थूलियम

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थूलियम (Thulium) एक रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक Tm है और परमाणु क्रमांक 69 है। यह धातुओं की लैंथेनाइड श्रृंखला का तेरहवां तत्व है। रेडियोधर्मी रूप से अस्थिर प्रोमेथियम के बाद, यह पृथ्वी की पपड़ी में दूसरा सबसे कम प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला लैंथेनाइड है। यह एक चमकदार चांदी-धूसर चमक वाली आसानी से काम में आने वाली धातु है। यह काफी नरम है और हवा में धीरे-धीरे कलंकित (tarnish) हो जाती है। अपनी उच्च कीमत और दुर्लभता के बावजूद, थूलियम का उपयोग सॉलिड-स्टेट लेजर में डोपेंट के रूप में किया जाता है। इसकी कोई महत्वपूर्ण जैविक भूमिका नहीं है और यह विशेष रूप से विषाक्त नहीं है। कृत्रिम रेडियोधर्मी थूलियम के समस्थानिक का उपयोग कुछ पोर्टेबल एक्स-रे उपकरणों में विकिरण स्रोतों के रूप में किया जाता है।

1879 में, स्वीडिश रसायनज्ञ पर थियोडोर क्लेव (Per Teodor Cleve) ने दो पहले से अज्ञात घटकों को अलग किया, जिन्हें उन्होंने होल्मिया और थूलिया कहा, जो दुर्लभ-पृथ्वी खनिज एर्बिया से प्राप्त हुए थे; ये क्रमशः होल्मियम और थूलियम के ऑक्साइड थे। उनके थूलियम ऑक्साइड के नमूने में येटरबियम ऑक्साइड की अशुद्धियाँ थीं। थूलियम ऑक्साइड का अपेक्षाकृत शुद्ध नमूना पहली बार 1911 में प्राप्त किया गया था। धातु स्वयं पहली बार 1936 में विल्हेम क्लेम (Wilhelm Klemm) और हेनरिक बोमर द्वारा प्राप्त की गई थी।[1]

अन्य लैंथेनाइड्स की तरह, इसकी सबसे सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था +3 है, जो इसके ऑक्साइड, हैलाइड्स और अन्य यौगिकों में देखी जाती है। जलीय घोल में, अन्य बाद के लैंथेनाइड्स के यौगिकों की तरह, घुलनशील थूलियम यौगिक नौ पानी के अणुओं के साथ समन्वय परिसर (coordination complexes) बनाते हैं।

गुण

भौतिक गुण

शुद्ध थूलियम धातु में एक चमकदार, चांदी जैसी चमक होती है, जो हवा के संपर्क में आने पर कलंकित हो जाती है। धातु को चाकू से काटा जा सकता है,[2] क्योंकि इसकी मोह कठोरता 2 से 3 है; यह आघातवर्धनीय (malleable) और तन्य (ductile) है।[3] थूलियम 32 K से नीचे फेरोमैग्नेटिक, 32 और 56 K के बीच एंटीफेरोमैग्नेटिक, और 56 K से ऊपर पैरामैग्नेटिक होता है।[4]

थूलियम के दो प्रमुख बहुरूप (allotropes) हैं: टेट्रागोनल α-Tm और अधिक स्थिर हेक्सागोनल β-Tm।[3]

रासायनिक गुण

थूलियम हवा में धीरे-धीरे कलंकित होता है और थूलियम(III) ऑक्साइड बनाने के लिए 150 °C पर आसानी से जल जाता है:[5]

4 Tm + 3 O2 → 2 Tm2O3

थूलियम की धूल विस्फोट और आग का कारण बन सकती है।[6]

थूलियम काफी इलेक्ट्रोपॉजिटिव है और ठंडे पानी के साथ धीरे-धीरे और गर्म पानी के साथ काफी तेजी से प्रतिक्रिया करके थूलियम हाइड्रॉक्साइड बनाता है:

2 Tm(s) + 6 H2O(l) → 2 Tm(OH)3(aq) + 3 H2(g)

थूलियम सभी हैलोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है। कमरे के तापमान पर प्रतिक्रियाएं धीमी होती हैं, लेकिन 200 °C से ऊपर जोरदार होती हैं:

2 Tm(s) + 3 F2(g) → 2 TmF3(s) (सफेद)
2 Tm(s) + 3 Cl2(g) → 2 TmCl3(s) (पीला)
2 Tm(s) + 3 Br2(g) → 2 TmBr3(s) (सफेद)
2 Tm(s) + 3 I2(g) → 2 TmI3(s) (पीला)

थूलियम हल्के सल्फ्यूरिक एसिड में आसानी से घुल जाता है और हल्के हरे रंग के Tm(III) आयनों वाले घोल बनाता है, जो [Tm(OH2)9]3+ परिसरों के रूप में मौजूद होते हैं:[7]

2 Tm(s) + 3 H2SO4(aq) → 2 Tm3+(aq) + 3 SO_{4}2-(aq) + 3 H2(aq)

थूलियम विभिन्न धात्विक और गैर-धात्विक तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करके कई बाइनरी यौगिक बनाता है, जिनमें TmN, TmS, TmC2, Tm2C3, TmH2, TmH3, TmSi2, TmGe3, TmB4, TmB6 और TmB12 शामिल हैं। अधिकांश लैंथेनाइड्स की तरह, +3 अवस्था सबसे सामान्य है और थूलियम के घोल में देखी जाने वाली एकमात्र अवस्था है।[8] थूलियम घोल में Tm3+ आयन के रूप में मौजूद होता है। इस अवस्था में, थूलियम आयन पानी के नौ अणुओं से घिरा होता है।[2] Tm3+ आयन चमकदार नीली प्रतिदीप्ति (luminescence) प्रदर्शित करते हैं।[2] क्योंकि यह लैंथेनाइड श्रृंखला में देर से आता है, +2 ऑक्सीकरण अवस्था भी मौजूद हो सकती है, जो लगभग पूर्ण 4f इलेक्ट्रॉन कोश द्वारा स्थिर होती है, लेकिन यह केवल ठोस पदार्थों में होती है।

थूलियम का एकमात्र ज्ञात ऑक्साइड Tm2O3 है। इस ऑक्साइड को कभी-कभी "थूलिया" कहा जाता है।[9] लाल-बैंगनी थूलियम(II) यौगिकों को थूलियम(III) यौगिकों के अपचयन द्वारा बनाया जा सकता है। थूलियम(II) यौगिकों के उदाहरणों में हैलाइड्स (फ्लोराइड को छोड़कर) शामिल हैं। कुछ जलयोजित थूलियम यौगिक, जैसे TmCl3*7H2O और Tm2(C2O4)3*6H2O, हरे या हरे-सफेद होते हैं।[10] थूलियम डाइक्लोराइड पानी के साथ बहुत जोरदार प्रतिक्रिया करता है। इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप हाइड्रोजन गैस और Tm(OH)3 प्राप्त होता है जो एक फीका लाल रंग प्रदर्शित करता है। थूलियम और चाल्कोजेन के संयोजन से थूलियम चाल्कोजेनाइड प्राप्त होते हैं।[11]

थूलियम हाइड्रोजन क्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया करके हाइड्रोजन गैस और थूलियम क्लोराइड उत्पन्न करता है। नाइट्रिक एसिड के साथ यह थूलियम नाइट्रेट, Tm(NO3)3 देता है।[12]

समस्थानिक

मुख्य लेख: Isotopes of thulium

प्राकृतिक थूलियम एकल अवलोकन योग्य स्थिर समस्थानिक थूलियम-169 से बना है, जिसके बारे में भविष्यवाणी की गई है कि यह बहुत लंबे अर्ध-आयु के साथ होल्मियम-165 में अल्फा क्षय से गुजरता है।[2][13] थूलियम के ज्ञात समस्थानिक 144Tm से 183Tm तक हैं।ref[14]

स्थिर समस्थानिक 169Tm से पहले प्राथमिक क्षय मोड एर्बियम के समस्थानिक के लिए इलेक्ट्रॉन कैप्चर है, और बाद में प्राथमिक मोड येटरबियम के समस्थानिक के लिए बीटा उत्सर्जन है। सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाले रेडियोआइसोटोप थूलियम-171 हैं, जिसकी अर्ध-आयु 1.92 वर्ष है, और थूलियम-170, जिसकी अर्ध-आयु 128.6 दिन है। अधिकांश अन्य समस्थानिकों की अर्ध-आयु 10 मिनट से कम है।ref

इतिहास

पर थियोडोर क्लेव, वह वैज्ञानिक जिन्होंने थूलियम के साथ-साथ होल्मियम की खोज की थी।

थूलियम की खोज स्वीडिश रसायनज्ञ पर थियोडोर क्लेव ने 1879 में अन्य दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के ऑक्साइड में अशुद्धियों की तलाश करके की थी। यह वही विधि थी जिसका उपयोग कार्ल गुस्ताफ मोसांडर ने पहले कुछ अन्य दुर्लभ पृथ्वी तत्वों की खोज के लिए किया था।[15] क्लेव ने एर्बिया (Er2O3) के सभी ज्ञात संदूषकों को हटाकर शुरुआत की। अतिरिक्त प्रसंस्करण पर, उन्होंने दो नए पदार्थ प्राप्त किए; एक भूरा और एक हरा। भूरा पदार्थ होल्मियम तत्व का ऑक्साइड था और क्लेव द्वारा इसे होल्मिया नाम दिया गया, और हरा पदार्थ एक अज्ञात तत्व का ऑक्साइड था। क्लेव ने ऑक्साइड को थूलिया और इसके तत्व को थ्यूल (Thule) के नाम पर थूलियम कहा, जो एक प्राचीन यूनानी स्थान का नाम है जो स्कैंडिनेविया या आइसलैंड से जुड़ा है। थूलियम का परमाणु प्रतीक शुरू में Tu था, लेकिन बाद में इसे बदलकर Tm कर दिया गया ताकि टंगस्टन के साथ भ्रम से बचा जा सके, जिसे थूलियम की खोज के समय आमतौर पर Tu लिखा जाता था।[2][16][17][18][19][20][21]

थूलियम इतना दुर्लभ था कि शुरुआती किसी भी कार्यकर्ता के पास इसे पर्याप्त रूप से शुद्ध करने के लिए पर्याप्त मात्रा नहीं थी कि वे वास्तव में हरा रंग देख सकें; उन्हें दो विशिष्ट अवशोषण बैंडों के मजबूत होने को स्पेक्ट्रोस्कोपिक रूप से देखकर ही संतुष्ट होना पड़ा, जैसे-जैसे एर्बियम को धीरे-धीरे हटाया गया। लगभग शुद्ध थूलियम प्राप्त करने वाले पहले शोधकर्ता चार्ल्स जेम्स थे, जो एक ब्रिटिश प्रवासी थे और डरहम, यूएसए में न्यू हैम्पशायर कॉलेज में बड़े पैमाने पर काम कर रहे थे। 1911 में उन्होंने अपने परिणामों की सूचना दी, उन्होंने शुद्धिकरण करने के लिए ब्रोमेट आंशिक क्रिस्टलीकरण की अपनी खोजी गई विधि का उपयोग किया था। यह स्थापित करने के लिए कि सामग्री सजातीय थी, उन्हें प्रसिद्ध रूप से 15,000 शुद्धिकरण कार्यों की आवश्यकता थी।[22]

उच्च-शुद्धता वाला थूलियम ऑक्साइड पहली बार 1950 के दशक के अंत में व्यावसायिक रूप से पेश किया गया था, जो आयन-विनिमय पृथक्करण तकनीक को अपनाने का परिणाम था। अमेरिकन पोटाश एंड केमिकल कॉरपोरेशन के लिंडसे केमिकल डिवीजन ने इसे 99% और 99.9% शुद्धता के ग्रेड में पेश किया। 1959 से 1998 की अवधि में 99.9% शुद्धता के लिए प्रति किलोग्राम कीमत 4,600 अमेरिकी डॉलर और 13,300 डॉलर के बीच रही, और यह लुटेटियम के बाद लैंथेनाइड्स के लिए दूसरी सबसे अधिक थी।[23][24]

प्राप्ति

थूलियम मोनाजाइट खनिज में पाया जाता है

यह तत्व प्रकृति में कभी भी शुद्ध रूप में नहीं पाया जाता है, लेकिन यह अन्य दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के साथ खनिजों में कम मात्रा में पाया जाता है। थूलियम अक्सर यिट्रियम और गैडोलीनियम युक्त खनिजों के साथ पाया जाता है। विशेष रूप से, थूलियम खनिज गैडोलिनाइट में होता है।[25] कई अन्य लैंथेनाइड्स की तरह, थूलियम भी मोनाजाइट, जेनोटाइम और यूक्सेनाइट खनिजों में होता है। थूलियम अभी तक किसी भी खनिज में अन्य दुर्लभ पृथ्वी तत्वों की तुलना में अधिकता में नहीं पाया गया है।[26] पृथ्वी की पपड़ी में इसकी प्रचुरता वजन के अनुसार 0.5 mg/kg है।[27]

थूलियम मिट्टी का लगभग 0.5 भाग प्रति मिलियन बनाता है, हालांकि यह मान 0.4 से 0.8 भाग प्रति मिलियन तक हो सकता है। थूलियम समुद्री जल का 250 भाग प्रति क्वाड्रिलियन बनाता है।[2] सौर मंडल में, थूलियम वजन के अनुसार 200 भाग प्रति ट्रिलियन और मोल के अनुसार 1 भाग प्रति ट्रिलियन की सांद्रता में मौजूद है।[12] थूलियम अयस्क सबसे आम तौर पर चीन में होता है। ऑस्ट्रेलिया, ब्राजील, ग्रीनलैंड, भारत, तंजानिया और संयुक्त राज्य अमेरिका में भी थूलियम के बड़े भंडार हैं। 2001 में, थूलियम का कुल विश्व भंडार लगभग 100,000 टन था। रेडियोधर्मी प्रोमेथियम को छोड़कर थूलियम पृथ्वी पर सबसे कम प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला लैंथेनाइड है।[2]

उत्पादन

थूलियम मुख्य रूप से नदी की रेत में पाए जाने वाले मोनाजाइट अयस्कों (~0.007% थूलियम) से आयन एक्सचेंज के माध्यम से निकाला जाता है। नई आयन-विनिमय और विलायक-निष्कर्षण तकनीकों ने दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के आसान पृथक्करण को जन्म दिया है, जिससे थूलियम उत्पादन की लागत बहुत कम हो गई है। आज मुख्य स्रोत दक्षिणी चीन की आयन सोखना (adsorption) मिट्टी है। इनमें, जहाँ कुल दुर्लभ-पृथ्वी सामग्री का लगभग दो-तिहाई यिट्रियम है, थूलियम लगभग 0.5% है (या दुर्लभता के लिए लुटेटियम के साथ लगभग बराबर है)।[2]

धातु को लैंथेनम धातु के साथ इसके ऑक्साइड के अपचयन द्वारा या बंद कंटेनर में कैल्शियम अपचयन द्वारा अलग किया जा सकता है। थूलियम का कोई भी प्राकृतिक रासायनिक यौगिक व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण नहीं है। 2001 में, प्रति वर्ष लगभग 50 टन थूलियम ऑक्साइड का उत्पादन किया गया था।[2] 1996 में, थूलियम ऑक्साइड की कीमत 20 अमेरिकी डॉलर प्रति ग्राम थी, और 2005 में, 99%-शुद्ध थूलियम धातु पाउडर की कीमत 70 अमेरिकी डॉलर प्रति ग्राम थी।[3]

अनुप्रयोग

लेजर

होल्मियम-क्रोमियम-थूलियम ट्रिपल-डोप्ड यिट्रियम एल्युमीनियम गार्नेट (Ho:Cr:Tm:YAG, या Ho,Cr,Tm:YAG) उच्च दक्षता वाली एक सक्रिय लेजर माध्यम सामग्री है। यह इन्फ्रारेड में 2080 nm पर लेज करता है और सैन्य अनुप्रयोगों, चिकित्सा और मौसम विज्ञान में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। एकल-तत्व थूलियम-डोप्ड YAG (Tm:YAG) लेजर 2010 nm पर काम करते हैं।[28] थूलियम-आधारित लेजर की तरंग दैर्ध्य हवा या पानी में न्यूनतम जमावट गहराई के साथ ऊतक के सतही पृथक्करण (ablation) के लिए बहुत प्रभावी है। यह थूलियम लेजर को लेजर-आधारित सर्जरी के लिए आकर्षक बनाता है।[29]

एक्स-रे स्रोत

अपनी उच्च लागत के बावजूद, पोर्टेबल एक्स-रे उपकरण थूलियम का उपयोग करते हैं जिसे परमाणु रिएक्टर में न्यूट्रॉन के साथ बमबारी की गई है ताकि समस्थानिक थूलियम-170 का उत्पादन किया जा सके, जिसकी अर्ध-आयु 128.6 दिन है और समान तीव्रता की पांच प्रमुख उत्सर्जन रेखाएं (7.4, 51.354, 52.389, 59.4 और 84.253 keV पर) हैं। इन रेडियोधर्मी स्रोतों का उपयोगी जीवन लगभग एक वर्ष का होता है, जो चिकित्सा और दंत चिकित्सा निदान में उपकरणों के रूप में, साथ ही दुर्गम यांत्रिक और इलेक्ट्रॉनिक घटकों में दोषों का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। ऐसे स्रोतों को व्यापक विकिरण सुरक्षा की आवश्यकता नहीं होती – केवल सीसे का एक छोटा कप।[30] वे औद्योगिक रेडियोग्राफी में उपयोग के लिए सबसे लोकप्रिय विकिरण स्रोतों में से हैं।[31] थूलियम-170 ब्रेकीथेरेपी (सीलबंद स्रोत विकिरण चिकित्सा) के माध्यम से कैंसर के उपचार के लिए एक एक्स-रे स्रोत के रूप में लोकप्रियता हासिल कर रहा है।[32][33]

अन्य

थूलियम का उपयोग यिट्रियम के समान उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर में किया गया है। थूलियम का संभावित उपयोग फेराइट में है, जो सिरेमिक चुंबकीय सामग्री है जिसका उपयोग माइक्रोवेव उपकरणों में किया जाता है।[30] थूलियम स्कैंडियम के समान है कि इसका उपयोग आर्क लाइटिंग में इसके असामान्य स्पेक्ट्रम के लिए किया जाता है, इस मामले में, इसकी हरी उत्सर्जन रेखाएं, जो अन्य तत्वों द्वारा कवर नहीं की जाती हैं।[34] क्योंकि थूलियम पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में आने पर नीले रंग के साथ प्रतिदीप्ति करता है, इसलिए थूलियम को यूरो बैंकनोट्स में जालसाजी के खिलाफ एक उपाय के रूप में डाला जाता है।[35]

Tm-डोप्ड कैल्शियम सल्फेट की नीली प्रतिदीप्ति का उपयोग विकिरण की दृश्य निगरानी के लिए व्यक्तिगत डोसीमीटर में किया गया है।[2] Tm-डोप्ड हैलाइड्स जिनमें Tm अपनी 2+ ऑक्सीकरण अवस्था में है, वे ल्यूमिनेसेंट सामग्री हैं जिन्हें ल्यूमिनेसेंट सोलर कंसंट्रेटर के सिद्धांत के आधार पर विद्युत शक्ति उत्पन्न करने वाली खिड़कियों के लिए प्रस्तावित किया गया है।[36]

जैविक भूमिका

घुलनशील थूलियम लवण हल्के विषाक्त होते हैं, लेकिन अघुलनशील थूलियम लवण पूरी तरह से गैर-विषाक्त होते हैं।[2] इंजेक्शन दिए जाने पर, थूलियम लिवर और प्लीहा (spleen) के अध: पतन का कारण बन सकता है और हीमोग्लोबिन सांद्रता में उतार-चढ़ाव का कारण भी बन सकता है। थूलियम से लिवर की क्षति मादा चूहों की तुलना में नर चूहों में अधिक प्रचलित है। इसके बावजूद, थूलियम में विषाक्तता का स्तर कम है।[37][38]

मनुष्यों में, थूलियम सबसे अधिक मात्रा में लिवर, गुर्दे और हड्डियों में पाया जाता है। मनुष्य आमतौर पर प्रति वर्ष कई माइक्रोग्राम थूलियम का सेवन करते हैं। पौधों की जड़ें थूलियम को अवशोषित नहीं करती हैं, और सब्जियों के शुष्क पदार्थ में आमतौर पर एक भाग प्रति बिलियन थूलियम होता है।[2] थूलियम धातु में कम से मध्यम विषाक्तता होती है।[39]

यह भी देखें

  • Thulium compounds

संदर्भ

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    • (1879). Sur l'erbine. Comptes rendus. 89 708–709.
    • (1880). Sur le thulium. Comptes rendus. 91 328–329.
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बाहरी लिंक

thulium

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Thulium" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Thulium यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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