What is Тербий?
Тербий (symbol Tb) is element 65 on the periodic table, a лантаноид in period 6. A green-phosphor rare earth that also changes shape in a magnetic field. At room temperature it is a solid.
Строение
Это не схема 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 связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место тербий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 176 pm — that is 0.176 nm, so about 2841 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Тербий is liquid over a 1874 K window, from 1629 K to 3503 K.
История
A green-phosphor rare earth that also changes shape in a magnetic field.
Первооткрыватель: Карл Густав Мосандер в Стокгольме, Швеция (1843)
Назван в честь: Иттерби, Швеция — деревни, давшей название четырём различным элементам
Открытие тербия стало одним из самых сложных достижений аналитической химии XIX века. Карл Густав Мосандер, 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 Мосандер предполагал, что в нём остаются неоткрытые элементы.
Используя примитивные спектроскопические методы и методы химического осаждения, Мосандер кропотливо разделил то, что первоначально назвал «эрбией», на три отдельных компонента. Процесс потребовал сотен стадий кристаллизации и занял почти два года. Он определил, что жёлтая фракция содержит новый элемент, и назвал его тербием в честь деревни Иттерби.
Открытие Мосандера встретило скептическое отношение международного научного сообщества. Химические свойства тербия настолько похожи на свойства других редкоземельных элементов, что многие учёные сомневались, является ли он действительно отдельным элементом. Лишь в 1886 году Жан Шарль Галиссар де Мариньяк предоставил убедительное спектроскопическое доказательство элементарного статуса тербия.
Деревня Иттерби обладает уникальным отличием: от неё происходят названия четырёх элементов — иттрия, тербия, эрбия и иттербия. Этот небольшой шведский карьер дал больше названий элементов, чем любое другое место на Земле, и стал местом паломничества любителей химии со всего мира.
Сегодня мы знаем, что первоначальный образец «тербия» Мосандера содержал несколько элементов. Чистый металлический тербий удалось выделить лишь в 1905 году, когда французский химик Анри Муассан применил методы электролиза. Характерная яркая зелёная флуоресценция, свойственная соединениям тербия, была полностью понята только после того, как квантовая механика объяснила электронные переходы в ионах лантаноидов.
Сегодня известно, что атомный номер тербия (65) помещает его точно в середину ряда лантаноидов, наделяя уникальными магнитными и оптическими свойствами, о которых первооткрыватели XIX века ничего не знали, но которые теперь обеспечивают работу индустрий стоимостью в миллиарды долларов.
Применение
Тербий — один из самых ценных редкоземельных элементов, его высокая стоимость обусловлена исключительными магнитными и оптическими свойствами. 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 цифровых технологиях хранения, увеличив плотность хранения в 10–15 раз по сравнению с обычными системами. Эти материалы лежат в основе оптических накопителей следующего поколения: уникальная способность тербия изменять магнитную ориентацию под воздействием лазерного света создаёт решения для хранения данных со сверхвысокой плотностью.
В трёхкомпонентных люминесцентных лампах (энергосберегающих лампах) тербий служит важным активатором люминофора, создавая яркое зелёное излучение с длиной волны 544 nm. В сочетании с европием (красный) и церием (синий) тербий создаёт идеальный спектр белого света, потребляя на 75% меньше энергии, чем лампы накаливания. Современные люминофоры для светодиодов всё чаще используют соединения тербия для превосходной цветопередачи.
Добавление тербия к неодим-железо-борным магнитам значительно повышает их температурную стабильность и коэрцитивную силу. Даже небольшие количества тербия (2–5%) могут повысить рабочую температуру с 80°C до более чем 200°C, благодаря чему такие магниты становятся незаменимыми в двигателях электромобилей, генераторах ветряных турбин и аэрокосмических системах, где требуется исключительная производительность.
Исключительный магнитный момент тербия делает его незаменимым в магнитострикционных сплавах, используемых в гидролокационных системах, исполнительных механизмах и устройствах сверхточного позиционирования. Терфенол-D (сплав тербия, железа и диспрозия) демонстрирует наибольшую среди известных материалов магнитострикцию при комнатной температуре, обеспечивая применение в подводной акустике и системах управления вибрацией.
Изотопы тербия служат контрастными веществами при медицинской визуализации, а люминофоры, активированные тербием, в усиливающих рентгеновских экранах повышают качество изображения и одновременно снижают радиационную нагрузку на пациента. Передовые соединения тербия разрабатываются для таргетной терапии рака и диагностических средств визуализации.
Несмотря на то что тербий относится к самым дорогим редкоземельным элементам ($800–2000/kg), его исключительные свойства делают его экономически оправданным для высокоценных применений. Дефицит тербия стимулирует развитие технологий переработки и поиск альтернативных материалов.
К перспективным применениям относятся компоненты квантовых компьютеров, передовые фотонные устройства и твердотельные источники освещения следующего поколения. Учёные исследуют одномолекулярные магниты на основе тербия для хранения данных со сверхвысокой плотностью и обработки квантовой информации.
Откуда он берётся
1.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 51% of elements
Тербий относится к наименее распространённым редкоземельным элементам в земной коре: его средняя концентрация составляет всего 1.2 частей на миллион. Такая чрезвычайная редкость в сочетании со сложными процессами извлечения делает тербий одним из самых ценных редкоземельных сырьевых материалов.
Китай (85% мирового производства): На руднике Баян-Обо во Внутренней Монголии добывается большая часть товарного 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 бастнезитовой руде. Lynas Corporation перерабатывает эту руду на своём предприятии в Малайзии.
Соединённые Штаты: Рудник Маунтин-Пасс в Калифорнии и проект Беар-Лодж в Вайоминге содержат месторождения бастнезита с тербием.
Извлечение тербия требует сложных многостадийных процессов разделения из-за химического сходства лантаноидов. Ионообменная хроматография и экстракция растворителями с использованием специальных хелатирующих агентов позволяют отделить тербий от других редкоземельных элементов. Для достижения чистоты 99.9% окончательная очистка часто требует сотен стадий разделения.
Учитывая высокую стоимость и дефицит тербия, всё большее значение приобретает его переработка из постоянных магнитов и люминофоров. Современные гидрометаллургические процессы позволяют извлекать тербий из отработавших изделий, хотя текущий мировой уровень переработки остаётся ниже 5%.
Обращение
Металл тербий и его соединения представляют умеренный риск для безопасности и требуют соблюдения стандартных лабораторных мер предосторожности. Хотя тербий не относится к высокотоксичным веществам, необходимо соблюдать правила обращения, чтобы предотвратить воздействие и обеспечить безопасную работу в лаборатории.
Пожароопасность: Порошок металлического тербия пирофорен и может самопроизвольно воспламениться на воздухе. Храните его в инертной атмосфере (аргон или азот) вдали от окислителей.
Вдыхание пыли: Пыль оксида тербия может вызвать раздражение дыхательных путей. Работайте в хорошо проветриваемых помещениях или используйте вытяжные шкафы при обращении с порошкообразными соединениями.
Храните соединения тербия в плотно закрытых контейнерах в прохладных сухих условиях. Порошки металла необходимо хранить в инертной атмосфере для предотвращения окисления. Держите их вдали от сильных кислот, оснований и окисляющих материалов.
Отходы, содержащие тербий, необходимо собирать отдельно для переработки из-за его высокой стоимости и дефицита. Соблюдайте установленные правила утилизации редкоземельных материалов.
Краткие ответы
Тербий (symbol Tb) is element 65 on the periodic table, a лантаноид 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.Тербий melts at 1629 K (1355.9 °C) and boils at 3503 K (3229.9 °C).
The standard atomic weight of Тербий is 158.925 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Тербий has a density of 8.23 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of тербий is about 8.2× heavier.
Тербий 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.
Тербий was discovered in 1843 by Carl Gustav Mosander. It is named after ytterby, Sweden.
Тербий makes up about 1.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.