65 Tb تيربيوم 158.925
لانثانيد المستوى الفرعي f الدورة 6

تيربيوم

Tb · العنصر 65 · لانثانيد

عنصر أرضي نادر ذوفوسفور أخضر، يغيّر شكله أيضًا في مجال مغناطيسي.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 158.925 u
التوزيع الإلكتروني[Xe] 4f⁹ 6s²
64Gd كل العناصر الـ118 66Dy

البنية

ذرة تيربيوم

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع تيربيوم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 8.23 g/cm³ 51%
نقطة الانصهار 1629 K 68%
نقطة الغليان 3503 K 72%
الحرارة النوعية 0.182 J/g·K
الموصلية الحرارية 11.1 W/m·K 30%

الذرية

نصف القطر الذري 176 pm 61%
نصف القطر التساهمي 194 pm
نصف قطر فان دير فالس 221 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.2 19%
طاقة التأين 565.4 kJ/mol 18%
الألفة الإلكترونية 12.7 kJ/mol 15%

الوجود

الوفرة في القشرة 1.2 mg/kg 51%

الهوية

الرمزTb
العدد الذري65
الكتلة الذرية158.9254 u
الفئةلانثانيد
المستوى الفرعيf
البنية البلوريةسداسي محكم التراص
حالات الأكسدة+3, +4
سنة الاكتشاف1843
اكتشفهCarl Gustav Mosander

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة تيربيوم؟

نصف القطر 176 pm — أي 0.176 nm، ولذلك فإن نحو 2.84 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون تيربيوم سائلًا ضمن مجال 1874 K، من 1629 K إلى 3503 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع تيربيوم في سلسلة لانثانيد، المطبوعة أسفل الشبكة الرئيسية.

عناصر اللانثانيدات الأخرى

57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu
جميع عناصر اللانثانيدات

القصة

ماهيّة تيربيوم وكيف اكتشفناه

عنصر أرضي نادر ذوفوسفور أخضر، يغيّر شكله أيضًا في مجال مغناطيسي.

اكتشاف تيربيوم

🔬 قصة الاكتشاف السويدية

اكتشفه: Carl Gustaf Mosander في Stockholm، Sweden (1843)

سُمّي نسبةً إلى: Ytterby، Sweden - القرية التي منحت اسمها لأربعة عناصر مختلفة

🧪 عملية الاكتشاف المعقدة

يمثل اكتشاف تيربيوم أحد أصعب الإنجازات في الكيمياء التحليلية في القرن 19. بدأ Carl Gustaf Mosander، الذي كان يعمل في Karolinska Institute في Stockholm، دراسة معدن الغادولينيت من محجر Ytterby في 1843. وكان هذا المحجر نفسه قد أظهر من قبل إتريوم وإربيوم، لكن Mosander اشتبه في بقاء عناصر إضافية مخفية.

وباستخدام تقنيات طيفية بدائية وطرائق الترسيب الكيميائي، فصل Mosander بعناية ما سماه في البداية "erbia" إلى ثلاثة مكونات متميزة. تطلبت العملية مئات خطوات التبلور واستغرقت قرابة عامين حتى اكتملت. وحدد الجزء الأصفر على أنه يحتوي على عنصر جديد، فأطلق عليه اسم تيربيوم نسبةً إلى قرية Ytterby.

⚗️ تحديات التحقق

واجه اكتشاف Mosander تشككاً من المجتمع العلمي الدولي. وكانت الخصائص الكيميائية لتيربيوم شبيهة جداً بخصائص عناصر الأرض النادرة الأخرى، حتى إن كثيراً من العلماء شككوا في كونه عنصراً متميزاً حقاً. ولم يقدم Jean Charles Galissard de Marignac دليلاً طيفياً حاسماً على مكانة تيربيوم كعنصر إلا في 1886.

🏆 الإرث العلمي

تتمتع قرية Ytterby بميزة فريدة، إذ إنها مصدر أسماء أربعة عناصر: إتريوم وتيربيوم وإربيوم وإتيربيوم. وقد أسهم هذا المحجر السويدي الصغير في أسماء عناصر أكثر من أي موقع آخر على الأرض، مما جعله موقعاً يقصده عشاق الكيمياء من جميع أنحاء العالم.

🔬 الفهم الحديث

نعلم اليوم أن عينة "تيربيوم" الأصلية لدى Mosander كانت تحتوي على عناصر متعددة. ولم يُعزل تيربيوم الفلزي النقي حتى 1905، عندما استخدم الكيميائي الفرنسي Henri Moissan تقنيات التحليل الكهربائي. ولم يُفهم الوميض الفلوري الأخضر الزاهي المميز لمركبات تيربيوم فهماً كاملاً إلا بعد أن فسرت ميكانيكا الكم الانتقالات الإلكترونية في أيونات اللانثانيدات.

يضع العدد الذري لتيربيوم (65) هذا العنصر في منتصف سلسلة اللانثانيدات تماماً، مما يمنحه خصائص مغناطيسية وبصرية فريدة كانت مجهولة تماماً للمكتشفين في القرن 19، لكنها تدفع اليوم صناعات تبلغ قيمتها مليارات الدولارات.

الاستخدامات

استخدامات تيربيوم

ثورة المغناطيسية الضوئية عالية التقنية

يُعدّ تيربيوم أحد أثمن عناصر الأرض النادرة، وتصل أسعاره إلى مستويات مرتفعة بفضل خصائصه المغناطيسية والبصرية الاستثنائية. وفي العصر الرقمي، أصبح تيربيوم بالغ الأهمية لتقنيات تخزين البيانات، إذ تتيح خصائصه المغناطيسية الضوئية تطورات ثورية في أنظمة ذاكرة الحاسوب.

🔬 أنظمة تخزين البيانات المتقدمة

أحدثت مواد التخزين المغناطيسية الضوئية القائمة على تيربيوم ثورة في سعة التخزين الرقمي، إذ زادت الكثافة التخزينية بمقدار 10-15 مرة مقارنةً بالأنظمة التقليدية. وتشكل هذه المواد أساس أجهزة التخزين الضوئية من الجيل التالي، حيث تتيح قدرة تيربيوم الفريدة على تغيير الاتجاه المغناطيسي تحت ضوء الليزر حلولاً لتخزين البيانات بكثافة فائقة.

💡 تقنية الإضاءة الموفرة للطاقة

في المصابيح الفلورية ثلاثية الألوان، يعمل تيربيوم منشطاً فوسفورياً أساسياً، فينتج انبعاثات خضراء زاهية عند طول موجي يبلغ 544 nm. وبالاقتران مع يوروبيوم وسيريوم، يُنشئ تيربيوم طيف الضوء الأبيض المثالي مع استهلاك طاقة أقل بنسبة 75% من المصابيح المتوهجة. وتعتمد فوسفورات LED الحديثة بصورة متزايدة على مركبات تيربيوم لتحسين إظهار الألوان.

🧲 مغناطيسات دائمة فائقة الأداء

تُحسّن إضافة تيربيوم إلى مغناطيسات النيوديميوم-حديد-بورون ثباتها الحراري وقوة إكراهها بدرجة كبيرة. وحتى الكميات الصغيرة (2-5%) من تيربيوم يمكن أن ترفع درجات حرارة التشغيل من 80°C إلى أكثر من 200°C، مما يجعل هذه المغناطيسات ضرورية لمحركات المركبات الكهربائية ومولدات توربينات الرياح وتطبيقات الطيران والفضاء.

🔬 الأدوات العلمية الدقيقة

تجعل العزومة المغناطيسية الاستثنائية لتيربيوم منه مادة قيّمة في السبائك المتمددة مغناطيسياً المستخدمة في أنظمة السونار والمشغلات وأجهزة تحديد الموضع فائقة الدقة. وتُظهر Terfenol-D أكبر تمدد مغناطيسي عند درجة حرارة الغرفة بين جميع المواد المعروفة، مما يتيح تطبيقات في الصوتيات تحت الماء وأنظمة التحكم في الاهتزازات.

🏥 التصوير الطبي والتشخيص

تُستخدم نظائر تيربيوم كعوامل تباين في التصوير الطبي، بينما تحسّن الفوسفورات المنشطة بتيربيوم في شاشات تكثيف الأشعة السينية جودة الصور وتقلل تعرض المرضى للإشعاع. ويجري تطوير مركبات تيربيوم متقدمة لعلاجات السرطان الموجّهة وعوامل التصوير التشخيصي.

🌟 التطبيقات اليومية

  • 🔋 المصابيح الموفرة للطاقة: فوسفور أخضر في المصابيح الفلورية المدمجة (CFLs) وأنظمة إضاءة LED
  • 💻 مكونات الحاسوب: مكونات محركات الأقراص الصلبة وأجهزة التخزين الضوئية
  • 📱 تقنية الهواتف الذكية: مغناطيسات مكبرات الصوت ومحركات الاهتزاز في الأجهزة المحمولة
  • 🏠 الإلكترونيات المنزلية: محركات عالية الكفاءة في الأجهزة وأنظمة HVAC
  • 🎮 أجهزة الألعاب: مشغلات دقيقة في وحدات التحكم بالألعاب ومعدات الواقع الافتراضي
  • 🚗 تطبيقات السيارات: أنظمة التوجيه الكهربائي ومكونات المركبات الهجينة

💰 أثر السوق

رغم كونه أحد أغلى عناصر الأرض النادرة ($800-2000/kg)، فإن الخصائص الاستثنائية لتيربيوم تجعله مجدياً اقتصادياً للتطبيقات عالية القيمة. ويدفع ندرته إلى الابتكار في تقنيات إعادة التدوير والبحث عن مواد بديلة.

🔬 آفاق البحث

تشمل التطبيقات الناشئة مكونات الحوسبة الكمومية والأجهزة الفوتونية المتقدمة وإضاءة الحالة الصلبة من الجيل التالي. ويستكشف العلماء مغناطيسات الجزيء الواحد القائمة على تيربيوم لتخزين البيانات بكثافة فائقة ومعالجة المعلومات الكمومية.

مصدره

الوجود الطبيعي

1.2 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 51% من العناصر

🌍 التوزيع العالمي والتعدين

يُعدّ تيربيوم أحد أقل عناصر الأرض النادرة وفرةً في القشرة الأرضية، إذ لا يتجاوز متوسط تركيزه 1.2 جزء في المليون. وتجعل هذه الندرة الشديدة، إلى جانب عمليات الاستخراج المعقدة، من تيربيوم أحد أثمن سلع الأرض النادرة.

🏔️ المصادر المعدنية الرئيسية

  • الباستنازيت: مصدر تجاري رئيسي يوجد في رواسب الكربوناتيت
  • المونازيت: معدن في رمال الشواطئ يحتوي على 0.03% من أكسيد تيربيوم
  • الزينوتيم: معدن فوسفات لعناصر الأرض النادرة الثقيلة في الرواسب الغرينية
  • الطينات الممتزة للأيونات: رواسب جنوب الصين ذات المحتوى المرتفع من عناصر الأرض النادرة الثقيلة

🌏 أهم الرواسب العالمية

الصين (85% من الإنتاج العالمي): ينتج منجم Bayan Obo في منغوليا الداخلية معظم تيربيوم التجاري. وتتميز رواسب الطينات الممتزة للأيونات في جنوب الصين، في مقاطعتي Jiangxi وGuangdong، بثرائها الخاص بعناصر الأرض النادرة الثقيلة، ومنها تيربيوم.

أستراليا: يحتوي مكمن Mount Weld على احتياطيات مهمة من تيربيوم ضمن جسم خام الباستنازيت. وتعالج شركة Lynas Corporation هذا الخام في منشأتها الماليزية.

الولايات المتحدة: يحتوي منجم Mountain Pass في California ومشروع Bear Lodge في Wyoming على رواسب باستنازيت حاملة لتيربيوم.

⚒️ الاستخراج والمعالجة

يتطلب استخراج تيربيوم عمليات فصل متقدمة متعددة المراحل بسبب التشابه الكيميائي بين اللانثانيدات. ويمكن لفصل الكروماتوغرافيا بالتبادل الأيوني والاستخلاص بالمذيبات باستخدام عوامل خالبة محددة أن يفصل تيربيوم عن عناصر الأرض النادرة الأخرى. وغالباً ما تتطلب التنقية النهائية مئات مراحل الفصل للوصول إلى نقاوة تبلغ 99.9%.

♻️ إمكانات إعادة التدوير

نظراً إلى القيمة العالية لتيربيوم وندرته، تزداد أهمية إعادة تدويره من المغناطيسات الدائمة والفوسفورات. ويمكن للعمليات الهيدروميتالورجية المتقدمة استعادة تيربيوم من المنتجات المنتهية الصلاحية، رغم أن معدلات إعادة التدوير الحالية لا تزال أقل من 5% عالمياً.

التعامل

السلامة

⚠️ بروتوكولات المناولة والسلامة

🟡 تصنيف الخطر المتوسط

يشكل معدن تيربيوم ومركباته مخاطر سلامة متوسطة تتطلب احتياطات مختبرية قياسية. وعلى الرغم من أنه غير شديد السمية، يجب اتباع إجراءات المناولة الصحيحة لمنع التعرض وضمان ممارسات مختبرية آمنة.

🥽 معدات الوقاية الشخصية

  • حماية العينين: تُطلب نظارات السلامة أو النظارات الواقية عند كل عمليات المناولة
  • حماية الجهاز التنفسي: قناع غبار أو جهاز تنفس عند العمل مع المساحيق
  • حماية اليدين: قفازات من النتريل أو النيوبرين لمنع ملامسة الجلد
  • حماية الجسم: معطف مختبر وأحذية مغلقة إلزامية

⚗️ المخاطر الكيميائية

خطر الحريق: مسحوق معدن تيربيوم قابل للاشتعال تلقائياً وقد يشتعل من تلقاء نفسه في الهواء. يُخزّن تحت جو خامل (آرغون أو نيتروجين) ويُبعد عن العوامل المؤكسدة.

استنشاق الغبار: قد يسبب غبار أكسيد تيربيوم تهيجاً للجهاز التنفسي. اعمل في مناطق جيدة التهوية أو استخدم خزانات شفط الأبخرة عند مناولة المركبات المسحوقة.

🏥 إجراءات الإسعافات الأولية

  • ملامسة العينين: اغسلهما فوراً بالماء لمدة 15 دقيقة واطلب العناية الطبية
  • ملامسة الجلد: اغسله جيداً بالماء والصابون وانزع الملابس الملوثة
  • الاستنشاق: انتقل فوراً إلى الهواء النقي وراقب علامات الضيق التنفسي
  • الابتلاع: اغسل الفم، ولا تحفز القيء، واطلب الرعاية الطبية الفورية

🗄️ متطلبات التخزين

خزّن مركبات تيربيوم في حاويات محكمة الإغلاق وفي ظروف باردة وجافة. وتتطلب مساحيق المعدن تخزيناً في جو خامل لمنع الأكسدة. أبقها بعيداً عن الأحماض والقواعد القوية والمواد المؤكسدة.

♻️ التخلص من النفايات

يجب جمع النفايات المحتوية على تيربيوم بصورة منفصلة لإعادة تدويرها بسبب قيمته العالية وندرته. اتبع إجراءات المؤسسة للتخلص من نفايات مواد الأرض النادرة.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن تيربيوم

ما هو تيربيوم؟

تيربيوم (رمزه Tb) هو العنصر 65 في الجدول الدوري، وينتمي إلى لانثانيد في الدورة 6. عنصر أرضي نادر ذوفوسفور أخضر، يغيّر شكله أيضًا في مجال مغناطيسي. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.

ما التوزيع الإلكتروني لـ تيربيوم؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـتيربيوم هو [Xe] 4f⁹ 6s²، ويشغل 6 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 27, 8, 2.

ما نقطتا انصهار وغليان تيربيوم؟

ينصهر تيربيوم عند 1629 K (1355.9 °C) ويغلي عند 3503 K (3229.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ تيربيوم؟

تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ تيربيوم ‏158.925 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.

ما كثافة تيربيوم؟

تبلغ كثافة تيربيوم مقدار 8.23 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من تيربيوم أثقل بنحو 8.2×.

ما الكهروسلبية لـ تيربيوم؟

تبلغ كهروسلبية تيربيوم وفق مقياس باولنغ 1.2. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تعني قيمة كهذه الانخفاض أنه يمنح إلكتروناته الخارجية بسهولة، مكوِّنًا أيونات موجبة.

من اكتشف تيربيوم ومتى؟

اكتُشف تيربيوم في 1843 على يد Carl Gustav Mosander. سُمّي على اسم إيتربي، السويد.

ما مدى وفرة تيربيوم على الأرض؟

يشكّل تيربيوم حوالي 1.2 mg/kg من قشرة الأرض — وهو غير شائع، لكنه ليس نادرًا.

→ السابق Gd غادولينيوم العنصر 64 · لانثانيد التالي ← Dy ديسبروسيوم العنصر 66 · لانثانيد