1879 stelltePer Teodor Cleve durch Vergleich vonAbsorptionsspektren verschiedener Proben, die beim Trennen von Erbium und Ytterbium entstanden waren, fest, dass diese bestimmteAbsorptionsbanden in unterschiedlicher Stärke enthielten, also weitere Elemente enthalten sein müssten. Er identifizierte zwei Elemente, die erHolmium und Thulium nannte. Die charakteristische Absorptionsbande des Thuliums lag dabei bei 684 nm. Der Name Thulium wurde nach einem alten Namen vonSkandinavien gewählt.[11] Zwar hatteJacques-Louis Soret schon vor Cleve die Absorptionsbanden für Thulium und Holmium entdeckt, jedoch nur ein neues Element („X“ genannt), das dem Holmium entsprach, identifiziert.[12][10]
Nach seiner Entdeckung des Thuliums versuchte Cleve 1880, reinesThuliumoxid zu erhalten, er konnte dieses jedoch nicht vollständig von Ytterbium trennen und daher nur eine ungefähre Atommasse bestimmen.[13]Charles James stellte 1911 erstmals reines Thuliumoxid durch Trennung derBromate von Erbium, Thulium und Ytterbium dar.[14]
Thulium ist auf der Erde ein seltenes Element, seineHäufigkeit in derkontinentalen Erdkruste beträgt etwa 0,52 ppm. Von den Lanthanoiden ist es das seltenste stabile Element, nur das radioaktivePromethium ist seltener.[16] Unter den Seltenen Erden wird es mit Yttrium und den Elementen von Terbium bis Lutetium zu den schweren Seltenen Erden (Heavy Rare Earth Elements, HREE) gezählt.
Wie alle Seltenen Erden ist Thuliumlithophil und daher vor allem in der kontinentalen Erdkruste zu finden, nur wenig imErdmantel. Seltene Erden werden zudem zu deninkompatiblen Elementen gezählt, jedoch ist es bei verschiedenen Gesteinen und Lanthanoiden unterschiedlich ausgeprägt. Während leichte Lanthanoide stark inkompatibel sind, ist dies bei schweren weniger der Fall. Vor allem inGranat werden HREE wie Thulium bevorzugt eingebaut.[17]
Ähnlich wie die bekannterenCer- undEuropium-Anomalien ist auch eineThulium-Anomalie, also ein höherer (positiv) oder niedrigerer (negativer) Gehalt an Thulium in Gesteinen als erwartet, bekannt. BestimmteMeteoriten vom Typ derKohligen Chondriten zeigen eine positive Thulium-Anomalie, währendGewöhnliche Chrondite,Enstatit-Chondrite und wahrscheinlich auch die PlanetenErde,Venus undMars eine leicht negative Thulium-Anomalie aufweisen. Es wird vermutet, dass diese sich schon bei der Entstehung des Sonnensystems gebildet hat.[18][19]
Es sind keine Thuliuminerale bekannt, das Element kommt stetsvergesellschaftet mit anderen schweren Seltenerdelementen in Erzen vor. Die wichtigsten thuliumhaltigen Minerale sindXenotim,Gadolinit-(Y),Bastnäsit,Allanit undBritholit.[20] Der Thuliumgehalt von Xenotim liegt je nach Probe bei 0,7 %[21]
Die kommerziell wichtigste Quelle für Thulium sind ionenadsorbierendeTonminerale (Regolith-hosted ion-adsorption deposits, IADs). Diese entstehen bei derVerwitterung von Muttergesteinen vor allem in denSubtropen und adsorbieren die in den Ausgangsgesteinen enthaltenen Seltenerdmetalle. IAD-Vorkommen besitzen zwar nur einen relativ geringen Anteil an Seltenerdelementen von 0,05 bis 0,2 %, diese lassen sich jedoch relativ einfach durchAuslaugen aus den Tonmineralen lösen.[22]
Die wichtigsten Vorkommen von ionenadsorbierenden Tonmineralen liegen im SüdenChinas, aber auch inMyanmar,Vietnam,Malawi,Brasilien, denPhilippinen und denVereinigten Staaten sind Vorkommen bekannt. Kommerziell ausgebeutet werden vor allem die Vorkommen in Südchina und Myanmar.[23] Die chinesischen Tonmineral-Vorkommen enthalten etwa 0,8 ppm Thulium, es sind noch einige Vorkommen mit höheren Gehalten von bis zu 6 ppm in einer kleinen, sehr HREE-reichen Lagerstätte inPenco,Chile bekannt.[24]
Nach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Thuliumbegleiter wird das Oxid mit Lanthan zum metallischen Thulium reduziert. Anschließend wird das Thulium absublimiert.
Thulium ist zwar nur sehr aufwändig und teuer herzustellen, wird jedoch auch nur in sehr geringen Mengen eingesetzt. Darum wird die Versorgung mit Thulium nicht als kritisch angesehen.[25]
Neben einer minimalen Verwendung in Fernsehgeräten (zur Aktivierung derLeuchtstoffe auf derBildschirmfläche) gibt es nur wenige kommerzielle Anwendungen:
Thuliumdotiertes Calciumsulfat dient als Detektor in Personendosimetern zur Messung niedriger Strahlendosen
EineDotierung mitHolmium,Chrom und Thulium in einemYAG-Wirtskristall kann als diodengepumpterFestkörperlaserInfrarotstrahlung bei einer Wellenlänge von 2080 nm mit einem Gesamtwirkungsgrad von bis zu 10 % aussenden. Laseraktiv ist dabei das Holmium, Thulium dient zum Transfer der Anregungsenergie.
Thuliumdotiertes Kieselglas als aktives Medium in Faserlasern (Wellenlänge 2 μm) wurde mit einem differentiellen Wirkungsgrad von 53,2 % bei einer Leistung >1000 W betrieben.[26] Es werden Pulsspitzenleistungen von bis zu 2 GW erreicht.[27]
Verwendung findet es auch in Lasergeräten, die alschirurgische Skalpelle dienen (Urologie,Stein- und die Prostatabehandlung)[28]
↑Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, auswww.webelements.com (Thulium) entnommen.
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