Els empèdocles moderns – Per Teodor Cleve (1879) i l’element 69 (Tm) – tuli (nilhexenni, Nhe)

Oh, que cansat estic de la meva covarda, vella, tan salvatge terra, i com m’agradaria d’allunyar-me’n, nord enllà, on diuen que la gent és neta i noble, culta, rica, lliure, desvetllada i feliç!”. Espriu, des de la Mediterrània, descrivia així la gent de nord enllà en el 1954. Netedat, noblesa, riquesa, llibertat, desvetllament i felicitat. Vet ací el model escandinau de societat en el segle XX! Era el model de socialdemocràcia de Josep Pallach. “Volem bisbes catalans”, i algú escrivia a sota “…i monges sueques”. Aquests dies els ulls catalans han mirat el Parlament danès, que ha debatut sobre l’autodeterminació de Catalunya. Desenvolupament humà, justícia social, solidaritat entre pobles, sobirania cultural, responsabilitat cívica, comunitarisme ordenat, etc., vet ací els valors nòrdics. Però no sempre ha estat aquesta la visió d’Escandinàvia. Les emigracions del segle XIX ens transmeten una imatge de països pobres, sotmesos a un clima implacable. La llarga nit hivernal ens transmet ara una sensació de desemparament en pensar en aquelles terres. Fa mil anys, aquelles terres eren l’origen de la imatge més depredadora de barbàrie. En aquestes planes, hem conegut persones i llocs d’aquelles contrades. Minerals, terres i metalls rars foren descrits en el Set-cents i el Vuit-cents escandinau. Això no es degué únicament a factors geològics (que cal no menysprear), sinó també a factors d’economia política (la rellevància de la mineria de ferro per equilibrar la balança comercial) i de cultura. S’ha escrit molt sobre la influència de la revolució científica o del clima extrem o de qualsevol altre factor en el desenvolupament econòmic del segle XX. Retrocedim, doncs, i tornem a la mirada mediterrània del “país del nord”. De la Ciutat Focèa, la colònia hel•lena més important de la Mediterrània nord-occidental, era Píteas, que escrigué una obra avui perduda sobre els seus viatges (320 a.n.e.). És ell qui ens parla per primera vegada de Θούλη. Ens la descriu com una terra poc consistent, en la qual hom no pot ni caminar ni navegar, car ja no seria ni terra, ni mar, ni aire, sinó una espècie de barreja de les tres. És la topada amb el món glaçat. Thule esdevingué en la literatura posterior, la imatge de la terra àrtica, on s’alternaven sis mesos de nit i sis mesos de dia. En les Geòrgiques, Vergili es refereix a Ultima Thule, com un dels extrems de l’oceà fins on s’estén el domini del Cèsar. El mite de Tule es fondrà amb el mite anterior dels “hiperboris” (literalment, els qui viuen “nord enllà”). Ja vam veure en el seu moment, com els hiperboris constituïen la segona raça-arrel en l’antropogonia teosòfica. En el 1918, el “Studiengruppe für germanisches Altertum” esdevingué la “Thule-Gesellschaft”, la institució oculista que bastiria el Deutsche Arbeiterpartei (DAP), que esdevindria després el partit nazi. Hom ha especulat sobre el significat del projecte de Festung Norwegen, alçat pel Reichskommissar Josep Terboven a Noruega entre el 1940 i el 1945, i les faules sobre un accés a través de la Ultima Thule a la cavitat interna de la Terra, on el Tercer Reich hauria trobat refugi. La distància en l’espai i en el temps, fa degenerar tot relat real en fantàstic. Nosaltres arribem, així, al nombre 69 de la sèrie.

Carta marina et descriptiu septemtrionalium errarum ac mirabilium rerum in eis contentarum diligentissime elaborata. És obra del suec OIaus Magnus, que la va fer a Roma, on hi havia quedat exiliat com a conseqüència de la reforma luterana al seu regne natal. Tile (Thule) és representada com una illa, a mig camí de les Feroe, Òrcades i Islàndia [Cliqueu per ampliar]

Per Teodor Cleve i la descoberta del tuli

Per Teodor Cleve

Per Teodor Cleve va nàixer el 10 de febrer del 1840 a Estocolm, fill del matrimoni format per Sofia Ulrika Glansberg i Fredrik Teodor Cleve. Per a Fredrik Teodor, Per era el seu tretzè infant. Fredrik Teodor Cleve ocupava el càrrec de “Stadsmäklare”, és a dir de corredor de valors municipals, i es dedicava al comerç a l’engròs. Els Cleve eren originaris de l’Alemanya occidental i, en el 1760, en la persona de F. A. Cleve, besavi del nostre Per Teodor, havien arribat a terres sueques. El primer Cleve havia estat cantor d’església i llibreter, i en un parell de generacions, la família havia assolit una posició ben acomodada.

De ben jove, Per Teodor Cleve era interessat en la natura i la ciència. Després d’estudiar en el Gymnasium d’Estocolm, on començà la seva formació en química i biologia, passà a la Universitat d’Uppsala (1858). Des del 1860, fou ajudant en el Gabinet Mineral de la Universitat. En el decurs del seu treball de tesi treballà en compostos d’amoni i de crom (“Några ammoniakaliska chromföreningar”, 1861) i en la síntesi de compostos de platí. Es doctorà en el 1863 amb la tesi “Mineral-analytiska under-sökningar”, i passà a ser professor associat de química orgànica.

Ja des de l’etapa d’estudiant havia fet recerques sobre algues, i havia publicat algunes monografies sobre diatomees i altres grups. En nomenclatura botànica, és senzillament conegut com a Cleve (p. ex: Nitzschia seriata Cleve, 1883). En el 1868-1869, gràcies a una beca (Letterstedtsk stipendiat), va realitzar una gira d’estudis per Europa (a París visità el laboratori de Charles-Adolphe Wurtz), Amèrica del Nord (Grans Llacs i Nova York) i el Carib. De resultes d’aquesta darrera estada publicà “On the Geology of the North-Eastern West India Islands” (1872).

En el 1870, esdevingué professor de química en l’Institut Tecnològic, per passar en el 1874 a la càtedra de química de la Universitat d’Uppsala. Fou llavors quan es casà amb la seva promesa, Alma Öhbom, mestra de professió, amb la qual tindria tres filles, la primera, Astrid, nascuda el 22 de gener del 1875. Alma, que havia estat una de les primeres dones en completar estudis en un “Gymnasium” suec, s’ocupà personalment de l’educació de les filles.

És en aquesta època on comença a interessar-se, juntament amb Höglund, en la qüestió dels elements de terres rares, i les dificultats per fer-los encaixar en la taula periòdica dels elements (formulada per Mendeleev en el 1869). En el 1874, Cleve ja proposava que el didimi (Di) no era pas un únic element sinó, com a mínim, una barreja de dos. Cleve es basava en les bandes d’absorció de l’espectre del didimi. Pel que fa a la reactivitat química, en aquella mateixa època, Cleve determinà que el tori (Th) era un element quadrivalent, mentre que el lantà (La) era trivalent.

La recerca en metalls de terres rares s’accelerà en el 1878, produint tot un seguit de publicacions sobre nous elements. Cleve participà activament en aquests bescanvis. En el 1879, fou el primer en adonar-se que l’escandi (Sc), element proposat per Lars Fredrik Nilson, coincidia amb l’eka-bor predit per Mendeleev. Cleve es basava en mostres d’escandi que ell mateix havia extret de la gadolinita i de l’itrotitanita, tal com explicà en un article a Comptes rendus.

A partir d’aquests minerals i d’altres, Cleve estudià detingudament l’èrbia (òxid d’erbi), tal com havia estat redefinida per Jean Charles Galissard de Marignac. Mitjançant tècniques de precipitació i cristal•lització fraccionals, fou capaç d’obtindre èrbia de major puresa. Alhora, calia identificar la natura de les “impureses”, amb purificacions addicionals. Així, aconseguí dues preparacions, minoritàries en l’èrbia, una de color bru i una altra de color verd. Totes dues es corresponien a terres de dos elements encara no descrits. Al metall de terra bruna el denominà holmi (Ho) en homenatge a la seva ciutat natal. Al metall de terra verda el denominà tuli (thulium), en un homenatge general als països nòrdics, de la mateixa manera que escandi (Sc) homenatjava Escandinàvia.

Com a símbol químic del tuli, hom vacil•là entre Tu i Tm. El símbol T quedà descartat, encara que era (i és encara) lliure. El símbol Th ja l’ocupava el tori, mentre que el símbol Tl corresponia al tal•li. Després de preponderar el Tu durant unes dècades, finalment s’adoptà oficialment el símbol Tm, per evitar confusions amb el tungstè.

Pel que fa a la prioritat de les descobertes de l’holmi i del tuli, Cleve assumí que l’holmi era el mateix element que Jacques Louis Soret havia denominat provisionalment com a X, però sí que li fou reconeguda la del tuli.

En el 1883, aparegué la primera edició del “Kemist Handlexicon”, de Cleve.

A partir del 1890, Cleve torna a dedicar-se especialment a la fucologia. No obstant, cal esmentar també que en el 1895, juntament amb Abraham Langlet, descobrí com la cleveïta (mineral anomenat així en homenatge a Cleve des de 1878) emet sota atac àcid un gas lleuger, que fou identificat després amb l’heli (He).

Fou esperonada pel pare, que Astrid Cleve es matriculà a la Universitat d’Uppsala per estudiar-hi ciències naturals, on es graduà en el 1894. Astrid trobà una posició de professor auxiliar a la Universitat d’Estocolm, i s’especialitzà en diatomees. En el 1898, Per Teodor Cleve participà en una expedició a Svalbard, arran de la qual descrigué un bon nombre de noves espècies planctòniques (radiolaris, etc.). En el camp de la paleontologia, Cleve s’ocupà en mètodes de datació de dipòsits glacials i post-glacials.

Cleve va rebre la medalla Davy en el 1894, “per les seves recerques en la química de terres rares”. Fou president del Comitè Nobel de Química encarregat de lliurar aquest guardó producte de la fundació creada per Alfred Nobel. En el 1898, Astrid Cleve, esdevenia la primera dona doctorada en ciències a Suècia, i en nomenclatura botànica, és referida com a A. Cleve. Astrid es va casar el 1902 amb Hans von Euler, descendent directe de Leonhard Euler. Per Teodor Cleve emmalaltí de pleuresia el desembre del 1904, que li afectà el cor, i feu la convalescència a Estocolm. Aconseguí sobreposar-se, i tornà a Uppsala per reprendre la tasca acadèmica. Va recaure, però, i es va morir el 18 de juny del 1905. Ulf von Euler, el fill d’Astrid Cleve, tenia llavors cinc mesos de vida. Ulf von Euler rebria el Premi Nobel de Fisiologia en el 1970 pels seus estudis en neurotransmissors, així com el seu pare havia rebut el Premi Nobel de Química pels seus estudis sobre la fermentació d’hidrats de carboni.

Charles James (1880-1928), format al University College of London al costat de William Ramsay, havia passat l’Atlàntic per unir-se al New Hampshire College of Agriculture and the Mechanic Arts, on encapçalà el departament de química. Destinà esforços a l’isolament en quantitats apreciables i amb bona puresa de les terres rares i dels seus elements. Aplicà metodologies de cristal•lització fraccional, entre elles la basada en els bromats, que ell mateix havia descobert. Així, en el juny del 1911, va poder reportar la purificació d’òxid de tuli en prou quantitat com per apreciar-ne el color verd. Hi esmerçà fins a 15.000 rondes de purificació.

Cleve ja havia predit, d’acord amb l’anàlisi espectroscòpica, que l’òxid de tuli tindria un color verdós. Aquesta lleugera tonalitat es confirmaria dècades després

A final dels anys 1950, les tecnologies de bescanvi iònic permeteren la Lindsay Chemical Division of American Potash & Chemical Corporation d’oferir òxid de tuli amb pureses del 99% i 99,9%, aquesta darrera a un preu de 4600 $/kg. En les dècades següents, el preu de l’òxid de tuli i del tuli metàl•lic ha estat, en general, dels més elevats entre els lantànids, únicament superat pel luteci. L’escassedat d’aplicacions quantitatives, però, n’ha limitat el preu.

El tuli: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del tuli és de 168,93422 uma, és a dir idèntic a la del seu únic isòtop natural, 169Tm. El llistat complet d’isòtops coneguts fa:
– tuli-145 (145Tm; 144,97007 uma). Nucli format per 69 protons i 76 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 3,1•10-6 s.
– tuli-146 (146Tm; 145,96643 uma). Nucli format per 69 protons i 77 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,24 s. Decau normalment a erbi-145 (amb emissió d’un protó) o, rarament, a erbi-146 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (146mTm) a 71 keV, que té una semivida de 0,072 s, i que decau bé a erbi-145 o, més rarament, a erbi-146.
– tuli-147 (147Tm; 146,96096 uma). Nucli format per 69 protons i 78 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,58 s. Decau majoritàriament (85%) a erbi-147 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (15%), a erbi-146 (amb emissió d’un protó). Posseeix un estat metastable (147mTm) a 60 keV, que té una semivida de 3,6•10-4 s.
– tuli-148 (148Tm; 147,95784 uma). Nucli format per 69 protons i 79 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,7 s. Decau a erbi-148, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (148mTm), que té una semivida de 0,7 s.
– tuli-149 (149Tm; 148,95272 uma). Nucli format per 69 protons i 80 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,9 s. Decau normalment (99,74%) a erbi-149 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,26%), a holmi-148 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– tuli-150 (150Tm; 149,94996 uma). Nucli format per 69 protons i 81 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3 s. Decau a erbi-150, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 140 keV (150m1Tm; que té una semivida de 2,2 s, i que decau bé a erbi-150 (98,8%) o a holmi-149 (1,2%; amb emissió d’un protó i d’un positró)) i un altre a 810 keV (150m2Tm; que té una semivida de 0,0052 s).
– tuli-151 (151Tm; 150,945483 uma). Nucli format per 69 protons i 82 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,17 s. Decau a erbi-151, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 92 keV (152m1Tm; que té una semivida de 6,6 s, i que decau a erbi-151) i un altre a 2655,67 keV (151m2Tm; que té una semivida de 4,51•10-7 s).
– tuli-152 (152Tm; 151,94442 uma). Nucli format per 69 protons i 83 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,0 s. Decau a erbi-152, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 100 keV (152m1Tm; que té una semivida de 5,2 s, i que decau a erbi-152) i un altre a 2555,05 keV (152m2Tm; que té una semivida de 2,94•10-7 s).
– tuli-153 (153Tm; 152,942012 uma). Nucli format per 69 protons i 84 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,48 s. Decau majoritàriament (91%) a holmi-149 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (9%), a erbi-153 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (153mTm) a 43,2 keV, que té una semivida de 2,5 s, i que decau bé a holmi-149 (92%) o bé a erbi-153 (8%).
– tuli-154 (154Tm; 153,941568 uma). Nucli format per 69 protons i 85 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,1 s. Decau bé a erbi-154 (56%; amb emissió d’un positró) bé a holmi-150 (44%; amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (154mTm) a 70 keV, que té una semivida de 3,3 s, i que decau a holmi-150 (90%) o a erbi-154 (10%).
– tuli-155 (155Tm; 154,939199 uma). Nucli format per 69 protons i 86 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 21,6 s. Decau majoritàriament (98,1%) a erbi-155 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (1,9%), a holmi-151 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (155mTm) a 41 keV, que té una semivida de 45 s, i que decau bé a erbi-155 (92%) o a holmi-151 (8%).
– tuli-156 (156Tm; 155,938980 uma). Nucli format per 69 protons i 87 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 83,8 s. Decau normalment (99,93%) a erbi-156 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,064%), a erbi-152 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (156mTm) a 203,6 keV, que té una semivida de 4•10-7 s.
– tuli-157 (157Tm; 156,93697 uma). Nucli format per 69 protons i 88 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 218 s (4 minuts). Decau a erbi-157, amb emissió d’un positró.
– tuli-158 (158Tm; 157,936980 uma). Nucli format per 69 protons i 89 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 239 s (4 minuts). Decau a erbi-158 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (158mTm) a 50 keV, que té una semivida de 2•10-8 s.
– tuli-159 (159Tm; 158,93498 uma). Nucli format per 69 protons i 90 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 548 s (9 minuts). Decau a erbi-159, amb emissió d’un positró.
– tuli-160 (160Tm; 159,93526 uma). Nucli format per 69 protons i 91 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 560 s (9 minuts). Decau a erbi-160, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 70 keV (160m1Tm; que té una semivida de 74,5 s; i que decau bé a l’estat basal (85%) o directament (15%) a erbi-160) i un altre a 98,2 keV (160m2Tm; que té una semivida de 2•10-7 s).
– tuli-161 (161Tm; 160,93355 uma). Nucli format per 69 protons i 92 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1810 s (30 minuts). Decau a erbi-161, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastable, un a 7,4 keV (161m1Tm; que té una semivida de 300 s) i un altre a 78,20 keV (161m2Tm; que té una semivida de 1,1•10-7 s).
– tuli-162 (162Tm; 161,933995 uma). Nucli format per 69 protons i 93 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1302 s (22 minuts). Decau a erbi-162, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (162Tm) a 130 keV, que té una semivida de 24,3 s, i que decau bé a l’estat basal (82%) o directament a erbi-162 (18%).
– tuli-163 (163Tm; 162,932651 uma). Nucli format per 69 protons i 94 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6516 s (2 hores). Decau a erbi-163, amb emissió d’un positró.
– tuli-164 (164Tm; 163,93356 uma). Nucli format per 69 protons i 95 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 120 s (2 minuts). Decau a erbi-164, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (164mTm) a 10 keV, que té una semivida de 310 s, i que decau bé a l’estat basal (80%) o a erbi-164 (20%).
– tuli-165 (165Tm; 164,932435 uma). Nucli format per 69 protons i 96 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,082•105 s (30 hores). Decau a erbi-165, amb emissió d’un positró.
– tuli-166 (166Tm; 165,933554 uma). Nucli format per 69 protons i 97 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,77•104 s (8 hores). Decau a erbi-166, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (166mTm) a 122 keV, que té una semivida de 0,34 s, i que decau a l’estat basal.
– tuli-167 (167Tm; 166,9328516 uma). Nucli format per 69 protons i 98 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,99•105 s (9 dies). Decau a erbi-167, per captura electrònica. Posseeix dos estats metastables, un a 179,48 keV (167m1Tm; que té una semivida de 1,16•10-6 s) i un altre a 292,82 keV (167m2Tm; que té una semivida de 9•10-7 s).
– tuli-168 (168Tm; 167,934173 uma). Nucli format per 69 protons i 99 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,04•106 s (93 dies). Decau normalment (99,99%) a erbi-168 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,01%), a iterbi-168 (amb emissió d’un electró).
– tuli-169 (169Tm; 168,9342133 uma). Nucli format per 69 protons i 100 neutrons. Teòricament, decau a holmi-165 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. Pràcticament, tot el tuli existent és tuli-169.
– tuli-170 (170Tm; 169,9358014 uma). Nucli format per 69 protons i 101 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,111•107 s (129 dies). Decau normalment (99,86%) a iterbi-170 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,14%), a erbi-170 (per captura electrònica). Posseeix un estat metastable (170mTm) a 183,197 keV, que té una semivida de 4,12•10-6 s. El 170Tm emet raigs X amb pics a 7,4 keV, 51,354 keV, 59,4 keV i 84,253 keV, i se l’utilitza en radiografia industrial i mèdica.
– tuli-171 (171Tm; 170,9364294 uma). Nucli format per 69 protons i 102 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,06•107 s (2 anys). Decau a iterbi-171, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (171mTm) a 424,9560 keV, que té una semivida de 2,6•10-6 s.
– tuli-172 (172Tm; 171,938400 uma). Nucli format per 69 protons i 103 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,29•105 s (64 hores). Decau a iterbi-172, amb emissió d’un electró.
– tuli-173 (173Tm; 172,939604 uma). Nucli format per 69 protons i 104 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,97•104 s (8 hores). Decau a iterbi-173, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (173mTm) a 317,73 keV, que té una semivida de 1•10-5 s.
– tuli-174 (174Tm; 173,94217 uma). Nucli format per 69 protons i 105 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 320 s (5 minuts). Decau a iterbi-174, amb emissió d’un electró.
– tuli-175 (175Tm; 174,94384 uma). Nucli format per 69 protons i 106 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 912 s (15 minuts). Decau a iterbi-175, amb emissió d’un electró.
– tuli-176 (176Tm; 175,94699 uma). Nucli format per 69 protons i 107 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 111 s (2 minuts). Decau a iterbi-176, amb emissió d’un electró.
– tuli-177 (177Tm; 176,94904 uma). Nucli format per 69 protons i 108 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 90 s. Decau a iterbi-177, amb emissió d’un electró.
– tuli-178 (178Tm; 177,95264 uma). Nucli format per 69 protons i 109 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 30 s. Decau a iterbi-178, amb emissió d’un electró.
– tuli-179 (179Tm; 178,95534 uma). Nucli format per 69 protons i 110 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 20 s. Decau a iterbi-179, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre de tuli conté 69 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f135s25p66s2. És, doncs, un element del període 6 i del bloc f, és a dir un lantànid (element de terra rara) i, més concretament, un lantànid pesat (grup de l’itri). Hom el pot incloure també en el grup f13, l’actínid del qual és el mendelevi. L’estat d’oxidació més habitual és +3, encara que també el podem trobar amb +2 i 0. El radi atòmic és de 1,90•10-10 m.

Peces de tuli metàl•lic. El cub és tuli de 99,9%, refos en arc d’argó. La puresa de les peces dendrítiques sublimades és de 99,99% respecte del total de metall de terra rara.

En condicions estàndards de pressió i temperatura, el tuli elemental es presenta com un metall de color gris i llustre argentí. És tou (2-3 en l’escala de Mohs), dúctil i mal•leable, amb una densitat en aquestes condicions de 9320 kg•m-3. A temperatura ambient és paramagnètic, i a pressió estàndard, torna antiferromagnètic a 56 K i ferromagnètic per sota de 32 K. L’al•lòtrop més estable (β-Tm) cristal•litza en geometria hexagonal. L’al•lòtrop α-Tm cristal•litza tetragonalment.

En condicions estàndards de pressió, el tuli elemental fon a 1818 K. El tuli líquid és molt volàtil, i en el punt de fusió té una densitat de 8560 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el tuli líquid bull a 2003 K.

Exposat a l’aire, en condicions ambientals, el tuli metàl•lic s’oxida lentament a Tm2O3, adquirint una coloració. A temperatures de 425 K, l’oxidació és gairebé instantània.

Exposat a l’aigua, el tuli reacciona formant-hi Tm(OH)3, més o menys ràpidament segons la temperatura. El tuli metàl•lic atacable fins i tot per àcids diluïts. En solucions aquoses, es presenta exclusivament en forma de cations Tm3+, acomplexats en [Tm(OH2)9]3+, que forneixen una coloració verda pàl•lida i una luminiscència blava brillant

Entre d’altres compostos de tuli podem esmentar:
– halurs: TmF3 (sòlid blanc), TmCl3 (sòlid groc), TmBr3 (sòlid blanc), TmI3 (sòlid groc). Els halurs de tuli (II) poden aconseguir-se per reducció parcial.
– hidrurs: TmH2, TmH3.
– carburs: TmC2, Tm2C3.
– siliciürs: TmSi2.
– nitrurs: TmN.
– nitrat: Tm(NO3)3.
– sulfurs: TmS.
– borurs: TmB4, TmB6, TmB12.
– germaniürs: TmGe3.
– compostos organotúlics: Tm2(C2O4)3•6H2O)

L’abundància atòmica del tuli en l’univers és condicionada pels processos de nucleosíntesi de supernoves, per les rutes de desintegració d’elements més pesants i per l’estabilitat dels seus propis isòtops. En aquest sentit, com sol ser el cas d’elements amb Z senar, el tuli és un element mononuclídic, amb tan sols 169Tm com a isòtop (quasi)estable. Això condiciona negativament l’abundor. Dels elements més lleugers, tan sols el tecneci i el prometi són menys abundants que el tuli. I dels elements més pesants, són una bona colla els que el superen en abundància atòmica: iterbi, hafni, wolframi, reni, osmi, iridi, platí, or, mercuri, tal•li, plom, bismut i tori. En el Sistema Solar, l’abundància atòmica del tuli és de 200 ppb (1 ppb en termes atòmics).

En el planeta Terra, l’abundància global del tuli s’estima en 0,05 ppm en termes de massa (0,007 ppm en termes atòmics). Com s’esdevé amb els elements litòfils, aquesta concentració és superada en l’escorça terrestre, on arriba a 0,48 ppm en termes de massa (0,05 ppm en termes atòmics). No se’l troba mai de manera elemental, sinó combinat (òxids, sals, etc.). Sovint s’associa, com a component minoritari, de minerals que contenen itri i gadolini, com ara la gadolinita, la monazita (70 ppm), el xenotim o l’euxenita. En sòls, la concentració de tuli varia de 0,4-0,8 ppm, amb un valor típic de 0,5 ppm. En resum, és el lantànid menys abundant en mostres terrestres (exceptuant-hi el prometi, gairebé inexistent).

En la hidrosfera, la concentració de tuli varia segons el context geològic. L’abundància en termes de massa en l’oceà és de 0,25 ppb.

En l’atmosfera, la presència de tuli és negligible.

El tuli no és bioelement, pel que se sap, per cap organisme. Les plantes no l’absorbeixen activament, de manera que les concentracions en la flora són de l’ordre de 0,001 ppm (en termes de massa en relació al pes sec) La concentració en el cos humà és negligible, i és més elevada en fetge, ronyons i ossos (amb una distribució que assenyala el mimetisme parcial dels cations Tm3+ pel Ca2+). La ingesta normal anual de tuli en humans és de l’ordre de micrograms. La toxicitat de les sals de tuli depèn del seu grau de solubilitat, car com més solubles siguin més fàcil serà l’absorció. Els òrgans diana de la toxicitat del tuli en mamífers són el fetge i la melsa, amb afectació també en els nivells d’hemoglobina. Els riscs principals de treballar amb pols de tuli elemental es relacionen amb la tendència a la ignició, però també a la irritabilitat per inhalació o ingesta.

Aplicacions del tuli

Les reserves accessibles totals de tuli s’avaluen en 100.000 tones, distribuïdes per Àsia, Austràlia, Sud-amèrica, Nord-amèrica i Àfrica. Bona part de la producció es fa a la Xina, a través de l’explotació de sorres fluvials riques en monazita. El contingut de tuli en aquests materials és de l’ordre del 0,5% (expressat sobre el total de lantànids). Les tècniques de bescanvi iònic i extracció amb solvents permeten l’isolament de sals i òxids de tuli de prou puresa. La producció mundial d’òxid de tuli és de l’ordre de 50 tones anuals.

A partir de l’òxid de tuli es pot obtindre tuli elemental, per reducció en presència de lantà o calci metàl•lics.

No existeix cap aplicació quantitativa rellevant per als compostos de tuli. El tuli elemental, però, té una sèrie d’aplicacions:
– components per a làsers. Un exemple de làser que en conté és el granat d’itri i d’alumini triplement dopat amb holmi, crom i tuli (Ho:Cr:Tm:YAG), amb emissions a 2097 nm, que s’utilitzen amb finalitats militars i civils (meteorologia, medicina). També s’utilitza el tuli com a dopant únic (Tm:YAG) en làsers que emeten entre 1930 nm i 2040 nm. Els làsers d’estat sòlid amb tuli com a dopant tenen una aplicació creixent en medicina, per a l’ablació superficial de teixits.
– el tuli-170 és sintetitzat en reactors nuclears (mitjançant el bombardeig neutrònic de tuli no-radioactiu). Se l’utilitza en la confecció de dispositius de generació de raigs X, que tenen una vida útil de vora un any, i que no requereixen grans elements de protecció contra radiacions, més que cobertes de plom. Aquestes fonts són emprades en detecció de defectes en components mecànics i electrònics altrament inaccessibles (radiografia industrial, on el 170Tm és un dels isòtops més difosos). També són utilitzades en diagnòstic dentari, i en altres aplicacions mèdiques diagnòstiques i terapèutiques (p.ex. en radioteràpia interna antitumoral).
– el tuli és utilitzat en superconductors d’alta temperatura.
– s’ha explorat el seu ús com a additiu en ferrites (Fe2O3) per a la confecció de ceràmiques magnètiques (p. ex. per a forns de microones).
– compostos de tuli són utilitzats en algunes làmpades d’arc, per les línies verdes d’emissió del seu espectre.
– el tuli és un dels additius utilitzats en els bitllets d’euro. Contribueix a la fluorescència blava que han d’emetre segments d’aquests bitllets quan se’ls col•loca sota una làmpada d’ultraviolat.
– alguns dosímetres personals per monitoritzar la radiació en entorns laborals fan ús de tuli (Tm:CaSO4), bo i aprofitant la fluorescència blava d’aquest element.

Bitllet de 50 euros col•locat sota la llum ultraviolada. La fluorescència visible resultant és un dels mecanismes per comprovar la validesa del paper-moneda. El tuli és un dels materials utilitzats per aconseguir fluorescència blava sota la llum ultraviolada.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
A %d bloguers els agrada això: