Тербій
Тербій — хімічний елемент Символ Tb, атомний номер 65; ат. м. 158,9254. Рідкісноземельний метал, лантаноїд.
У природі є один стабільний ізотоп 159Tb. Оксиди TbO2, Tb2О3. 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 1357 °С, tкип 3223 °С. Хімічно активний, на повітрі окиснюється, реагує при кімнатній температурі з водою, соляною, азотною і сірчаною кислотами, при нагріванні — з воднем, азотом, вуглецем і фосфором.
Історія
ред.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.
Поширення
ред.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.
Отримання
ред.
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 властивості
ред.Тербій має дві алотропні форми — при температурі нижчій за 1575 К (1302 °C) існує α-тербій, що має гексагональну щільноупаковану ґратку з параметрами a = 3,605 Å, c = 5,697 Å. При температурі вищій за 1575 К і нижчій температури плавлення (1630 К) перетворюється на β-тербій, що має об'ємноцентровану ґратку з періодом 4,02 Å[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 властивості
ред.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+ аквакомплекс)
- 2 Tb + 3 H2SO4 → 2 Tb3+ + 3 SO2−
4 + 3 H2
Ізотопи
ред.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].
Застосування
ред.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. також
ред.Примітки
ред.- ↑ Terbium Element Facts [Архівовано 23 липня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ а б в г д е Poole, 2004, с. 1363.
- ↑ Isotopes of the Element Terbium [Архівовано 19 липня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ RARE EARTHS [Архівовано 16 липня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ Rare Earths and the Balance Problem: How to Deal with Changing Markets? [Архівовано 19 червня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ Rare Earths: Changing magnet compositions to manage supply availability [Архівовано 25 травня 2021 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ Optimized TERFENOL-D manufacturing processes(англ.)
- ↑ Terfenol-D Design and Build Capabilities [Архівовано 17 лютого 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ Soundbug Works As Alternative To Headphones [Архівовано 23 жовтня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ Terbium [Архівовано 13 червня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ Industrial Demand and Integrated Material Flow ofTerbium in Korea [Архівовано 30 липня 2018 у Wayback Machine.](англ.)
Посилання
ред.- Тербій // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.
- WebElements.com – Terbium [Архівовано 16 лютого 2008 у Wayback Machine.]
- It's Elemental – Terbium [Архівовано 30 травня 2012 у Wayback Machine.]
- Тербий [Архівовано 15 серпня 2010 у Wayback Machine.]
Література
ред.- Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
- Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics / Charles P. Poole, Jr. — 1. — San Diego : Academic Press, 2004. — 1672 с. — ISBN 9780080545233.