Тербиумспаѓа во категоријата тешкиретки земји, со мала застапеност во Земјината кора од само 1,1 ppm. Тербиум оксидот сочинува помалку од 0,01% од вкупните ретки земни елементи. Дури и во тешката руда од ретки земни елементи со висока содржина на итриумски јони со највисока содржина на тербиум, содржината на тербиум сочинува само 1,1-1,2% од вкупните ретки земни елементи, што укажува дека припаѓа на „благородната“ категорија на ретки земни елементи. Повеќе од 100 години од откривањето на тербиумот во 1843 година, неговата реткост и вредност долго време ја спречуваа неговата практична примена. Дури во последните 30 години тербиумот го покажа својот уникатен талент.
Откривање на историјата
Шведскиот хемичар Карл Густаф Мосандер го открил тербиумот во 1843 година. Тој ги пронашол неговите нечистотии воИтриум(III) оксидиY2O3Итриумот е именуван по селото Итерби во Шведска. Пред појавата на технологијата за јонска размена, тербиумот не бил изолиран во својата чиста форма.
Мозант прво го поделил итриум(III) оксидот на три дела, сите именувани по руди: итриум(III) оксид,Ербиум(III) оксиди тербиум оксид. Тербиум оксидот првично бил составен од розов дел, поради елементот сега познат како ербиум. „Ербиум(III) оксид“ (вклучувајќи го и она што сега го нарекуваме тербиум) првично бил суштински безбоен дел во растворот. Нерастворливиот оксид на овој елемент се смета за кафеав.
Подоцнежните работници тешко можеле да го забележат ситниот безбоен „ербиум(III) оксид“, но растворливиот розов дел не можел да се игнорира. Дебатите за постоењето на ербиум(III) оксид постојано се појавувале. Во хаосот, оригиналното име било обратно и размената на имиња била заглавена, па розовиот дел на крајот бил споменат како раствор што содржи ербиум (во растворот бил розов). Сега се верува дека работниците кои користат натриум бисулфат или калиум сулфат земаатЦериум(IV) оксидод итриум(III) оксид и ненамерно го претвораат тербиумот во талог што содржи цериум. Само околу 1% од оригиналниот итриум(III) оксид, сега познат како „тербиум“, е доволен за да пренесе жолтеникава боја на итриум(III) оксидот. Затоа, тербиумот е секундарна компонента што првично го содржела и е контролиран од неговите непосредни соседи, гадолиниум и диспрозиум.
Потоа, секогаш кога други ретки земни елементи биле одвоени од оваа смеса, без оглед на пропорцијата на оксидот, името тербиум било задржано сè додека конечно не се добил кафеавиот оксид на тербиум во чиста форма. Истражувачите во 19 век не користеле ултравиолетова флуоресцентна технологија за набљудување на светло жолти или зелени нодули (III), што го олеснувало препознавањето на тербиумот во цврсти смеси или раствори.
Електронска конфигурација
Електронска конфигурација:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Електронската конфигурација на тербиумот е [Xe] 6s24f9. Нормално, само три електрони можат да се отстранат пред нуклеарниот полнеж да стане преголем за понатамошно јонизирање, но во случајот на тербиум, полуполнетиот тербиум овозможува четвртиот електрон дополнително да се јонизира во присуство на многу силни оксиданти како што е гасот флуор.
Тербиумот е сребрено-бел редок земски метал со еластичност, цврстина и мекост што може да се сече со нож. Точка на топење 1360 ℃, точка на вриење 3123 ℃, густина 8229 4 kg/m3. Во споредба со раните лантаниди, тој е релативно стабилен во воздухот. Како деветти елемент на лантанидите, тербиумот е метал со силен електрицитет. Реагира со вода и формира водород.
Во природата, тербиумот никогаш не е пронајден како слободен елемент, од кој мала количина постои во фосфоцериумскиот ториумски песок и гадолинитот. Тербиумот коегзистира со други ретки земни елементи во моназитниот песок, со генерално 0,03% содржина на тербиум. Други извори се ксенотимските и црното ретко злато, кои се мешавини од оксиди и содржат до 1% тербиум.
Апликација
Примената на тербиум најчесто вклучува високотехнолошки полиња, кои се технолошки интензивни и знаење-интензивни најсовремени проекти, како и проекти со значајни економски придобивки, со атрактивни развојни перспективи.
Главните области на примена вклучуваат:
(1) Се користи во форма на мешани ретки земни елементи. На пример, се користи како сложено ѓубриво за ретки земни елементи и додаток во исхраната за земјоделство.
(2) Активатор за зелен прав во три примарни флуоресцентни прашоци. Современите оптоелектронски материјали бараат употреба на три основни бои на фосфор, имено црвена, зелена и сина, кои можат да се користат за синтетизирање на различни бои. А тербиумот е неопходна компонента во многу висококвалитетни зелени флуоресцентни прашоци.
(3) Се користи како магнетооптички материјал за складирање. Тенките филмови од легура на аморфен метал тербиум и преоден метал се користат за производство на високо-перформансни магнето-оптички дискови.
(4) Производство на магнетооптичко стакло. Фарадеевото ротационо стакло што содржи тербиум е клучен материјал за производство на ротатори, изолатори и циркулатори во ласерската технологија.
(5) Развојот и развојот на феромагнетостриктивната легура од тербиум диспрозиум (TerFenol) отвори нови апликации за тербиум.
За земјоделство и сточарство
Тербиумот од ретки земни елементи може да го подобри квалитетот на посевите и да ја зголеми брзината на фотосинтеза во одреден опсег на концентрација. Тербиумските комплекси имаат висока биолошка активност. Тернарните комплекси на тербиум, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, имаат добри антибактериски и бактерицидни ефекти врз Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis и Escherichia coli. Тие имаат широк антибактериски спектар. Проучувањето на ваквите комплекси обезбедува нова насока на истражување за современите бактерицидни лекови.
Се користи во областа на луминисценцијата
Современите оптоелектронски материјали бараат употреба на три основни бои на фосфор, имено црвена, зелена и сина, кои можат да се користат за синтетизирање на различни бои. А тербиумот е неопходна компонента во многу висококвалитетни зелени флуоресцентни прашоци. Ако раѓањето на црвениот флуоресцентен прашок за телевизори во боја со ретки земјени елементи ја стимулираше побарувачката за итриум и европиум, тогаш примената и развојот на тербиумот беа промовирани од зелениот флуоресцентен прашок со три основни бои за ретки земјени елементи за ламби. Во раните 1980-ти, Philips ја измисли првата компактна флуоресцентна ламба за заштеда на енергија во светот и брзо ја промовираше глобално. Tb3+ јоните можат да емитуваат зелена светлина со бранова должина од 545 nm, а скоро сите зелени фосфори од ретки земјени елементи користат тербиум како активатор.
Зелениот фосфор за катодна цевка (CRT) за телевизија во боја отсекогаш се базирал на цинк сулфид, кој е евтин и ефикасен, но тербиумовиот прав отсекогаш се користел како зелен фосфор за проекциска телевизија во боја, вклучувајќи ги Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ и LaOBr ∶ Tb3+. Со развојот на телевизија со голема дефиниција (HDTV) со голем екран, се развиваат и високо-перформансни зелени флуоресцентни прашоци за CRT. На пример, во странство е развиен хибриден зелен флуоресцентен прав, кој се состои од Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ и Y2SiO5: Tb3+, кои имаат одлична ефикасност на луминисценција при висока густина на струја.
Традиционалниот рендгенски флуоресцентен прав е калциум волфрам. Во 1970-тите и 1980-тите години, беа развиени ретки земни фосфори за интензивирачки екрани, како што се тербиум активиран сулфур лантан оксид, тербиум активиран бром лантан оксид (за зелени екрани), тербиум активиран сулфур итриум(III) оксид, итн. Во споредба со калциум волфрам, ретките земни флуоресцентни прав може да го намали времето на рендгенско зрачење кај пациентите за 80%, да ја подобри резолуцијата на рендгенските филмови, да го продолжи животниот век на рендгенските цевки и да ја намали потрошувачката на енергија. Тербиумот се користи и како флуоресцентен прашок активатор за медицински рендгенски екрани за подобрување на рендгенското зрачење, што може значително да ја подобри чувствителноста на конверзијата на рендгенските зраци во оптички слики, да ја подобри јасноста на рендгенските филмови и значително да ја намали дозата на изложеност на рендгенските зраци врз човечкото тело (за повеќе од 50%).
Тербиумот се користи и како активатор во белиот LED фосфор возбуден од сина светлина за ново полупроводничко осветлување. Може да се користи за производство на тербиум алуминиумски магнетооптички кристални фосфори, користејќи сини диоди што емитуваат светлина како извори на светлина за возбудување, а генерираната флуоресценција се меша со светлината за возбудување за да се произведе чиста бела светлина.
Електролуминисцентните материјали направени од тербиум главно вклучуваат зелен фосфор од цинк сулфид со тербиум како активатор. Под ултравиолетово зрачење, органските комплекси на тербиум можат да емитираат силна зелена флуоресценција и можат да се користат како тенкофилмни електролуминисцентни материјали. Иако е постигнат значителен напредок во проучувањето на тенки филмови од комплексни електролуминисцентни органски елементи од ретки земји, сè уште постои одреден јаз од практичноста, а истражувањата за тенки филмови и уреди од комплексни електролуминисцентни органски елементи од ретки земји се сè уште во длабочина.
Флуоресцентните карактеристики на тербиумот се користат и како флуоресцентни сонди. На пример, флуоресцентната сонда на офлоксацин тербиум (Tb3+) беше употребена за проучување на интеракцијата помеѓу комплексот на офлоксацин тербиум (Tb3+) и ДНК (ДНК) преку флуоресцентен спектар и апсорпционен спектар, што укажува дека сондата на офлоксацин Tb3+ може да формира жлеб што се врзува со молекулите на ДНК, а ДНК може значително да ја подобри флуоресценцијата на системот на офлоксацин Tb3+. Врз основа на оваа промена, може да се утврди ДНК.
За магнетооптички материјали
Материјалите со Фарадеев ефект, исто така познати како магнето-оптички материјали, се широко користени во ласерите и другите оптички уреди. Постојат два вообичаени типа на магнето-оптички материјали: магнето-оптички кристали и магнето-оптичко стакло. Меѓу нив, магнето-оптичките кристали (како што се итриум железен гранат и тербиум галиум гранат) имаат предности на прилагодлива работна фреквенција и висока термичка стабилност, но се скапи и тешки за производство. Покрај тоа, многу магнето-оптички кристали со висок Фарадеев агол на ротација имаат висока апсорпција во краткиот бранов опсег, што ја ограничува нивната употреба. Во споредба со магнето-оптичките кристали, магнето-оптичкото стакло има предност на висока пропустливост и лесно се претвора во големи блокови или влакна. Во моментов, магнето-оптичките стакла со висок Фарадеев ефект се главно стакла допирани со ретки земни јони.
Се користи за магнетооптички материјали за складирање
Во последниве години, со брзиот развој на мултимедијата и канцелариската автоматизација, побарувачката за нови магнетни дискови со висок капацитет се зголемува. Филмови од легури на преоден метал од аморфен метал тербиум се користат за производство на високо-перформансни магнето-оптички дискови. Меѓу нив, тенкиот филм од легура TbFeCo има најдобри перформанси. Магнето-оптичките материјали базирани на тербиум се произведуваат во голем обем, а магнето-оптичките дискови направени од нив се користат како компоненти за складирање на компјутери, со капацитет за складирање зголемен за 10-15 пати. Тие имаат предности на голем капацитет и брза брзина на пристап и можат да се избришат и обложат десетици илјади пати кога се користат за оптички дискови со висока густина. Тие се важни материјали во технологијата за складирање на електронски информации. Најчесто користениот магнето-оптички материјал во видливите и блиските инфрацрвени опсези е монокристалот тербиум галиум гранат (TGG), кој е најдобриот магнето-оптички материјал за производство на Фарадееви ротатори и изолатори.
За магнетооптичко стакло
Фарадеевото магнетно оптичко стакло има добра транспарентност и изотропија во видливиот и инфрацрвениот регион и може да формира разни сложени форми. Лесно се произведуваат производи со големи димензии и може да се влече во оптички влакна. Затоа, има широки перспективи за примена во магнетооптички уреди како што се магнетооптички изолатори, магнетооптички модулатори и сензори за струја со оптички влакна. Поради големиот магнетен момент и малиот коефициент на апсорпција во видливиот и инфрацрвениот опсег, Tb3+ јоните станаа најчесто користени ретки земни јони во магнетооптичките стакла.
Феромагнетостриктивна легура на тербиум диспрозиум
На крајот на 20 век, со продлабочувањето на светската научна и технолошка револуција, брзо се појавуваат нови применети материјали од ретки земји. Во 1984 година, Државниот универзитет во Ајова во Соединетите Американски Држави, Лабораторијата „Ејмс“ при Министерството за енергетика на Соединетите Американски Држави и Истражувачкиот центар за површинско оружје на американската морнарица (главниот персонал на подоцна основаната компанија „Американ Еџ Технолоџи“ (ET REMA) дојде од центарот) заеднички развија нов материјал од ретки земји „Смарт“, имено џиновски магнетостриктивен материјал од тербиум диспрозиум железо. Овој нов паметен материјал има одлични карактеристики на брзо претворање на електричната енергија во механичка енергија. Подводните и електроакустичните преобразувачи направени од овој џиновски магнетостриктивен материјал се успешно конфигурирани во поморска опрема, звучници за детекција на нафтени бунари, системи за контрола на бучава и вибрации и системи за истражување на океанот и подземна комуникација. Затоа, штом се роди џиновскиот магнетостриктивен материјал од тербиум диспрозиум железо, тој доби широко внимание од индустријализираните земји ширум светот. „Еџ Технолоџис“ во Соединетите Американски Држави започна со производство на тербиум диспрозиум железен гигантски магнетостриктивни материјали во 1989 година и ги нарече Терфенол Д. Потоа, Шведска, Јапонија, Русија, Обединетото Кралство и Австралија, исто така, развија тербиум диспрозиум железен гигантски магнетостриктивни материјали.
Од историјата на развојот на овој материјал во Соединетите Американски Држави, и пронаоѓањето на материјалот и неговите рани монополски примени се директно поврзани со воената индустрија (како што е морнарицата). Иако воените и одбранбените оддели на Кина постепено го зајакнуваат своето разбирање за овој материјал. Сепак, откако Сеопфатната национална моќ на Кина значително се зголеми, барањата за реализација на воената конкурентна стратегија во 21 век и подобрување на нивото на опрема сигурно ќе бидат многу итни. Затоа, широката употреба на тербиум диспрозиум железни гигантски магнетостриктивни материјали од страна на воените и одбранбените оддели ќе биде историска неопходност.
Накратко, многуте одлични својства на тербиумот го прават неопходен член на многу функционални материјали и незаменлива позиција во некои области на примена. Сепак, поради високата цена на тербиумот, луѓето проучуваат како да ја избегнат и минимизираат употребата на тербиум со цел да ги намалат трошоците за производство. На пример, ретките магнето-оптички материјали треба да користат и нискобуџетен диспрозиум железо кобалт или гадолиниум тербиум кобалт колку што е можно повеќе; обидете се да ја намалите содржината на тербиум во зелениот флуоресцентен прав што мора да се користи. Цената стана важен фактор што ја ограничува широката употреба на тербиумот. Но, многу функционални материјали не можат без него, па затоа мора да се придржуваме до принципот на „користење добар челик на сечилото“ и да се обидеме да ја заштедиме употребата на тербиум колку што е можно повеќе.
Време на објавување: 05 јули 2023