Thulium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

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Vorkommen und Gewinnung

Die schweren Seltenen Erden, zu denen Thulium zählt, sind bei Lanthan beschrieben. Nach dem kaum vorhandenen Promethium ist es das seltenste Lanthanoid der Erdkruste, doch immer noch häufiger als Silber, Quecksilber oder Gold. Es steckt in sehr kleinen Anteilen in Xenotim, Monazit und den Ionenadsorptionstonen Südchinas, meist deutlich unter einem Prozent des Seltenerdgehalts. Weil so wenig davon vorliegt und die Trennung von den Nachbarn mühsam ist, zählt Thulium zu den teureren Lanthanoiden. Das Metall entsteht durch Reduktion des Oxids mit Calcium in einem geschlossenen Tiegel.

Die Entdeckung verdankt man wieder dem Schweden Per Teodor Cleve. Er zerlegte im Jahr 1879 die Erbium-Erde in drei Teile. Neben dem eigentlichen Erbiumoxid fand er ein braunes Oxid, das Holmium, und ein grünliches, das er Thulia nannte, nach Thule, dem sagenhaften Land im hohen Norden. Wie rein das neue Element war, blieb lange offen. Erst zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts erhielt der Amerikaner Charles James durch mehr als zehntausend Umkristallisationen ein weitgehend reines Thuliumsalz.

Eigenschaften und Reaktionen

Thulium ist das dreizehnte und drittletzte Lanthanoid. In Periode 6 steht links von ihm Erbium und rechts Ytterbium. Die Elektronenkonfiguration von Thulium ist [Xe] 4f¹³ 6s², seine Elektronegativität beträgt 1,25. Das silbrig graue Metall ist weich genug, um es mit einem Messer zu schneiden, hat eine Dichte von 9,32 g/cm³ und einen Atomradius von 174 pm. Es schmilzt bei 1545 °C. Der Siedepunkt liegt mit 1950 °C auffallend niedrig, deutlich unter dem von Erbium und Lutetium. An der Luft läuft das Metall langsam an. Fast alle Verbindungen enthalten dreifach positives Thulium. Zweiwertige Verbindungen sind selten und unbeständig.

Eine Besonderheit ist die Isotopenzusammensetzung. Natürliches Thulium besteht nur aus einer einzigen Sorte, dem stabilen Thulium-169. Das macht es zu einem sogenannten Reinelement, und es erleichtert die gezielte Herstellung eines radioaktiven Isotops: Bestrahlt man das Metall im Kernreaktor mit Neutronen, fängt ein Teil der Kerne eines ein und wird zu Thulium-170.

Die Tm³⁺-Ionen sind blassgrün, und in Leuchtstoffen strahlen sie blaues Licht aus, sobald sie ultraviolettes Licht aufgenommen haben. Auch bei diesem Leuchten stammen die Übergänge aus dem Inneren der 4f-Unterschale.

Verwendung in Alltag und Technik

Thulium wird nur in kleinen Mengen gebraucht, aber für besondere Aufgaben. Das künstliche Thulium-170 hat eine Halbwertszeit von rund vier Monaten. Beim Zerfall sendet es Betastrahlung aus, die beim Abbremsen im umgebenden Metall weiche Röntgenstrahlung erzeugt. Dieses Prinzip steckt in tragbaren Röntgengeräten, die keinen Stromanschluss brauchen und etwa bei der Werkstoffprüfung vor Ort helfen. Die Strahlenquelle ist abgeschirmt und wird nur von geschultem Personal gehandhabt.

Bekannter ist heute der Thulium-Faserlaser. Seine Glasfaser enthält Thulium und sendet Licht um 2000 Nanometer aus. Das Wasser im Gewebe schluckt diese Wellenlänge stark, die Energie bleibt daher in der obersten Schicht. In der Chirurgie, vor allem in der Urologie, schneidet man damit Gewebe und verschließt zugleich kleine Blutgefäße. In der Fertigung verschweißt man mit diesem Licht transparente Kunststoffe, weil sie genau diese Strahlung absorbieren, während das Licht anderer Laser sie fast ungehindert durchdringt.

Auch das Leuchten hat eine Anwendung. Mit Thulium versetztes Calciumsulfat dient in Dosimetern, die messen, wie viel Strahlung Beschäftigte abbekommen: Es speichert Energie aus der Strahlung und gibt sie beim Erwärmen als Licht wieder ab. Die Lichtmenge verrät die Dosis.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Thulium (Tm)?

Häufige Fragen