Was ist Terbium?
Terbium (Symbol Tb) ist Element 65 im Periodensystem, ein Lanthanoid in der 6. Eine Seltene Erde mit grünem Leuchtstoff, die in einem Magnetfeld auch ihre Form verändert. Bei Raumtemperatur ist es fest.
Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo Terbium bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 176 pm — das entspricht 0,176 nm; etwa 2,84 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Terbium ist über einen Bereich von 1874 K flüssig, von 1629 K bis 3503 K.
Die Geschichte
Eine Seltene Erde mit grünem Leuchtstoff, die in einem Magnetfeld auch ihre Form verändert.
Entdeckt von: Carl Gustaf Mosander in Stockholm, Schweden (1843)
Benannt nach: Ytterby, Schweden - dem Dorf, das vier verschiedenen Elementen seinen Namen gab
Die Entdeckung von Terbium zählt zu den anspruchsvollsten Leistungen der analytischen Chemie des 19. Jahrhunderts. Carl Gustaf Mosander begann 1843 am Karolinska-Institut in Stockholm mit der Untersuchung des Minerals Gadolinit aus dem Steinbruch von Ytterby. Dieser Steinbruch hatte bereits Yttrium und Erbium hervorgebracht, doch Mosander vermutete, dass noch weitere Elemente verborgen waren.
Mithilfe primitiver spektroskopischer Techniken und chemischer Fällungsverfahren trennte Mosander mühsam das, was er zunächst „Erbia“ nannte, in drei unterschiedliche Bestandteile. Der Prozess erforderte Hunderte von Kristallisationsschritten und dauerte beinahe zwei Jahre. Er identifizierte die gelbe Fraktion als Bestandteil eines neuen Elements und benannte es nach dem Dorf Ytterby Terbium.
Mosanders Entdeckung stieß in der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft auf Skepsis. Die chemischen Eigenschaften von Terbium ähnelten denen anderer Seltener Erden so stark, dass viele Wissenschaftler bezweifelten, ob es sich tatsächlich um ein eigenständiges Element handelte. Erst 1886 lieferte Jean Charles Galissard de Marignac einen eindeutigen spektroskopischen Beweis für den Elementcharakter von Terbium.
Das Dorf Ytterby besitzt die einzigartige Besonderheit, die Quelle von vier Elementnamen zu sein: Yttrium, Terbium, Erbium und Ytterbium. Dieser kleine schwedische Steinbruch hat mehr Elementnamen beigesteuert als jeder andere Ort auf der Erde und ist dadurch weltweit zu einem Pilgerort für Chemiebegeisterte geworden.
Heute wissen wir, dass Mosanders ursprüngliche „Terbium“-Probe mehrere Elemente enthielt. Reines metallisches Terbium wurde erst 1905 isoliert, als der französische Chemiker Henri Moissan elektrolytische Verfahren einsetzte. Die charakteristische leuchtend grüne Fluoreszenz, die Terbiumverbindungen auszeichnet, wurde erst vollständig verstanden, als die Quantenmechanik die elektronischen Übergänge in Lanthanoidionen erklärte.
Die Ordnungszahl von Terbium (65) platziert es genau in der Mitte der Lanthanoidreihe. Dadurch besitzt es einzigartige magnetische und optische Eigenschaften, die seinen Entdeckern im 19. Jahrhundert völlig unbekannt waren, heute jedoch Industrien im Wert von mehreren Milliarden Dollar antreiben.
Anwendungen
Terbium gehört zu den wertvollsten Seltenen Erden und erzielt aufgrund seiner außergewöhnlichen magnetischen und optischen Eigenschaften Spitzenpreise. Im digitalen Zeitalter ist Terbium für Datenspeichertechnologien von entscheidender Bedeutung, da seine magnetooptischen Eigenschaften revolutionäre Fortschritte bei Computerspeichersystemen ermöglichen.
Magnetooptische Speichermaterialien auf Terbiumbasis haben die digitale Speicherkapazität revolutioniert und die Speicherdichte im Vergleich zu herkömmlichen Systemen um das 10- bis 15-Fache erhöht. Diese Materialien bilden das Rückgrat optischer Speichergeräte der nächsten Generation, bei denen Terbiums einzigartige Fähigkeit, die magnetische Orientierung unter Laserlicht zu verändern, ultrahochdichte Datenspeicherlösungen ermöglicht.
In trichromatischen Leuchtstofflampen (Energiesparlampen) dient Terbium als wichtiger Leuchtstoffaktivator und erzeugt brillante grüne Emissionen bei einer Wellenlänge von 544 nm. Zusammen mit Europium (rot) und Cer (blau) erzeugt Terbium das perfekte Weißlichtspektrum und verbraucht dabei 75 % weniger Energie als Glühlampen. Moderne LED-Leuchtstoffe beruhen zunehmend auf Terbiumverbindungen, um eine bessere Farbwiedergabe zu erzielen.
Zusätze von Terbium zu Neodym-Eisen-Bor-Magneten verbessern deren Temperaturstabilität und Koerzitivfeldstärke erheblich. Bereits geringe Mengen (2-5 %) Terbium können die Betriebstemperatur von 80°C auf über 200°C erhöhen. Dadurch werden diese Magnete für Elektromotoren in Elektrofahrzeugen, Windturbinengeneratoren und Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt unverzichtbar, wenn extreme Leistung gefordert ist.
Das außergewöhnliche magnetische Moment von Terbium macht es für magnetostriktive Legierungen in Sonarsystemen, Aktoren und hochpräzisen Positioniergeräten unverzichtbar. Terfenol-D (eine Terbium-Eisen-Dysprosium-Legierung) weist von allen bekannten Materialien die größte Magnetostriktion bei Raumtemperatur auf und ermöglicht Anwendungen in der Unterwasserakustik sowie in Schwingungskontrollsystemen.
Terbiumisotope dienen als Kontrastmittel in der medizinischen Bildgebung, während terbiumaktivierte Leuchtstoffe in Röntgenverstärkerfolien die Bildqualität verbessern und gleichzeitig die Strahlenbelastung der Patienten verringern. Fortschrittliche Terbiumverbindungen werden für gezielte Krebstherapien und diagnostische Bildgebungsverfahren entwickelt.
Obwohl Terbium zu den teuersten Seltenerdelementen gehört ($800-2000/kg), machen seine außergewöhnlichen Eigenschaften den Einsatz in hochwertigen Anwendungen wirtschaftlich sinnvoll. Seine Seltenheit fördert Innovationen bei Recyclingtechnologien und der Erforschung alternativer Materialien.
Zu den aufkommenden Anwendungen gehören Komponenten für Quantencomputer, fortschrittliche photonische Geräte und Festkörperbeleuchtung der nächsten Generation. Wissenschaftler untersuchen terbiumbasierte Einzelmolekülmagnete für die ultrahochdichte Datenspeicherung und die Verarbeitung von Quanteninformationen.
Woher es stammt
1,2 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 51 % der Elemente
Terbium gehört zu den am wenigsten häufigen Seltenerdelementen in der Erdkruste; seine durchschnittliche Konzentration beträgt nur 1,2 Teile pro Million. Diese extreme Seltenheit macht Terbium zusammen mit den aufwendigen Gewinnungsverfahren zu einem der wertvollsten Rohstoffe unter den Seltenen Erden.
China (85 % der weltweiten Produktion): Die Mine Bayan Obo in der Inneren Mongolei produziert den größten Teil des kommerziellen Terbiums. Die Ionenadsorptionstonlagerstätten in den südchinesischen Provinzen Jiangxi und Guangdong sind besonders reich an schweren Seltenen Erden, einschließlich Terbium.
Australien: Die Lagerstätte Mount Weld enthält bedeutende Terbiumreserven in ihrem Bastnäsit-Erzkörper. Die Lynas Corporation verarbeitet dieses Erz in ihrer malaysischen Anlage.
Vereinigte Staaten: Die Mine Mountain Pass in Kalifornien und das Projekt Bear Lodge in Wyoming enthalten Terbium führende Bastnäsitlagerstätten.
Die Gewinnung von Terbium erfordert aufgrund der chemischen Ähnlichkeit der Lanthanoide aufwendige mehrstufige Trennverfahren. Ionenaustauschchromatografie und Lösungsmittelextraktion mit spezifischen Chelatbildnern können Terbium von anderen Seltenen Erden trennen. Für die endgültige Reinigung sind häufig Hunderte von Trennstufen erforderlich, um eine Reinheit von 99,9 % zu erreichen.
Angesichts des hohen Werts und der Seltenheit von Terbium gewinnt das Recycling aus Dauermagneten und Leuchtstoffen zunehmend an Bedeutung. Fortschrittliche hydrometallurgische Verfahren können Terbium aus Produkten am Ende ihrer Lebensdauer zurückgewinnen, obwohl die derzeitigen Recyclingquoten weltweit unter 5 % liegen.
Handhabung
Terbiummetall und seine Verbindungen bergen mäßige Sicherheitsrisiken, die standardmäßige Vorsichtsmaßnahmen im Labor erfordern. Obwohl sie nicht hochgiftig sind, müssen die richtigen Handhabungsverfahren eingehalten werden, um eine Exposition zu verhindern und sichere Laborpraktiken zu gewährleisten.
Brandgefahr: Terbiummetallpulver ist pyrophor und kann sich an der Luft spontan entzünden. Unter inerter Atmosphäre (Argon oder Stickstoff) lagern und von Oxidationsmitteln fernhalten.
Einatmen von Staub: Terbiumoxidstaub kann Reizungen der Atemwege verursachen. Arbeiten Sie in gut belüfteten Bereichen oder verwenden Sie beim Umgang mit pulverförmigen Verbindungen Abzüge.
Terbiumverbindungen in dicht verschlossenen Behältern unter kühlen, trockenen Bedingungen lagern. Metallpulver müssen unter inerter Atmosphäre gelagert werden, um Oxidation zu verhindern. Von starken Säuren, Basen und oxidierenden Materialien fernhalten.
Terbiumhaltige Abfälle müssen aufgrund ihres hohen Werts und ihrer Seltenheit getrennt zum Recycling gesammelt werden. Befolgen Sie die institutionellen Entsorgungsverfahren für Materialien der Seltenen Erden.
Schnelle Antworten
Terbium (Symbol Tb) ist Element 65 im Periodensystem, ein Lanthanoid in der 6. Eine Seltene Erde mit grünem Leuchtstoff, die in einem Magnetfeld auch ihre Form verändert. Bei Raumtemperatur ist es fest.
[Xe] 4f⁹ 6s²; sie ergibt 6 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 27, 8, 2.Terbium schmilzt bei 1629 K (1355.9 °C) und siedet bei 3503 K (3229.9 °C).
Die Standardatommasse von Terbium beträgt 158.925 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.
Terbium hat eine Dichte von 8.23 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1.0 g/cm³, daher ist ein Block aus Terbium ungefähr 8.2× schwerer.
Terbium hat eine Elektronegativität von 1.2 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Ein so niedriger Wert bedeutet, dass es seine Außenelektronen leicht abgibt und dabei positive Ionen bildet.
Terbium wurde 1843 von Carl Gustav Mosander entdeckt. Es ist nach ytterby, Schweden benannt.
Terbium macht Über 1.2 mg/kg der Erdkruste aus — nicht häufig, aber auch nicht selten.