Terbijspada u kategoriju teškihrijetke zemlje, s malom zastupljenošću u Zemljinoj kori od samo 1,1 ppm. Terbijev oksid čini manje od 0,01% ukupnih rijetkih zemalja. Čak i u teškoj rudi rijetke zemlje s visokim sadržajem itrijevih iona s najvećim sadržajem terbija, sadržaj terbija čini samo 1,1-1,2% ukupne rijetke zemlje, što ukazuje da pripada "plemenitoj" kategoriji elemenata rijetke zemlje. Više od 100 godina od otkrića terbija 1843. godine, njegova oskudica i vrijednost dugo su sprječavale njegovu praktičnu primjenu. Tek u posljednjih 30 godina terbij je pokazao svoj jedinstveni talent.
Otkrivanje povijesti
Švedski kemičar Carl Gustaf Mosander otkrio je terbij 1843. Pronašao je njegove nečistoće uItrijev(III) oksidiY2O3. Itrij je dobio ime po selu Ytterby u Švedskoj. Prije pojave tehnologije ionske izmjene terbij nije bio izoliran u svom čistom obliku.
Mosant je prvi podijelio itrijev(III) oksid u tri dijela, svi nazvani po rudama: itrijev(III) oksid,Erbijev(III) oksidi terbijev oksid. Terbijev oksid je izvorno bio sastavljen od ružičastog dijela, zbog elementa koji je danas poznat kao erbij. "Erbijev(III) oksid" (uključujući ono što sada zovemo terbij) izvorno je bio uglavnom bezbojni dio u otopini. Netopljivi oksid ovog elementa smatra se smeđim.
Kasniji radnici jedva da su mogli uočiti sićušni bezbojni "Erbijev (III) oksid", ali topljivi ružičasti dio nije se mogao zanemariti. Rasprave o postojanju Erbijevog(III) oksida su se više puta pojavljivale. U kaosu je izvorno ime obrnuto i razmjena imena je zapela, pa je ružičasti dio na kraju spomenut kao otopina koja sadrži erbij (u otopini je bio ružičast). Sada se vjeruje da radnici koji koriste natrijev bisulfat ili kalijev sulfat uzimajuCerijev(IV) oksidiz itrijevog(III) oksida i nenamjerno pretvaraju terbij u sediment koji sadrži cerij. Samo oko 1% izvornog itrijevog (III) oksida, sada poznatog kao "terbij", dovoljno je da prijeđe žućkastu boju u itrijev (III) oksid. Stoga je terbij sekundarna komponenta koja ga je inicijalno sadržavala, a kontroliraju ga njegovi neposredni susjedi, gadolinij i disprozij.
Nakon toga, kad god su iz ove smjese izdvojeni drugi elementi rijetke zemlje, bez obzira na udio oksida, naziv terbij je zadržan sve dok na kraju nije dobiven smeđi oksid terbija u čistom obliku. Istraživači u 19. stoljeću nisu koristili tehnologiju ultraljubičaste fluorescencije za promatranje jarko žutih ili zelenih nodula (III), što je olakšalo prepoznavanje terbija u čvrstim smjesama ili otopinama.
Konfiguracija elektrona
Konfiguracija elektrona:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronska konfiguracija terbija je [Xe] 6s24f9. Uobičajeno se mogu ukloniti samo tri elektrona prije nego što nuklearni naboj postane prevelik da bi se dalje ionizirao, ali u slučaju terbija, polunapunjeni terbij omogućuje daljnju ionizaciju četvrtog elektrona u prisutnosti vrlo jakih oksidansa kao što je plin fluor.
Terbij je srebrno bijeli metal rijetke zemlje sa duktilnošću, žilavošću i mekoćom koji se može rezati nožem. Talište 1360 ℃, vrelište 3123 ℃, gustoća 8229 4 kg/m3. U usporedbi s ranim lantanoidom, relativno je stabilan na zraku. Kao deveti element lantanida, terbij je metal s jakim elektricitetom. Reagira s vodom pri čemu nastaje vodik.
U prirodi terbij nikada nije pronađen kao slobodni element, čija mala količina postoji u fosfocerijevom torijevom pijesku i gadolinitu. Terbij koegzistira s drugim elementima rijetke zemlje u monazitnom pijesku, s općenito 0,03% sadržaja terbija. Ostali izvori su Xenotime i rude crnog rijetkog zlata, a obje su mješavine oksida i sadrže do 1% terbija.
Primjena
Primjena terbija uglavnom uključuje visokotehnološka područja, tehnološki intenzivna i znanja intenzivna vrhunska projekta, kao i projekte sa značajnim ekonomskim koristima, s atraktivnim perspektivama razvoja.
Glavna područja primjene uključuju:
(1) Koristi se u obliku miješanih rijetkih zemalja. Na primjer, koristi se kao složeno gnojivo rijetkih zemalja i dodatak stočnoj hrani za poljoprivredu.
(2) Aktivator za zeleni prah u tri primarna fluorescentna praha. Suvremeni optoelektronički materijali zahtijevaju korištenje tri osnovne boje fosfora, a to su crvena, zelena i plava, pomoću kojih se mogu sintetizirati različite boje. A terbij je neizostavna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima.
(3) Koristi se kao magneto optički materijal za pohranu. Tanki filmovi od legure prijelaznog metala amorfnog metala terbija korišteni su za proizvodnju magnetooptičkih diskova visokih performansi.
(4) Proizvodnja magneto optičkog stakla. Faradayevo rotacijsko staklo koje sadrži terbij ključni je materijal za proizvodnju rotatora, izolatora i cirkulatora u laserskoj tehnologiji.
(5) Razvoj i razvoj terbij disprozijeve feromagnetostriktivne legure (TerFenol) otvorio je nove primjene za terbij.
Za poljoprivredu i stočarstvo
Terbij rijetke zemlje može poboljšati kvalitetu usjeva i povećati stopu fotosinteze unutar određenog raspona koncentracija. Kompleksi terbija imaju visoku biološku aktivnost. Ternarni kompleksi terbija, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, imaju dobre antibakterijske i baktericidne učinke na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli. Imaju širok antibakterijski spektar. Proučavanje takvih kompleksa daje novi smjer istraživanja za moderne baktericidne lijekove.
Koristi se u području luminiscencije
Suvremeni optoelektronički materijali zahtijevaju korištenje tri osnovne boje fosfora, a to su crvena, zelena i plava, pomoću kojih se mogu sintetizirati različite boje. A terbij je neizostavna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima. Ako je rođenje TV crvenog fluorescentnog praha u boji rijetkih zemalja potaknulo potražnju za itrijem i europijem, tada je primjena i razvoj terbija promoviran zelenim fluorescentnim prahom tri osnovne boje rijetkih zemalja za svjetiljke. Početkom 1980-ih Philips je izumio prvu kompaktnu fluorescentnu svjetiljku koja štedi energiju i brzo ju je globalno promovirao. Ioni Tb3+ mogu emitirati zeleno svjetlo valne duljine od 545 nm, a gotovo svi zeleni fosfori rijetke zemlje koriste terbij kao aktivator.
Zeleni fosfor za katodnu cijev TV-a u boji (CRT) oduvijek se temeljio na cinkovom sulfidu, koji je jeftin i učinkovit, ali se terbij u prahu uvijek koristio kao zeleni fosfor za projekcijski TV u boji, uključujući Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ i LaOBr ∶ Tb3+. S razvojem televizije visoke razlučivosti s velikim ekranom (HDTV), razvijaju se i zeleni fluorescentni prahovi visokih performansi za CRT. Na primjer, u inozemstvu je razvijen hibridni zeleni fluorescentni prah koji se sastoji od Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ i Y2SiO5: Tb3+, koji imaju izvrsnu učinkovitost luminiscencije pri visokoj gustoći struje.
Tradicionalni rendgenski fluorescentni prah je kalcijev volframat. U 1970-ima i 1980-ima razvijeni su fosfori rijetkih zemalja za pojačavanje zaslona, kao što je terbijem aktivirani sumporni lantanov oksid, terbijem aktivirani bromni lantanov oksid (za zelene zaslone), terbijem aktivirani sumporni itrijev(III) oksid, itd. U usporedbi s kalcijevim volframatom, fluorescentni prah rijetke zemlje može smanjiti vrijeme rendgenskog zračenja za pacijente za 80%, poboljšati rezoluciju rendgenskih filmova, produžiti životni vijek rendgenskih cijevi i smanjiti potrošnju energije. Terbij se također koristi kao aktivator fluorescentnog praha za medicinske zaslone za poboljšanje X-zraka, koji mogu uvelike poboljšati osjetljivost pretvorbe X-zraka u optičke slike, poboljšati jasnoću X-zraka filmova i uvelike smanjiti dozu izloženosti X-zrakama. zraka na ljudsko tijelo (za više od 50%).
Terbij se također koristi kao aktivator u bijelom LED fosforu pobuđenom plavim svjetlom za novu poluvodičku rasvjetu. Može se koristiti za proizvodnju terbij aluminijevih magneto optičkih kristalnih fosfora, koristeći plave diode koje emitiraju svjetlo kao izvore pobudnog svjetla, a generirana fluorescencija se miješa sa pobudnim svjetlom kako bi se proizvela čista bijela svjetlost.
Elektroluminiscentni materijali izrađeni od terbija uglavnom uključuju cinkov sulfid zeleni fosfor s terbijem kao aktivatorom. Pod ultraljubičastim zračenjem, organski kompleksi terbija mogu emitirati snažnu zelenu fluorescenciju i mogu se koristiti kao tankoslojni elektroluminiscentni materijali. Iako je postignut značajan napredak u proučavanju elektroluminiscentnih tankih slojeva organskih kompleksa rijetkih zemalja, još uvijek postoji određena praznina u odnosu na praktičnost, a istraživanje elektroluminiscentnih tankih filmova i uređaja složenih organskih rijetkih zemalja još uvijek je u tijeku.
Fluorescencijske karakteristike terbija također se koriste kao fluorescentne sonde. Na primjer, Ofloxacin terbium (Tb3+) fluorescentna sonda korištena je za proučavanje interakcije između Ofloxacin terbium (Tb3+) kompleksa i DNA (DNA) spektrom fluorescencije i apsorpcijskim spektrom, što ukazuje da Ofloxacin Tb3+ sonda može formirati žlijeb koji se veže s molekulama DNA, a DNA može značajno pojačati fluorescenciju Ofloxacin Tb3+sustav. Na temelju te promjene može se odrediti DNK.
Za magnetooptičke materijale
Materijali s Faradayevim efektom, također poznati kao magnetooptički materijali, naširoko se koriste u laserima i drugim optičkim uređajima. Postoje dvije uobičajene vrste magnetooptičkih materijala: magnetooptički kristali i magnetooptičko staklo. Među njima, magneto-optički kristali (kao što su itrijev željezni granat i terbij galijev granat) imaju prednosti podesive radne frekvencije i visoke toplinske stabilnosti, ali su skupi i teški za proizvodnju. Osim toga, mnogi magnetooptički kristali s visokim kutom Faradayeve rotacije imaju visoku apsorpciju u kratkovalnom području, što ograničava njihovu upotrebu. U usporedbi s magneto-optičkim kristalima, magneto-optičko staklo ima prednost visoke propusnosti i lako se izrađuje u velike blokove ili vlakna. Trenutačno su magneto-optička stakla s visokim Faradayevim učinkom uglavnom stakla dopirana ionima rijetkih zemalja.
Koristi se za magneto optičke materijale za pohranu
Posljednjih godina, s brzim razvojem multimedije i uredske automatizacije, potražnja za novim magnetskim diskovima velikog kapaciteta raste. Filmovi od legure prijelaznog metala amorfnog metala terbija korišteni su za proizvodnju magneto-optičkih diskova visokih performansi. Među njima, tanki film od legure TbFeCo ima najbolje performanse. Magnetski optički materijali na bazi terbija proizvedeni su u velikoj mjeri, a magnetooptički diskovi napravljeni od njih koriste se kao komponente za pohranu računala, s kapacitetom pohrane povećanom za 10-15 puta. Imaju prednosti velikog kapaciteta i velike brzine pristupa i mogu se obrisati i premazati desetke tisuća puta kada se koriste za optičke diskove visoke gustoće. Oni su važni materijali u tehnologiji elektroničke pohrane informacija. Najčešće korišteni magnetooptički materijal u vidljivom i bliskom infracrvenom pojasu je monokristal Terbium Gallium Garnet (TGG), koji je najbolji magnetooptički materijal za izradu Faradayevih rotatora i izolatora.
Za magneto optičko staklo
Faraday magneto optičko staklo ima dobru prozirnost i izotropiju u vidljivom i infracrvenom području, te može oblikovati različite složene oblike. Lako je proizvoditi proizvode velikih dimenzija i može se uvući u optička vlakna. Stoga ima široke izglede za primjenu u magnetooptičkim uređajima kao što su magnetooptički izolatori, magnetooptički modulatori i svjetlovodni strujni senzori. Zbog svog velikog magnetskog momenta i malog koeficijenta apsorpcije u vidljivom i infracrvenom području, ioni Tb3+ postali su često korišteni ioni rijetkih zemalja u magneto-optičkim staklima.
Terbij disprozij feromagnetostriktivna legura
Krajem 20. stoljeća, s produbljivanjem svjetske znanstvene i tehnološke revolucije, brzo se pojavljuju novi primijenjeni materijali rijetke zemlje. Godine 1984. Državno sveučilište Iowa u Sjedinjenim Državama, Laboratorij Ames Ministarstva energetike Sjedinjenih Država i Centar za istraživanje površinskog naoružanja američke mornarice (glavno osoblje kasnije osnovane tvrtke American Edge Technology Company (ET REMA) došlo je iz centar) zajednički su razvili novi pametni materijal za rijetke zemlje, naime terbij disprozij željezo divovski magnetostriktivni materijal. Ovaj novi Smart materijal ima izvrsne karakteristike brze pretvorbe električne energije u mehaničku. Podvodni i elektro-akustični pretvarači izrađeni od ovog divovskog magnetostriktivnog materijala uspješno su konfigurirani u pomorskoj opremi, zvučnicima za detekciju naftnih bušotina, sustavima za kontrolu buke i vibracija te sustavima za istraživanje oceana i podzemnim komunikacijama. Stoga, čim je rođen divovski magnetostriktivni materijal terbij disprozij željezo, dobio je široku pozornost industrijaliziranih zemalja diljem svijeta. Tvrtka Edge Technologies u Sjedinjenim Državama počela je proizvoditi divovske magnetostriktivne materijale terbij disprozij željezo 1989. godine i nazvala ih Terfenol D. Nakon toga, Švedska, Japan, Rusija, Ujedinjeno Kraljevstvo i Australija također su razvile divovske magnetostriktivne materijale terbij disprozij željezo.
Iz povijesti razvoja ovog materijala u Sjedinjenim Državama, i izum materijala i njegove rane monopolističke primjene izravno su povezani s vojnom industrijom (kao što je mornarica). Iako kineska vojna i obrambena ministarstva postupno jačaju svoje razumijevanje ovog materijala. Međutim, nakon što se kineska sveobuhvatna nacionalna moć značajno povećala, zahtjevi za ostvarivanjem vojne konkurentske strategije u 21. stoljeću i poboljšanjem razine opremljenosti zasigurno će biti vrlo hitni. Stoga će široka uporaba divovskih magnetostriktivnih materijala terbij disprozij željezo od strane vojnih ministarstava i ministarstava nacionalne obrane biti povijesna nužnost.
Ukratko, mnoga izvrsna svojstva terbija čine ga nezamjenjivim članom mnogih funkcionalnih materijala i nezamjenjivim mjestom u nekim područjima primjene. Međutim, zbog visoke cijene terbija, ljudi su proučavali kako izbjeći i minimizirati upotrebu terbija kako bi se smanjili troškovi proizvodnje. Na primjer, magnetooptički materijali rijetkih zemalja također bi trebali koristiti jeftini disprozij željezo kobalt ili gadolinij terbij kobalt što je više moguće; Pokušajte smanjiti sadržaj terbija u zelenom fluorescentnom prahu koji se mora koristiti. Cijena je postala važan čimbenik koji ograničava široku upotrebu terbija. Ali mnogi funkcionalni materijali ne mogu bez njega, pa se moramo pridržavati načela "upotrebe dobrog čelika na oštrici" i pokušati uštedjeti upotrebu terbija što je više moguće.
Vrijeme objave: 5. srpnja 2023