch das Verbrennen seiner Partikel in der Luft entstehen.

Thuliumverbindungen haben auch Fluoreszenzeigenschaften und können unter ultraviolettem Licht blaue Fluoreszenz emittieren, die zur Herstellung von fälschungssicheren Etiketten für Papiergeld verwendet werden kann. Das radioaktive Isotop Thulium 170 von Thulium ist außerdem eine der vier am häufigsten verwendeten industriellen Strahlungsquellen und kann als Diagnosetool für medizinische und zahnmedizinische Anwendungen sowie als Defekterkennungstool für mechanische und elektronische Komponenten verwendet werden.

Beeindruckend ist Thulium, die Thulium-Laser-Therapietechnologie und die unkonventionelle neue Chemie, die aufgrund seiner besonderen extranuklearen elektronischen Struktur entsteht.

Mit Thulium dotierter Yttrium-Aluminium-Granat kann Laser mit einer Wellenlänge zwischen 1930 und 2040 nm emittieren. Wenn der Laser dieses Bandes für eine Operation verwendet wird, gerinnt das Blut an der Bestrahlungsstelle schnell, die Operationswunde ist klein und die Blutstillung ist gut. Daher wird dieser Laser häufig für minimalinvasive Eingriffe an der Prostata oder den Augen eingesetzt. Diese Art von Laser weist bei der Übertragung in der Atmosphäre geringe Verluste auf und kann in der Fernerkundung und optischen Kommunikation eingesetzt werden. Beispielsweise verwenden Laser-Entfernungsmesser, kohärente Doppler-Windradare usw. den von Thulium-dotierten Faserlasern emittierten Laser.

Thulium ist ein ganz besonderes Metall der f-Region, und seine Eigenschaften, mit Elektronen in der f-Schicht Komplexe zu bilden, haben viele Wissenschaftler fasziniert. Im Allgemeinen können Lanthanidmetallelemente nur dreiwertige Verbindungen bilden, Thulium ist jedoch eines der wenigen Elemente, die zweiwertige Verbindungen bilden können.

Im Jahr 1997 leistete Mikhail Bochkalev Pionierarbeit in der Reaktionschemie für zweiwertige Seltenerdverbindungen in Lösung und fand heraus, dass sich das zweiwertige Thulium(III)-iodid unter bestimmten Bedingungen allmählich wieder in das gelbliche dreiwertige Thuliumion umwandeln kann. Durch die Nutzung dieser Eigenschaft könnte Thulium zum bevorzugten Reduktionsmittel für organische Chemiker werden und hat das Potenzial, Metallverbindungen mit besonderen Eigenschaften für Schlüsselbereiche wie erneuerbare Energien, Magnettechnologie und Behandlung nuklearer Abfälle herzustellen. Durch die Auswahl geeigneter Liganden kann Thulium auch das formale Potenzial bestimmter Metall-Redoxpaare verändern. Samarium(II)-iodid und seine in organischen Lösungsmitteln wie Tetrahydrofuran gelösten Gemische werden seit 50 Jahren von organischen Chemikern zur Steuerung der Einzelelektronenreduktionsreaktionen einer Reihe funktioneller Gruppen verwendet. Auch Thulium hat ähnliche Eigenschaften und die Fähigkeit seines Liganden, organische Metallverbindungen zu regulieren, ist erstaunlich. Die Manipulation der geometrischen Form und der Orbitalüberlappung des Komplexes kann Auswirkungen auf bestimmte Redoxpaare haben. Da es sich um das seltenste Element der Seltenen Erden handelt, kann Thulium aufgrund seiner hohen Kosten vorübergehend Samarium nicht ersetzen, hat aber immer noch großes Potenzial in der unkonventionellen neuen Chemie.