Тербій

хімічний елемент з атомним номером 65

Тербій — хімічний елемент Символ Tb, атомний номер 65; ат. м. 158,9254. Рідкісноземельний метал, лантаноїд.

Тербій (Tb)
Атомний номер 65
Зовнішній вигляд простої речовини Terbium-2.jpgМ'який, в'язкий, сріблясто-сірий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 158,92534 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 180 пм
Енергія іонізації (перший електрон) 569,0(5,90) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Xe] 4f9 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 159 пм
Радіус іона (+4e) 84 (+3e) 92,3 пм
Електронегативність (за Полінгом) 1,2
Електродний потенціал Tb←Tb3+ -2,31В
Ступені окиснення +4, +3
Термодинамічні властивості
Густина 8,229 г/см³
Молярна теплоємність 0,183 Дж/(К·моль)
Теплопровідність 11,1 Вт/(м·К)
Температура плавлення 1629 К
Теплота плавлення n/a кДж/моль
Температура кипіння 3296 К
Теплота випаровування 389 кДж/моль
Молярний об'єм 19,2 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки 3,600 Å
Відношення с/а 1,581
Температура Дебая 173 К
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
CMNS: Тербій у Вікісховищі

У природі є один стабільний ізотоп 159Тb. Оксиди ТbО2, Тb2О3. У 1843 р. вперше швед. хімік К. Г. Мосандер при дослідженні ітрієвої землі розклав концентрат Y2O3 на ітрієвий, тербієвий і ербієвий оксиди. На початку ХХ ст. франц. хімік Ж. Урбан першим отримав чистий тербій.

Проста речовина — тербій. Блискучий метал, належить до лантоноїдів. Густина 4,35, tплав 1357оС, tкип 3223 оС. Хімічно активний, на повітрі окиснюється, реагує при кімнатній температурі з водою, соляною, азотною і сірчаною кислотами, при нагріванні — з воднем, азотом, вуглецем і фосфором.

ІсторіяРедагувати

У 1843 р. вперше шведський хімік К. Г. Мосандер при дослідженні ітрієвої землі розклав концентрат Y2O3 на ітрієвий, тербієвий і ербієвий оксиди. На початку 20 століття французький хімік Ж. Урбан першим отримав чистий тербій[1].

Разом з ще трьома хімічними елементами (ербій, ітербій, ітрій) отримав назву пов'язану з мінералом ітербітом (нині відомий як гадолініт), що, в свою чергу, названий на честь поселення Іттербю, що розташоване на острові Ресаре зі Стокгольмського архіпелагу, у копальні біля якого цей мінерал вперше був знайдений.

ПоширенняРедагувати

Кларк у земній корі 4,3•10−4 (мас), у морській воді ~ 10-7 мг/л. Найбільшу частку тербію, що доходить до 1%, має евксеніт, проте зазвичай тербій добувають разом з іншими рідкісноземельними металами з монациту, ксенотиму і бастнезиту, де його концентрація в десятки разів менша. Разом з РЗЕ присутній в інших мінералах: самарськіті, гадолініті, ліпариті та ін.

ОтриманняРедагувати

 
Тербій

Виділяють Тербій із суміші рідкоземельних елементів методами іонної хроматографії або екстракції. Переводять оксид тербію у фторид Тербію та відновлюють Кальцієм з утворенням фториду кальцію. Решту кальцію відганяють при переплавленні суміші у вакуумі.

Металічний тербій отримують металотермічним відновленням TbCl3 або TbF3.

Фізичні властивостіРедагувати

Тербій має дві алотропні форми — при температурі нижчій за 1575 К (1302 °C) існує α-тербій, що має гексагональну щільноупаковану ґратку з параметрами a=3,605Å, c=5,697Å. При температурі вищій за 1575 К і нижчій температури плавлення (1630 К) перетворюється на β-тербій, що має об'ємноцентровану ґратку з періодом 4,02Å[2].

Коефіцієнт теплового розширення — 8,5×10−6 К−1[2].

Модуль всебічного стиску — 39,9 ГПа, модуль Юнга — 57,5 ГПа, коефіцієнт Пуассона — 0,261. Границя міцності — 0,167 ГПа[2].

Питомий опір монокристалу тербію становить 102×10−8 Ом·м вздовж головної осі, і 123×10−8 Ом·м у перпендикулярному напрямку. Температурний коефіцієнт опору — 0,00091 К−1[2].

При температурі нижчій за 220 К тербій — колінеарний феромагнетик. Між 220 і 230 К тербій переходить у антиферомагнетичний стан. Вище 230 К — парамагнетик[2].

Переріз поглинання теплових нейтронів — 44 барн. Ядерний магнітний момент — 1,52 ядерних магнетонів[2].

Хімічні властивостіРедагувати

Тербій є одним з небагатьох лантаноїдів, що може мати ступінь окиснення не тільки +3, але й +4.

Тербій повільно, а при високій температурі активно реагує з киснем повітря з утворенням змішаного тербій (III, IV) оксиду:

6 Tb + 7 O2 → 2 Tb4O7

Окис тербію має шоколадний або каштановий колір.

Повільно реагує з водою, однак реакція пришвидшується при нагріванні з утворенням гідроксиду:

2 Tb + 6 H2O → 2 Tb(OH)3 + 3H2

У розчині існує у вигляді Tb3+ іонів: Тербій реагує з галогенами:

2 Tb + 3 X2 → 2 TbX3 , де Х — F, Cl, Br, I [солі білого кольору ]

Tb реагує з розбавленою сульфатною кислотою з утворенням Tb(III) іону, який забарвлює розчин у рожевий колір (існує як [Tb(OH2)9]3+ аква-комплекс)

2 Tb + 3 H2SO4 → 2 Tb3+ + 3 SO2−4 + 3 H2

ІзотопиРедагувати

Природній тербій складається лише з одного стабільного ізотопу — 159Tb.

Усього відомо 50 ізотопів тербію з масовими числами від 135 до 168, 19 з яких — метастабільні. З нестабільних ізотопів найбільші періоди розпаду мають 158Tb (180 років) і 157Tb (71 рік)[3].

ЗастосуванняРедагувати

Тербій є значно дорожчим за інші лантаноїди, що стримує його широке використання[4].

Тербій входить до складу кількох розповсюджених люмінофорів для виготовлення скла, лаків, фарб тощо. До кінця 20 століття велика кількість металу йшла на виготовлення зеленого люмінофору у кінескопах кольорових телевізорів[5], але і зараз цей сектор використовує більшу частину усього спожитого тербію.

Додавання тербію у неодимові магніти покращує їх коерцитивну силу в умовах високих температур, що важливо для електромобілів і вітрогенераторів[6]. Цей сектор є другим за споживанням тербію.

Сплав тербію з залізом і диспрозієм, відомий під торговою назвою Terfenol-D[en] має найбільш сильні з усіх відомих сплавів магнітострикційні властивості (розтягування і стискання у магнітному полі)[7]. Деякі інші сплави тербію також демонструють гігантську магнетострикцію. Ці властивості дозволяють застосовувати ці сплави у різних галузях: у магнітних приводах, давачах, гідравлічних рушіях, ультразвуковій техніці, акустичних колонках та інших магніто-механічних пристроях[8][9].

Разом з оксидом цирконію тербій використовується як стабілізатор у паливних комірках, що мають працювати за високих температур[10].

Щороку у світі споживається 450 тонн оксиду тербію (станом на 2008 рік)[11].

Див. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

ПосиланняРедагувати

ЛітератураРедагувати