What is تيربيوم?
تيربيوم (symbol Tb) is element 65 on the periodic table, a لانثانيد in period 6. A green-phosphor rare earth that also changes shape in a magnetic field. At room temperature it is a solid.
البنية
ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع تيربيوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 176 pm — that is 0.176 nm, so about 2841 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
تيربيوم is liquid over a 1874 K window, from 1629 K to 3503 K.
القصة
A green-phosphor rare earth that also changes shape in a magnetic field.
المكتشف: Carl Gustaf Mosander في ستوكهولم، السويد (1843)
التسمية نسبةً إلى: إتربي، السويد - القرية التي منحت اسمها لأربعة عناصر مختلفة
يمثل اكتشاف التيربيوم أحد أكثر الإنجازات تحدياً في الكيمياء التحليلية في القرن 19. بدأ Carl Gustaf Mosander، الذي كان يعمل في معهد كارولينسكا في ستوكهولم، دراسة معدن الغادولينيت من محجر إتربي عام 1843. وكان هذا المحجر نفسه قد أفرز الإتريوم والإربيوم، لكن Mosander اشتبه في بقاء عناصر إضافية مخفية.
وباستخدام تقنيات طيفية بدائية وطرائق الترسيب الكيميائي، فصل Mosander بعناية ما سماه في البداية "الإربيا" إلى ثلاثة مكونات متميزة. وتطلبت العملية مئات خطوات التبلور واستغرقت نحو عامين لإكمالها. وحدد الجزء الأصفر على أنه يحتوي على عنصر جديد، وسماه التيربيوم نسبةً إلى قرية إتربي.
واجه اكتشاف Mosander تشككاً من المجتمع العلمي الدولي. فقد كانت الخصائص الكيميائية للتيربيوم مشابهة جداً لخصائص العناصر الأرضية 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 التيربيوم كعنصر إلا في عام 1886.
تتمتع قرية إتربي بميزة فريدة، إذ كانت مصدر أسماء أربعة عناصر: الإتريوم، والتيربيوم، والإربيوم، والإتيربيوم. وقد أسهم هذا المحجر السويدي الصغير في أسماء عناصر أكثر من أي موقع آخر على الأرض، مما جعله موقعاً يحج إليه عشاق الكيمياء من جميع أنحاء العالم.
نعلم اليوم أن عينة "التيربيوم" الأصلية التي حضرها Mosander كانت تحتوي على عدة عناصر. ولم يُعزل التيربيوم الفلزي النقي حتى عام 1905، عندما استخدم الكيميائي الفرنسي Henri Moissan تقنيات التحليل الكهربائي. ولم تُفهم الفلورية الخضراء الساطعة المميزة التي تحدد مركبات التيربيوم فهماً كاملاً حتى فسرت ميكانيكا الكم الانتقالات الإلكترونية في أيونات اللانثانيدات.
يضع العدد الذري للتيربيوم (65) هذا العنصر في منتصف سلسلة اللانثانيدات تماماً، مما يمنحه خصائص مغناطيسية وبصرية فريدة كانت مجهولة تماماً لمكتشفيه في القرن 19، لكنها تدفع الآن صناعات تبلغ قيمتها مليارات الدولارات.
الاستخدامات
يُعد التيربيوم أحد أكثر عناصر الأرض النادرة قيمة، إذ يحقق أسعاراً مرتفعة بفضل خصائصه المغناطيسية والبصرية الاستثنائية. وفي العصر الرقمي، أصبح التيربيوم بالغ الأهمية لتقنيات تخزين البيانات، حيث تتيح خصائصه المغناطيسية الضوئية تطورات ثورية في أنظمة ذاكرة الحاسوب.
أحدثت مواد التخزين المغناطيسية الضوئية القائمة على التيربيوم ثورة في سعة التخزين الرقمي، فزادت كثافة التخزين بمقدار 10-15 مرة مقارنة بالأنظمة التقليدية. وتشكل هذه المواد أساس أجهزة التخزين الضوئي من الجيل التالي، إذ تتيح قدرة التيربيوم الفريدة على تغيير الاتجاه المغناطيسي تحت ضوء الليزر حلولاً لتخزين البيانات فائقة الكثافة.
في المصابيح الفلورية ثلاثية الألوان (المصابيح الموفرة للطاقة)، يعمل التيربيوم منشطاً فوسفورياً أساسياً، منتجاً انبعاثات خضراء ساطعة عند طول موجي يبلغ 544 nm. وبالاشتراك مع اليوروبيوم (الأحمر) والسيريوم (الأزرق)، يُنشئ التيربيوم طيف الضوء الأبيض المثالي مع استهلاك طاقة أقل بنسبة 75% من المصابيح المتوهجة. وتعتمد فوسفورات LED الحديثة بصورة متزايدة على مركبات التيربيوم لتحسين تجسيد الألوان.
تُحسن إضافات التيربيوم إلى مغناطيسات النيوديميوم-الحديد-البورون استقرارها الحراري وقوة إكراهها بدرجة كبيرة. ويمكن حتى للكميات الصغيرة (2-5%) من التيربيوم أن ترفع درجات حرارة التشغيل من 80°C إلى أكثر من 200°C، مما يجعل هذه المغناطيسات أساسية لمحركات المركبات الكهربائية، ومولدات توربينات الرياح، وتطبيقات الطيران والفضاء التي تتطلب أداءً استثنائياً.
تجعل العزوم المغناطيسية الاستثنائية للتيربيوم منه مادة لا غنى عنها في السبائك المغناطو strictية المستخدمة في أنظمة السونار، والمشغلات، وأجهزة تحديد المواقع فائقة الدقة. وتُظهر مادة Terfenol-D (سبيكة التيربيوم-الحديد-الديسبروسيوم) أكبر مغناطو strictية عند درجة حرارة الغرفة بين جميع المواد المعروفة، مما يتيح تطبيقات في الصوتيات تحت الماء وأنظمة التحكم في الاهتزاز.
تُستخدم نظائر التيربيوم عواملَ تباين في التصوير الطبي، بينما تحسن الفوسفورات المنشطة بالتيربيوم في شاشات تكثيف الأشعة السينية جودة الصور مع تقليل تعرض المرضى للإشعاع. ويجري تطوير مركبات تيربيوم متقدمة لعلاجات السرطان الموجهة وعوامل التصوير التشخيصي.
على الرغم من كونه أحد أغلى عناصر الأرض النادرة ($800-2000$/kg)، فإن خصائص التيربيوم الاستثنائية تجعله مجدياً اقتصادياً للتطبيقات عالية القيمة. وتدفع ندرته إلى الابتكار في تقنيات إعادة التدوير وأبحاث المواد البديلة.
تشمل التطبيقات الناشئة مكونات الحوسبة الكمومية، والأجهزة الفوتونية المتقدمة، وإضاءة الحالة الصلبة من الجيل التالي. ويستكشف العلماء مغناطيسات الجزيء الواحد القائمة على التيربيوم لتخزين البيانات فائقة الكثافة ومعالجة المعلومات الكمومية.
مصدره
1.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 51% of elements
يمثل التيربيوم أحد أقل عناصر الأرض النادرة وفرة في القشرة الأرضية، بمتوسط تركيز لا يتجاوز 1.2 جزء في المليون. وهذه الندرة الشديدة، إلى جانب عمليات الاستخراج المعقدة، تجعل التيربيوم أحد أثمن سلع الأرض النادرة.
الصين (85% من الإنتاج العالمي): ينتج منجم بيان أوبو في منغوليا الداخلية معظم التيربيوم التجاري. وتتميز رواسب الطينات الممتزة للأيونات في جيانغشي وغوانغدونغ بجنوب الصين بثرائها الخاص بالعناصر الأرضية النادرة الثقيلة، ومنها التيربيوم.
أستراليا: يحتوي مكمن ماونت ويلد على احتياطيات مهمة من التيربيوم ضمن جسم خام الباستنازيت. وتعالج Lynas Corporation هذا الخام في منشأتها الماليزية.
الولايات المتحدة: يحتوي منجم ماونتن باس في كاليفورنيا ومشروع بير لودج في وايومنغ على رواسب باستنازيت حاملة للتيربيوم.
يتطلب استخراج التيربيوم عمليات فصل متطورة متعددة المراحل بسبب التشابه الكيميائي بين اللانثانيدات. ويمكن لكروماتوغرافيا التبادل الأيوني والاستخلاص بالمذيبات باستخدام عوامل خالبة محددة فصل التيربيوم عن العناصر الأرضية النادرة الأخرى. وغالباً ما تتطلب التنقية النهائية مئات مراحل الفصل لتحقيق نقاء بنسبة 99.9%.
نظراً إلى قيمة التيربيوم العالية ونُدرته، تزداد أهمية إعادة تدويره من المغناطيسات الدائمة والفوسفورات. ويمكن للعمليات الهيدروميتالورجية المتقدمة استرداد التيربيوم من المنتجات المنتهية الصلاحية، رغم أن معدلات إعادة التدوير الحالية لا تزال أقل من 5% عالمياً.
التعامل
يمثل معدن التيربيوم ومركباته مخاطر سلامة متوسطة تتطلب احتياطات المختبر المعتادة. وعلى الرغم من أنه ليس شديد السمية، يجب اتباع إجراءات التداول المناسبة لمنع التعرض وضمان ممارسات مختبرية آمنة.
خطر الحريق: مسحوق معدن التيربيوم قابل للاشتعال تلقائياً وقد يشتعل تلقائياً في الهواء. يُخزن تحت جو خامل (آرغون أو نيتروجين) ويُحفظ بعيداً عن العوامل المؤكسدة.
استنشاق الغبار: قد يسبب غبار أكسيد التيربيوم تهيجاً تنفسياً. اعمل في مناطق جيدة التهوية أو استخدم خزانات شفط الأبخرة عند تداول المركبات المسحوقة.
خزن مركبات التيربيوم في حاويات محكمة الإغلاق وفي ظروف باردة وجافة. تتطلب مساحيق المعادن تخزيناً تحت جو خامل لمنع الأكسدة. احفظها بعيداً عن الأحماض والقواعد القوية والمواد المؤكسدة.
يجب جمع النفايات المحتوية على التيربيوم بصورة منفصلة لإعادة تدويرها بسبب قيمته العالية ونُدرته. اتبع إجراءات المؤسسة للتخلص من نفايات مواد الأرض النادرة.
إجابات سريعة
تيربيوم (symbol Tb) is element 65 on the periodic table, a لانثانيد in period 6. A green-phosphor rare earth that also changes shape in a magnetic field. At room temperature it is a solid.
[Xe] 4f⁹ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 27, 8, 2 electrons respectively.تيربيوم melts at 1629 K (1355.9 °C) and boils at 3503 K (3229.9 °C).
The standard atomic weight of تيربيوم is 158.925 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
تيربيوم has a density of 8.23 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of تيربيوم is about 8.2× heavier.
تيربيوم has a Pauling electronegativity of 1.2. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.
تيربيوم was discovered in 1843 by Carl Gustav Mosander. It is named after ytterby, Sweden.
تيربيوم makes up about 1.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.