לייזר תוליום בהליך זעיר פולשני

תוליום, יסוד 69 של הטבלה המחזורית.

תוליום, היסוד בעל הכמות הפחותה ביותר של יסודות אדמה נדירים, מתקיים בעיקר יחד עם יסודות אחרים בגדוליניט, בקסנוטיים, בעפרת זהב נדיר שחור ובמונאזיט.

אלמנטים מתכתיים של תוליום ולנטאניד מתקיימים במקביל בעפרות מורכבות במיוחד בטבע. בשל המבנים האלקטרוניים הדומים מאוד, גם התכונות הפיזיקליות והכימיות שלהם דומות מאוד, מה שמקשה למדי על החילוץ וההפרדה.

בשנת 1879, הכימאי השבדי קליף הבחין שהמסה האטומית של אדמת הארביום לא הייתה קבועה כאשר חקר את אדמת הארביום שנותרה לאחר הפרדת אדמת איטרביום ואדמת סקנדיום, אז הוא המשיך להפריד את אדמת הארביום ולבסוף הפריד בין אדמת הארביום, אדמת הולמיום אדמת טוליום.

מתכת טוליום, לבן כסוף, רקיע, רך יחסית, ניתן לחיתוך בסכין, בעל נקודת התכה ורתיחה גבוהה, אינו נלחם בקלות באוויר ויכול לשמור על מראה המתכת לאורך זמן. בשל מבנה מעטפת האלקטרון החוץ-גרעיני המיוחד, התכונות הכימיות של התוליום דומות מאוד לאלו של יסודות מתכת לנתניד אחרים. זה יכול להתמוסס בחומצה הידרוכלורית כדי ליצור מעט ירוקתוליום(III) כלוריד, וניתן לראות את הניצוצות הנוצרים על ידי שריפת חלקיקיו באוויר גם על גלגל החיכוך.

לתרכובות תוליום יש גם תכונות פלואורסצנטיות והן יכולות לפלוט פלואורסצנטיות כחולות תחת אור אולטרה סגול, שניתן להשתמש בה כדי ליצור תוויות נגד זיוף עבור מטבעות נייר. האיזוטופ הרדיואקטיבי thulium 170 של thulium הוא גם אחד מארבעת מקורות הקרינה התעשייתיים הנפוצים ביותר והוא יכול לשמש ככלי אבחון ליישומים רפואיים ודנטליים, כמו גם כלי זיהוי פגמים עבור רכיבים מכניים ואלקטרוניים.

Thulium, שהוא מרשים, הוא טכנולוגיית הטיפול בלייזר תליום והכימיה החדשה הלא שגרתית שנוצרה בשל המבנה האלקטרוני החוץ-גרעיני המיוחד שלו.

נופך אלומיניום איטריום מסומם בתוליום יכול לפלוט לייזר עם אורך גל בין 1930 ~ 2040 ננומטר. כאשר משתמשים בלייזר של פס זה לניתוח, הדם באתר ההקרנה יקרש במהירות, פצע הניתוח קטן והדימום טוב. לכן, לייזר זה משמש לעתים קרובות להליך זעיר פולשני של ערמונית או עיניים. לסוג זה של לייזר יש אובדן נמוך בעת שידור באטמוספרה, והוא יכול לשמש בחישה מרחוק ותקשורת אופטית. לדוגמה, מד טווח לייזר, מכ"ם רוח קוהרנטי דופלר וכו', ישתמשו בלייזר הנפלט מלייזר סיבים עם טוליום.

התוליום הוא סוג מיוחד מאוד של מתכת באזור f, ותכונותיו ליצור קומפלקסים עם אלקטרונים בשכבת f כבשו מדענים רבים. באופן כללי, יסודות מתכת לנתניד יכולים ליצור רק תרכובות תלת-ערכיות, אך טוליום הוא אחד היסודות הבודדים שיכולים ליצור תרכובות דו ערכיות.

בשנת 1997, מיכאיל בוצ'קלב היה חלוץ בכימיה התגובה הקשורה לתרכובות של אדמה נדירה דו ערכית בתמיסה, ומצא כי יודיד תוליום (III) הדו ערכי יכול להשתנות בהדרגה בחזרה ליון התוליום המשולש הצהבהב בתנאים מסוימים. על ידי ניצול מאפיין זה, thulium עשוי להפוך לחומר ההפחתה המועדף על כימאים אורגניים ויש לו פוטנציאל להכין תרכובות מתכת בעלות תכונות מיוחדות לתחומי מפתח כגון אנרגיה מתחדשת, טכנולוגיה מגנטית וטיפול בפסולת גרעינית. על ידי בחירת ליגנדים מתאימים, thulium יכול גם לשנות את הפוטנציאל הפורמלי של זוגות חיזור מתכת ספציפיים. יודיד Samarium(II) ותערובותיו מומסות בממיסים אורגניים כגון טטרהידרופורן שימשו כימאים אורגניים במשך 50 שנה כדי לשלוט בתגובות הפחתת אלקטרונים בודדים של סדרה של קבוצות פונקציונליות. לתוליום יש גם מאפיינים דומים, והיכולת של הליגנד שלו לווסת תרכובות מתכות אורגניות היא מדהימה. מניפולציה של הצורה הגיאומטרית והחפיפה המסלולית של הקומפלקס יכולה להשפיע על זוגות חיזור מסוימים. עם זאת, כיסוד האדמה הנדיר הנדיר ביותר, העלות הגבוהה של התוליום מונעת ממנו זמנית להחליף את הסמריום, אך עדיין יש לו פוטנציאל גדול בכימיה חדשה לא שגרתית.