铥与空气的反应
金属铥在与空气接触时会逐渐失去光泽,并且容易发生燃烧反应,生成氧化铥(III),即Tm2O3。
4Tm + 3O2→2Tm2O3
铥与水的反应
铥是一种具有较强正电性的银白色金属,在与冷水反应时反应缓慢,在与热水反应时反应迅速,生成氢氧化铥和氢气(H2)。
2Tm(s) + 6H2O(g)→2Tm(OH)3(aq) + 3H2(g)
铥与卤素的反应
金属铥与各种卤素反应时会形成相应的卤化铥(III)。与氟、氯、溴、碘分别反应时,分别生成氟化铥、氯化铥、溴化铥、碘化铥。
2Tm(s) + 3F2(g)→2TmF3(s)[白色]
2Tm(s) + 3Cl2(g)→2TmCl3(s)[黄色]
2Tm(s) + 3Br2(g)→2TmBr3(s)[白色]
2Tm(s) + 3I2(g)→2TmI3(s)[黄色]
铥与酸的反应
金属铥在稀硫酸中容易溶解,形成含有浅绿色的Tm(III)水离子和氢气H2的溶液。Tm3+(aq)很可能主要以配合离子[Tm(OH2)9]3+的形式存在。
2Tm(s) + 3H2SO4(aq) → 2Tm3+(aq) + 3SO42-(aq) + 3H2(g)
六水硝酸铥是一种淡绿色晶体,具有潮解性,易溶于水。它可以通过将氧化铥溶解于硝酸,然后经过蒸发和结晶来制备。六水硝酸铥在医药合成中间体方面有广泛的应用。如果吸入六水硝酸铥,请将患者移到新鲜空气处;如果皮肤接触,应立即脱去污染的衣着,用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤,如有不适感,应就医;如果眼睛接触,应分开眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗,并立即就医;如果食入,应立即漱口,禁止催吐,并立即就医。
六水硝酸铥可用作医药化工合成中间体,例如制备一种高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料。制备方法包括以下步骤:
1)配置A、B、C、D四种液体。将A液的pH值调节至5-6,将B液充分溶解后倒入A液中,在80℃下搅拌20分钟至澄清,然后再次调节pH值至5-6,依次加入C液和D液,继续搅拌至澄清,最后调节pH值至5-6,搅拌2小时得到透明溶胶。
2)将步骤1)得到的透明溶胶静置4小时,然后在180℃下烘干6-12小时,得到干燥凝胶。
3)将步骤2)得到的干燥凝胶研磨后,在箱式炉中先升温至450℃,保温2小时,然后升温至900℃,烧结10小时。向样品中加入有机粘结剂,并充分研磨,然后在80℃下烘干20分钟,得到初粉。
4)将步骤3)得到的初粉采用粉末压片机压制样品,压制的样品为直径为15mm、厚度为2mm的圆片。在管式炉中烧结压制好的样品,烧结温度为1300-1360℃,从而得到铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料。其中,A液为柠檬酸溶液,B液为钛酸丁酯溶液,C液由硝酸钡和硝酸锶组成的液体,D液为硝酸铥溶液。
四种液体的原料分别为柠檬酸、钛酸丁酯、硝酸钡、硝酸锶(C的原料为硝酸钡和硝酸锶),以及六水硝酸铥。它们的纯度均为分析纯,可以使用常规方法进行配置。配置时,将硝酸钡与硝酸锶放置在同一个烧杯中,加入蒸馏水至100ml溶解。钛酸丁酯溶于乙醇,但遇水会生成白色沉淀,因此将钛酸丁酯称量后加入20ml乙醇溶解。硝酸铥称量后用蒸馏水溶解,使钛酸丁酯烧杯与硝酸铥烧杯溶液总量为100ml即可。
[1]化工词典
[2]CN201611001992.5高介电常数铥、锶掺杂钛酸钡陶瓷材料及其制备方法
稀土金属是一类稀有元素,包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥等17种元素。这些元素在化学性质上非常活泼,能够形成稳定的络合物,并且在冶金、电子、原子能及化学工业等领域有广泛的应用。然而,稀土元素及其化合物对环境的污染影响以及对生物体的效应仍在研究中。
硫酸铥是铥的硫酸盐,化学式为Tm2(SO4)3·8H2O,是一种浅绿色晶体。它能够溶于水,但不溶于乙醇。制备硫酸铥的方法是将含有硫酸和氯化铥的混合溶液注入95%乙醇中,然后析出沉淀即可。
在室温下,可以通过溶解相应的镧系元素氧化物(Tm2O3,Auer,99.99%)和2NH2SO4(Merck,p.a,96.0%)的混合溶液,然后在室温下蒸发数周,最终得到无色硫酸铥Tm2(SO4)3·8H2O的单晶。
[1] 环境科学大辞典
[2] Syntheses,crystalstructuresandopticalspectroscopyofLn2(SO4)38H2O(Ln¼Ho,Tm)andPr2(SO4)34H2O
铒
在现代通信系统中,铒起着关键的作用。它可以使光在光纤中得到放大,而无需转化成电信号。当一束微弱的光脉冲通过光纤到达含有少量铒杂质的纤维玻璃截面时,在这个掺杂铒的截面中,光脉冲会发生彻底的放大。这意味着光脉冲比进入时更明亮,而且没有被拦截,从而实现了光信号的放大。
为了操作这个被称为掺铒光纤放大器的装置,首先需要用激光将能量注入掺铒光纤中。这些能量以将电子提升到高能激发态的形式储存在铒原子中。当一束具有合适波长的光脉冲通过时,这些电子会回到基态并释放储存的能量,从而触发光的发射。
这个过程被称为受激发射,也是激光的工作原理。通过受激发射发射的光与激发其发射的光的传输方向总是相同的,因此添加的光与输入脉冲集合在一起并从前端出去,而不是朝着脉冲进入的方向折返。
激光及其相关的光学器件是目前最常用和最有用的设备之一,这使得铒在通信系统中的作用变得非常重要。
铥
约翰·埃姆斯利(John Emsley)在他的著作《大自然的积木》中将铥称为“最不重要的元素”。虽然铥是一种稀土元素,与其他元素在化学上可以互相交换,但它的储量并不丰富。因此,有人认为铥是没有用处的。
然而,作为一种元素,铥在某些方面仍然有其重要性。在设计高强度的弧光灯时,可以通过在电弧管中添加铥的混合物来形成所需的光谱。铥可以发射范围宽广的绿色光谱线,这是其他元素无法产生的。尽管大多数人可能从未听说过铥,但在灯光设计中,它是不可或缺的。
铥在发现后一直非常罕见,并且难以从其他稀土元素中分离得到。直到最近,才有一种能够分离所有稀土元素的新方法,使得铥可以以相对合理的价格购买到。然而,如果有人发现了需要大量铥的新用途,那么铥的价格可能会因其稀缺性而飙升。
另一种元素镱也可以产生不同类型的光。
氟化铒(ErF3),是一种玫瑰色晶体,具有熔点1350℃,沸点2200℃,密度7.814g/cm³的特性。它在光学镀膜、光纤掺杂、激光晶体、单晶原料、激光放大器、催化助剂等领域有广泛的应用。
CN201511015192.4报道了一种稀土铒合金的制备方法及稀土铒合金。该方法采用简单的氟化物电解质体系,通过电解混合氧化物得到稀土铒合金。这种工艺流程简单,成本低,产品成分稳定,对环境污染小,属于绿色环保工艺,适合大规模生产。
CN201110268689.2报道了一种上转换白光荧光粉的制备方法。该方法采用氟化铝、氟化镱、氟化铒、氟化铥为原料,通过混合、煅烧、研磨等工艺制得白光荧光粉产物。这种方法工艺流程短,使用设备少,不污染环境,产物纯度高,发光性能好,是一种快速制备红外光激发的白光荧光粉的理想方法。
CN02116679.X报道了一种纳米级氟化物基质上转换荧光材料及其制备方法。该方法以氟化钇(氟化镧或氟化钆)为基质,掺杂有氟化镱、氟化铒(氟化铥或氟化钬)。制备出的纳米级上转换荧光材料粒度小且均匀,煅烧温度低,发光强度大,可满足生物分子荧光标记材料的需要。
[1] CN201511015192.4一种稀土铒合金的制备方法及稀土铒合金
[2] CN201110268689.2一种上转换白光荧光粉的制备方法
[3] CN02116679.X一种制备纳米级氟化物基质上转换荧光材料的方法
碘化钇是一种白色晶体,具有吸湿性,易溶于水,乙醇和丙酮,微溶于乙醚。制备碘化钇的方法有多种,例如通过将碘化氢气与氢气的混合气通入氯化钇中,在高温下使其发生碘化反应。另一种方法是将氧化钇溶解于氢碘酸中,然后加入碘化铵和浓氢碘酸。
CN201310593563.1提供了一种石英金卤灯的金卤丸的制备方法。金卤丸由发光金卤物和缓冲金卤物形成的络合物组成。发光金卤物由碘化钠、碘化钪和碘化钙的组合物构成,而缓冲金卤物由碘化钇和碘化铥的混合物构成。金卤丸中各组分的质量比为碘化钠:碘化钪:碘化钙:碘化钇:碘化铥=(4~12):(0.6~2.2):(1~2):(2~6):(1~3)。该金卤丸可用于制备无汞石英金卤灯,具有高光效、高色温、良好的显色性和稳定的光通量等优点,同时消除了汞污染的危害。
CN201711462032.3提供了一种钙热还原法制备铝钇中间合金的方法。该方法具有制取成本低、铝钇中间合金偏析小、适合工业化生产和规模化应用等优点。具体方法包括按照铝钇中间合金的成分计算并称量铝金属、钇的卤化物、碱金属卤化物以及金属钙或铝钙中间合金;将铝材熔化后,按比例加入钇的卤化物和碱金属卤化物;加入金属钙或铝钙中间合金,在适当的温度下进行保温热还原;待热还原反应完成后,进行除钙处理,最终得到铝钇中间合金。钇的卤化物可以选用氯化钇、氟化钇、溴化钇或碘化钇。
[1]CN201310593563.1一种石英金卤灯的金卤丸及其制备方法和无汞石英金卤灯
[2][中国发明]CN201711462032.3钙热还原法制备铝钇中间合金的方法
[3]无机化合物百科