Thulium – Element im PSE

Q: Wie selten ist Thulium?

Thulium ist ein seltenes Element, dessen Häufigkeit je nach Betrachtungsebene variiert. Mit einem durchschnittlichen Anteil von etwa 0,2 μg/kg im Universum (Rang 79) zählt es zu den vier seltensten nicht-radioaktiven Elementen. Auf der Erde beträgt sein Anteil 35 μg/kg (Rang 69), während es in der Erdkruste mit durchschnittlich 0,5 mg/kg (Rang 62) nach Promethium das zweitseltenste Lanthanoid darstellt. Dennoch ist Thulium häufiger als einige bekannte Elemente wie Silber oder Iod.

Q: Was ist ein Thulium-Laser?

Ein Thulium-Laser ist ein Lasersystem, welches Thulium-Ionen als aktives Medium nutzt. Diese Laser emittieren Licht im infraroten Spektralbereich, typischerweise mit einer Wellenlänge von 1940 nm. Durch die spezifischen Eigenschaften des Thuliums ermöglichen diese Laser präzise und effektive Gewebeabtragungen mit gleichzeitig hervorragender Blutstillung. Anwendung finden solche Laser vor allem in der Urologie und in der ästhetischen Medizin.

Thulium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente (PSE) mit der Ordnungszahl 69 und dem Elementsymbol Tm.

Das Element wird der Gruppe der Lanthanoide zugeordnet, zu welcher unter anderem auch Europium und Terbium gehören. Darüber hinaus ist Thulium ein Metall der Seltenen Erden. Im Periodensystem steht das Metall in der 6. Periode.

Thulium – Eigenschaften & Co.

Thulium ist ein silbrig glänzendes Metall, das relativ weich und gut zu bearbeiten ist. Seine Schmelz- und Siedetemperatur ist im Vergleich zu anderen Lanthanoiden moderat: Der Schmelzpunkt liegt bei 1545 °C, während der Siedepunkt bei 1950 °C liegt. Die Atommasse von Thulium beträgt 168,934 u.

Das Metall weist eine hexagonale Kristallstruktur auf. An der Luft läuft Thulium langsam an und bildet eine oxidische Schutzschicht, die es vor weiterer Korrosion schützt. Thulium und seine Verbindungen gelten zudem als gering toxisch und feine Thuliumstäube sind feuer- und explosionsgefährlich, weshalb beim Umgang mit pulverförmigem Thulium besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich sind.

Thulium
– Fragen & Antworten

Wo kommt Thulium vor?

Thulium kommt in der Natur lediglich innerhalb von Verbindungen vor und das überwiegend in Yttrium-Mineralien (wie alle schweren Lanthanoide). Somit stellen Xenotim, Yttrium-Gadolinit, Monazitsand und Yttrium-Bastnäsit die wichtigsten Quellen zur Anreicherung und Reingewinnung von Thulium dar. Zudem kommt es auch in den Ceriterden vor, allerdings mit weit geringerer Konzentration.

Wie selten ist Thulium?

Thulium ist ein seltenes Element, dessen Häufigkeit je nach Betrachtungsebene variiert. Mit einem durchschnittlichen Anteil von etwa 0,2 μg/kg im Universum (Rang 79) zählt es zu den vier seltensten nicht-radioaktiven Elementen. Auf der Erde beträgt sein Anteil 35 μg/kg (Rang 69), während es in der Erdkruste mit durchschnittlich 0,5 mg/kg (Rang 62) nach Promethium das zweitseltenste Lanthanoid darstellt. Dennoch ist Thulium häufiger als einige bekannte Elemente wie Silber oder Iod.

Was ist ein Thulium-Laser?

Ein Thulium-Laser ist ein Lasersystem, welches Thulium-Ionen als aktives Medium nutzt. Diese Laser emittieren Licht im infraroten Spektralbereich, typischerweise mit einer Wellenlänge von 1940 nm. Durch die spezifischen Eigenschaften des Thuliums ermöglichen diese Laser präzise und effektive Gewebeabtragungen mit gleichzeitig hervorragender Blutstillung. Anwendung finden solche Laser vor allem in der Urologie und in der ästhetischen Medizin.

Thulium – Entdeckung

Thulium wurde 1878 entdeckt, als die beiden Chemiker Marc Delafontaine und Jacques Louis Soret in der sogenannten Erbium-Erde Unregelmäßigkeiten in der Intensität spezifischer Spektrallinien feststellten. Diese Schwankungen ließ sie auf die Existenz eines bislang unbekannten Elements schließen, das sie vorerst schlicht als „Element X“ bezeichneten.

Im Jahr 1879 griff dann der schwedische Chemiker Per Teodor Cleve die Erkenntnisse von Delafontaine und Soret auf und analysierte diese. Daraufhin zerlegte er die Erbium-Erde in drei verschiedene Teile:

braune Erde: benannt zu Ehren der schwedischen Hauptstadt Stockholm (lateinisch: Holmia) als „Holmia“
grüne Erde: benannt nach der antiken Bezeichnung „Thule“ für Skandinavien bzw. nach der Nordinsel „Thulia“
gereinigte, rosafarbene und spektralreine Erbia = das ursprüngliche Erbium

Das neue Element, welches anschließend aus der grünen, spektralreinen Erde gewonnen wurde, benannte Cleve als Thulium.

Thulium – Gewinnung

Ähnlich wie andere schwere Lanthanoide wird Thulium aus yttriumhaltigen Mineralien wie Xenotim, Y-Bastnäsit oder Y-Gadolinit gewonnen. In der folgenden Übersicht sind die verschiedenen Schritte des Gewinnungsprozesses von reinem Thulium dargestellt:

Thulium – Verwendung

Thulium findet nur in wenigen kommerziellen Anwendungen Verwendung. Eine bekannte Anwendung ist die Aktivierung der Leuchtstoffe auf der Bildschirmfläche von Fernsehgeräten. Darüber hinaus gibt es weitere spezialisierte Einsatzgebiete für Thulium:

Thulium zur Materialprüfung: Das Isotop Tm170 (wird aus Nuklearreaktoren extrahiert) dient als Röntgenstrahlungsquelle und Gammastrahler in der zerstörungsfreien Materialprüfung.

Thulium in der Röntgentechnik: Thuliumdotiertes Yttriumtantalat oder Lanthanoxybromid (LaOBr) wird als Szintillator in Röntgenverstärkerfolien und Leuchtschirmen verwendet, um die Bildqualität in der Röntgendiagnostik zu verbessern.

Thulium in der Lasertechnologie: Thuliumkristalle können als aktives Medium in diodengepumpten Festkörperlasern genutzt werden. Zudem wird Thuliumdotiertes Kieselglas als aktives Medium in Hochleistungs-Faserlasern eingesetzt. Diese Laser können mit einem differentiellen Wirkungsgrad von 53,2 % betrieben werden und erreichen Leistungen von über 1000 W. Diese Eigenschaften machen sie besonders interessant für industrielle und medizinische Anwendungen.