Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение тербий среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 176 pm — это 0,176 нм, поэтому около 2,84 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Тербий находится в жидком состоянии в диапазоне 1874 K — от 1629 K до 3503 K.
История
Редкоземельный элемент с зелёным люминофором, который также меняет форму в магнитном поле.
Первооткрыватель: Carl Gustaf Mosander в Стокгольме, Швеция (1843)
Название дано в честь: Иттерби, Швеция — деревни, подарившей своё название четырём различным элементам
Открытие тербия стало одним из самых сложных достижений аналитической химии XIX века. Carl Gustaf Mosander, работавший в Каролинском институте в Стокгольме, начал исследовать минерал гадолинит из карьера Иттерби в 1843 году. Этот же карьер уже дал иттрий и эрбий, но Mosander предполагал, что в нём остаются неизвестные элементы.
Используя примитивные спектроскопические методы и методы химического осаждения, Mosander с большим трудом разделил вещество, которое первоначально назвал «эрбия», на три отдельных компонента. Процесс потребовал сотен стадий кристаллизации и занял почти два года. Жёлтую фракцию он определил как содержащую новый элемент и назвал его тербием в честь деревни Иттерби.
Открытие Mosander вызвало скептицизм международного научного сообщества. Химические свойства тербия настолько близки к свойствам других редкоземельных элементов, что многие учёные сомневались, действительно ли это отдельный элемент. Только в 1886 году Jean Charles Galissard de Marignac предоставил окончательное спектроскопическое доказательство элементарной природы тербия.
Деревня Иттерби обладает уникальным статусом источника названий четырёх элементов: иттрия, тербия, эрбия и иттербия. Этот небольшой шведский карьер дал больше названий элементов, чем любое другое место на Земле, превратившись в место паломничества любителей химии со всего мира.
Сегодня известно, что первоначальный образец «тербия» Mosander содержал несколько элементов. Чистый металлический тербий был выделен только в 1905 году, когда французский химик Henri Moissan применил методы электролиза. Характерная ярко-зелёная флуоресценция, определяющая соединения тербия, была полностью понята лишь после того, как квантовая механика объяснила электронные переходы в ионах лантаноидов.
Атомный номер тербия (65) помещает его точно в середину ряда лантаноидов, придавая ему уникальные магнитные и оптические свойства, которые были совершенно неизвестны его первооткрывателям XIX века, но теперь лежат в основе многомиллиардных отраслей.
Применение
Тербий считается одним из самых ценных редкоземельных элементов и продаётся по высокой цене благодаря своим исключительным магнитным и оптическим свойствам. В цифровую эпоху тербий стал абсолютно необходим для технологий хранения данных: его магнитооптические свойства обеспечивают революционные достижения в системах компьютерной памяти.
Магнитооптические материалы для хранения данных на основе тербия произвели революцию в ёмкости цифровых накопителей, увеличив плотность хранения в 10–15 раз по сравнению с традиционными системами. Эти материалы лежат в основе оптических накопителей следующего поколения: уникальная способность тербия изменять магнитную ориентацию под воздействием лазерного света позволяет создавать решения для хранения данных сверхвысокой плотности.
В трёхцветных люминесцентных лампах (энергосберегающих лампах) тербий служит важным активатором люминофора, создавая яркое зелёное излучение с длиной волны 544 nm. В сочетании с европием (красный цвет) и церием (синий цвет) тербий создаёт идеальный спектр белого света, потребляя на 75% меньше энергии, чем лампы накаливания. В современных светодиодных люминофорах всё чаще используются соединения тербия для улучшения цветопередачи.
Добавление тербия к неодим-железо-борным магнитам значительно повышает их температурную стабильность и коэрцитивную силу. Даже небольшие количества (2–5%) тербия могут повысить рабочую температуру с 80°C до более чем 200°C, делая такие магниты необходимыми для двигателей электромобилей, генераторов ветряных турбин и аэрокосмических систем, где требуется максимальная производительность.
Исключительный магнитный момент тербия делает его незаменимым в магнитострикционных сплавах, используемых в гидролокационных системах, приводах и устройствах сверхточного позиционирования. Терфенол-D (сплав тербия, железа и диспрозия) обладает наибольшей среди известных материалов магнитострикцией при комнатной температуре, обеспечивая применение в подводной акустике и системах управления вибрациями.
Изотопы тербия используются как контрастные вещества при медицинской визуализации, а активированные тербием люминофоры в усиливающих рентгеновских экранах повышают качество изображений и одновременно снижают радиационную нагрузку на пациентов. Современные соединения тербия разрабатываются для адресной терапии рака и диагностической визуализации.
Несмотря на то что тербий является одним из самых дорогих редкоземельных элементов ($800–2000/kg), его исключительные свойства делают его экономически целесообразным для высокоценных применений. Дефицит тербия стимулирует развитие технологий переработки и поиск альтернативных материалов.
К перспективным применениям относятся компоненты квантовых компьютеров, современные фотонные устройства и твердотельное освещение следующего поколения. Учёные исследуют одномолекулярные магниты на основе тербия для хранения данных сверхвысокой плотности и обработки квантовой информации.
Откуда он происходит
1,2 мг/кг земной коры · более распространён, чем 51% элементов
Тербий относится к наименее распространённым редкоземельным элементам в земной коре: его средняя концентрация составляет всего 1.2 parts per million. Такая исключительная редкость в сочетании со сложными процессами извлечения делает тербий одним из самых ценных редкоземельных ресурсов.
Китай (85% мирового производства): На руднике Баян-Обо во Внутренней Монголии добывается большая часть промышленного тербия. Ионно-адсорбционные глинистые месторождения в провинциях Цзянси и Гуандун на юге Китая особенно богаты тяжёлыми редкоземельными элементами, включая тербий.
Австралия: Месторождение Маунт-Уэлд содержит значительные запасы тербия в рудном теле бастнезита. Компания Lynas перерабатывает эту руду на своём предприятии в Малайзии.
Соединённые Штаты: На руднике Маунтин-Пасс в Калифорнии и проекте Беар-Лодж в Вайоминге находятся месторождения бастнезита, содержащего тербий.
Извлечение тербия требует сложных многостадийных процессов разделения из-за химического сходства лантаноидов. Ионообменная хроматография и экстракция растворителями с использованием специальных хелатирующих агентов позволяют отделять тербий от других редкоземельных элементов. Для достижения чистоты 99.9% окончательная очистка часто требует сотен стадий разделения.
Учитывая высокую ценность и дефицит тербия, его переработка из постоянных магнитов и люминофоров приобретает всё большее значение. Современные гидрометаллургические процессы позволяют извлекать тербий из изделий, вышедших из употребления, хотя нынешний уровень переработки во всём мире остаётся ниже 5%.
Обращение
Металлический тербий и его соединения представляют умеренный риск и требуют соблюдения стандартных лабораторных мер предосторожности. Хотя они не обладают высокой токсичностью, необходимо соблюдать правила обращения, чтобы предотвратить воздействие и обеспечить безопасную работу в лаборатории.
Пожароопасность: Порошок металлического тербия пирофорен и может самопроизвольно воспламениться на воздухе. Хранить в инертной атмосфере (аргон или азот) вдали от окислителей.
Вдыхание пыли: Пыль оксида тербия может вызвать раздражение органов дыхания. Работать в хорошо проветриваемых помещениях или использовать вытяжные шкафы при обращении с порошкообразными соединениями.
Хранить соединения тербия в плотно закрытых ёмкостях в прохладных сухих условиях. Металлические порошки необходимо хранить в инертной атмосфере для предотвращения окисления. Держать вдали от сильных кислот, оснований и окисляющих материалов.
Отходы, содержащие тербий, необходимо собирать отдельно для переработки из-за его высокой ценности и дефицита. Соблюдать установленные правила утилизации редкоземельных материалов.
Краткие ответы
Тербий (символ Tb) — элемент 65 в периодической таблице, представитель семейства Лантаноид в 6 периоде. Редкоземельный элемент с зелёным люминофором, который также меняет форму в магнитном поле. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Xe] 4f⁹ 6s²; она включает 6 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 27, 8, 2.Тербий плавится при 1629 K (1355.9 °C) и кипит при 3503 K (3229.9 °C).
Стандартная атомная масса Тербий составляет 158.925 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Тербий составляет 8.23 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Тербий примерно в 8.2× тяжелее.
Электроотрицательность Тербий по шкале Полинга составляет 1.2. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Такое низкое значение означает, что он легко отдаёт свои внешние электроны, образуя положительные ионы.
Тербий был открыт в 1843 году Carl Gustav Mosander. Назван в честь иттербю, Швеция.
На долю Тербий приходится около 1.2 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.