65 Tb Тербий 158.925
лантаноид f-block Period 6

Тербий

Tb · Element 65

A green-phosphor rare earth that also changes shape in a magnetic field.

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 158.925 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f⁹ 6s²

Строение

Атом тербий

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.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место тербий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 8.23 g/cm³ 51%
Температура Плавления 1629 K 68%
Температура Кипения 3503 K 72%
Удельная теплоёмкость 0.182 J/g·K
Теплопроводность 11.1 W/m·K 30%

Атомные

Атомный Радиус 176 pm 60%
Ковалентный радиус 194 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 221 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.2 19%
Энергия ионизации 565.4 kJ/mol 18%
Сродство к Электрону 12.7 kJ/mol 15%

Распространённость

Распространённость в земной коре 1.2 mg/kg 51%

Идентификационные

СимволTb
Атомный номер65
Атомная масса158.9254 u
Категориялантаноид
Блокf
Кристаллическая структурагексагональная плотноупакованная структура
Степени окисления+3, +4
Открытие1843
ПервооткрывательCarl Gustav Mosander

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a тербий atom?

Radius 176 pm — that is 0.176 nm, so about 2841 million of them side by side would span a millimetre.

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Тербий is liquid over a 1874 K window, from 1629 K to 3503 K.

Положение

Положение в таблице

Тербий sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER ЛАНТАНОИДЫ

All лантаноиды

История

Что такое тербий и как его обнаружили

A green-phosphor rare earth that also changes shape in a magnetic field.

The discovery of тербий

🔬 История открытия в Швеции

Первооткрыватель: Карл Густав Мосандер в Стокгольме, Швеция (1843)

Назван в честь: Иттерби, Швеция — деревни, давшей название четырём различным элементам

🧪 Сложный процесс открытия

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.

⚗️ Трудности подтверждения

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.

🏆 Научное наследие

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.

🔬 Современное понимание

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

Для чего используется тербий

Высокотехнологичная магнитооптическая революция

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.

🔬 Передовые системы хранения данных

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.

💡 Энергоэффективные технологии освещения

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.

🧲 Сверхвысокоэффективные постоянные магниты

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.

🔬 Высокоточные научные приборы

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.

🏥 Медицинская визуализация и диагностика

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.

🌟 Повседневное применение

  • 🔋 Энергосберегающие лампы: Зелёный люминофор в компактных люминесцентных лампах (CFL) и светодиодных системах освещения
  • 💻 Компьютерные компоненты: Компоненты жёстких дисков и оптические накопители
  • 📱 Технологии смартфонов: Магниты динамиков и вибромоторы в мобильных устройствах
  • 🏠 Бытовая электроника: Высокоэффективные двигатели в бытовой технике и системах HVAC
  • 🎮 Игровые устройства: Высокоточные исполнительные механизмы в игровых контроллерах и VR-оборудовании
  • 🚗 Автомобильное применение: Системы электроусилителя рулевого управления и компоненты гибридных автомобилей

💰 Влияние на рынок

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.

🔬 Передовые направления исследований

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

Встречаемость в природе

1.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 51% of elements

🌍 Распространение и добыча в мире

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.

🏔️ Основные источники минералов

  • Бастнезит: Основной коммерческий источник, встречается в карбонатитовых месторождениях
  • Монацит: Минерал пляжных песков, содержащий 0.03% оксида тербия
  • Ксенотим: Фосфатный минерал тяжёлых редкоземельных элементов в аллювиальных отложениях
  • Ионно-адсорбционные глины: Месторождения Южного Китая с повышенным содержанием тяжёлых редкоземельных элементов

🌏 Крупнейшие мировые месторождения

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 и переработка

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.

♻️ Потенциал переработки

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

Безопасность

⚠️ Правила обращения и безопасности

🟡 Умеренный класс опасности

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.

🥽 Средства индивидуальной защиты

  • Защита глаз: Защитные очки или закрытые защитные очки обязательны при любых работах
  • Защита органов дыхания: Пылезащитная маска или респиратор при работе с порошками
  • Защита рук: Нитриловые или неопреновые перчатки для предотвращения контакта с кожей
  • Защита тела: Лабораторный халат и закрытая обувь обязательны

⚗️ Химические опасности

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.

🏥 Первая помощь

  • Попадание в глаза: Немедленно промывайте водой в течение 15 минут, обратитесь за медицинской помощью
  • Контакт с кожей: Тщательно промойте водой с мылом, снимите загрязнённую одежду
  • Вдыхание: Немедленно выйдите на свежий воздух, следите за признаками нарушения дыхания
  • Проглатывание: Прополощите рот, не вызывайте рвоту, немедленно обратитесь за медицинской помощью

🗄️ Требования к хранению

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.

♻️ Утилизация отходов

Отходы, содержащие тербий, необходимо собирать отдельно для переработки из-за его высокой стоимости и дефицита. Соблюдайте установленные правила утилизации редкоземельных материалов.

Краткие ответы

Тербий: часто задаваемые вопросы

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.

What is the electron configuration of Тербий?

Тербий's ground-state electron configuration is [Xe] 4f⁹ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 27, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Тербий?

Тербий melts at 1629 K (1355.9 °C) and boils at 3503 K (3229.9 °C).

What is the atomic mass of Тербий?

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.

How dense is Тербий?

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.

What is the electronegativity of Тербий?

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.

Who discovered Тербий, and when?

Тербий was discovered in 1843 by Carl Gustav Mosander. It is named after ytterby, Sweden.

How common is Тербий on Earth?

Тербий makes up about 1.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.