Тербиумспаѓа во категоријата на тешкиретки земји, со мало изобилство во Земјината кора од само 1,1 ppm. Тербиум оксидот сочинува помалку од 0,01% од вкупните ретки земји. Дури и во тешките ретки земјени руди од типот на висок итриум-јонски тип со најголема содржина на тербиум, содржината на тербиум сочинува само 1,1-1,2% од вкупната ретка земја, што покажува дека припаѓа на „благородната“ категорија на ретки земјени елементи. Повеќе од 100 години од откривањето на тербиумот во 1843 година, неговиот недостаток и вредност ја спречуваат неговата практична примена долго време. Само во изминатите 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) оксидиY2O3. Итриумот е именуван по селото Итерби во Шведска. Пред појавата на технологијата за јонска размена, тербиумот не бил изолиран во чиста форма.
Мосант прво го подели оксидот на итриум (III) на три дела, сите именувани по рудите: оксид на итриум (III),Ербиум (III) оксиди тербиум оксид. Тербиум оксидот првично бил составен од розов дел, поради елементот кој сега е познат како ербиум. „Ербиум(III) оксид“ (вклучувајќи го и она што сега го нарекуваме тербиум) првично беше суштински безбоен дел во растворот. Нерастворливиот оксид на овој елемент се смета за кафеав.
Подоцнежните работници тешко можеа да го набљудуваат ситниот безбоен „ербиум(III) оксид“, но растворливиот розов дел не можеше да се игнорира. Дебатите за постоењето на оксидот на ербиум (III) постојано се појавуваат. Во хаосот, првобитното име беше обратно и размената на имиња беше заглавена, па розовиот дел на крајот беше спомнат како раствор што содржи ербиум (во растворот беше 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 седимент кој содржи цериум. Само околу 1% од оригиналниот итриум (III) оксид, сега познат како „тербиум“, е доволно за да се пренесе жолтеникава боја на оксидот на итриум (III). Затоа, тербиумот е секундарна компонента која првично го содржела, а е контролирана од неговите непосредни соседи, гадолиниум и диспрозиум.
Потоа, секогаш кога од оваа смеса се одвојувале други ретки земјени елементи, без оглед на пропорцијата на оксидот, името тербиум се задржувало додека конечно не се добиел кафеавиот оксид на тербиум во чиста форма. Истражувачите во 19 век не користеле технологија на ултравиолетова флуоресценција за да ги набљудуваат светложолтите или зелените нодули (III), што го олеснува препознавањето на тербиумот во цврстите смеси или раствори.
Конфигурација на електрони
Конфигурација на електрони:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Електронската конфигурација на тербиумот е [Xe] 6s24f9. Нормално, само три електрони може да се отстранат пред нуклеарното полнење да стане преголемо за дополнително да се јонизира, но во случајот со тербиум, полуполниот тербиум овозможува четвртиот електрон дополнително да се јонизира во присуство на многу силни оксиданти како што е флуорниот гас.
Тербиумот е сребрен бел редок земјен метал со еластичност, цврстина и мекост што може да се сече со нож. Точка на топење 1360 ℃, точка на вриење 3123 ℃, густина 8229 4kg/m3. Во споредба со раниот лантанид, тој е релативно стабилен во воздухот. Како деветти елемент на лантанидот, тербиумот е метал со силен електрицитет. Тој реагира со вода за да формира водород.
Во природата, тербиумот никогаш не е откриен како слободен елемент, чие мало количество постои во фосфоцериум ториум песок и гадолинит. Тербиумот коегзистира со други ретки земјени елементи во моназитниот песок, со генерално 0,03% содржина на тербиум. Други извори се Xenotime и руди на црно ретко злато, кои се мешавини на оксиди и содржат до 1% тербиум.
Апликација
Примената на тербиумот претежно вклучува полиња со висока технологија, кои се технолошки интензивни и најсовремени проекти интензивни на знаење, како и проекти со значителни економски придобивки, со атрактивни изгледи за развој.
Главните области на примена вклучуваат:
(1) Се користи во форма на мешани ретки земји. На пример, се користи како сложено ѓубриво за ретки земји и додаток за добиточна храна за земјоделството.
(2) Активатор за зелен прав во три основни флуоресцентни прашоци. Современите оптоелектронски материјали бараат употреба на три основни бои на фосфор, имено црвена, зелена и сина, кои можат да се користат за синтеза на различни бои. А тербиумот е незаменлива компонента во многу висококвалитетни зелени флуоресцентни прашоци.
(3) Се користи како магнето оптички материјал за складирање. За производство на магнето-оптички дискови со високи перформанси, тенки фолии од легура на преодни метали од аморфен тербиум се користат.
(4) Производство на магнето оптичко стакло. Фарадеј ротирачкото стакло што содржи тербиум е клучен материјал за производство на ротатори, изолатори и циркулатори во ласерската технологија.
(5) Развојот и развојот на феромагнетостриктивната легура на тербиум диспрозиум (TerFenol) отвори нови апликации за тербиум.
За земјоделство и сточарство
Тербиумот од ретка земја може да го подобри квалитетот на земјоделските култури и да ја зголеми стапката на фотосинтеза во одреден опсег на концентрација. Тербиумските комплекси имаат висока биолошка активност. Троични 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 дава нова насока за истражување за современите бактерицидни лекови.
Се користи во областа на луминисценција
Современите оптоелектронски материјали бараат употреба на три основни бои на фосфор, имено црвена, зелена и сина, кои можат да се користат за синтеза на различни бои. А тербиумот е незаменлива компонента во многу висококвалитетни зелени флуоресцентни прашоци. Ако раѓањето на црвениот флуоресцентен прав од телевизор во боја на ретка земја ја поттикна побарувачката за итриум и европиум, тогаш примената и развојот на тербиум се промовирани со зелениот флуоресцентен прашок од ретка земја со три основни бои за светилки. Во раните 1980-ти, Philips ја измисли првата компактна флуоресцентна светилка за заштеда на енергија во светот и брзо ја промовираше на глобално ниво. Tb3+јоните можат да испуштаат зелена светлина со бранова должина од 545 nm, а речиси сите ретки земјени зелени фосфори користат тербиум како активатор.
Зелениот фосфор за катодна цевка за ТВ во боја (CRT) отсекогаш се базирал на цинк сулфид, кој е евтин и ефикасен, но прашокот од тербиум отсекогаш се користел како зелен фосфор за проекција на ТВ во боја, вклучувајќи Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ и LaOBr ∶ Tb3+. Со развојот на телевизор со висока дефиниција со голем екран (HDTV), се развиваат и зелени флуоресцентни прашоци со високи перформанси 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 струјата.
Традиционалниот флуоресцентен прав со рендген е калциум волфрам. Во 1970-тите и 1980-тите, беа развиени фосфори од ретки земји за интензивирање на екраните, како што се тербиум активиран сулфур Лантан оксид, тербиум активиран бром Лантан оксид (за зелени екрани), тербиум активиран сулфур Итриум (III) тукал оксид, итн. ретка земја Флуоресцентниот прав може да го намали времето на зрачење со Х-зраци за пациентите за 80%, да ја подобри резолуцијата на филмовите со рендген, да го продолжи животниот век на цевките со рендген и да ја намали потрошувачката на енергија. Тербиумот исто така се користи како флуоресцентен активатор во прав за медицински екрани за подобрување на рендгенските зраци, што може во голема мера да ја подобри чувствителноста на рендгенската конверзија во оптички слики, да ја подобри јасноста на рендгенските филмови и значително да ја намали дозата на експозиција на Х- зраци на човечкото тело (за повеќе од 50%).
Тербиумот се користи и како активатор во белиот LED фосфор возбуден од сината светлина за ново полупроводно осветлување. Може да се користи за производство на тербиум алуминиумски магнето-оптички кристални фосфори, користејќи диоди што емитуваат сина светлина како извори на светлина за возбудување, а генерираната флуоресценција се меша со светлината на возбудата за да се произведе чиста бела светлина.
Електролуминисцентните материјали направени од тербиум главно вклучуваат цинк сулфид зелен фосфор со тербиум како активатор. Под ултравиолетово зрачење, органските комплекси на тербиум можат да испуштаат силна зелена флуоресценција и може да се користат како електролуминисцентни материјали со тенок филм. Иако е постигнат значителен напредок во проучувањето на електролуминисцентните тенки фолии од органски комплекси од ретки земји, сè уште постои одреден јаз од практичноста, а истражувањето на органски комплексни електролуминисцентни тенки фолии и уреди од ретки земји се сè уште во длабочина.
Флуоресцентните карактеристики на тербиумот се користат и како флуоресцентни сонди. На пример, сондата за флуоресценција на офлоксацин тербиум (Tb3+) беше искористена за проучување на интеракцијата помеѓу комплексот Офлоксацин тербиум (Tb3+) и ДНК (ДНК) преку флуоресцентен спектар и спектар на апсорпција, што покажува дека сондата Офлоксацин Tb3+ може да формира жлебови кои се врзуваат со ДНК. и ДНК може значително да ја подобри флуоресценцијата на Офлоксацин Tb3+ систем. Врз основа на оваа промена може да се утврди ДНК.
За магнето-оптички материјали
Материјалите со ефект на Фарадеј, познати и како магнето-оптички материјали, се широко користени во ласери и други 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) ги имаат предностите на прилагодлива работна фреквенција и висока термичка стабилност, но тие се скапи и тешки за производство. Покрај тоа, многу магнето-оптички кристали со висок агол на ротација на Фарадеј имаат висока апсорпција во опсегот на кратки бранови, што ја ограничува нивната употреба. Во споредба со магнето оптичките кристали, магнето оптичкото стакло ја има предноста на високата пропустливост и лесно се прави во големи блокови или влакна. Во моментов, магнето-оптичките очила со висок ефект на Фарадеј се главно стакла со ретки земјени јони.
Се користи за магнето-оптички материјали за складирање
Во последниве години, со брзиот развој на мултимедијалната и канцелариската автоматизација, побарувачката за нови магнетни дискови со висок капацитет се зголемува. За производство на магнето-оптички дискови со високи перформанси се користени филмови од легура на преодни метални тербиум од аморфен метал. Меѓу нив, тенкиот филм од легура TbFeCo има најдобри перформанси. Магнето-оптичките материјали базирани на тербиум се произведени 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 ги имаат предностите на голем капацитет и брза брзина на пристап, а може да се бришат и обложат десетици илјади пати кога се користат за оптички дискови со висока густина. Тие се важни материјали во технологијата за електронско складирање на информации. Најчесто користен магнето-оптички материјал во видливите и блиско-инфрацрвените појаси е еднокристалот Terbium Gallium Garnet (TGG), кој е најдобриот магнето-оптички материјал за изработка на Фарадејски ротатори и изолатори.
За магнето оптичко стакло
Фарадеј магнето оптичкото стакло има добра транспарентност и изотропија во видливите и инфрацрвените региони и може да формира различни сложени форми. Лесно е да се произведуваат производи со големи димензии и може да се вовлечат во оптички влакна. Затоа, има широки изгледи за примена во магнето-оптички уреди како што се магнето оптички изолатори, магнето оптички 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 вообичаено користени јони на ретки земји во магнето оптичките очила.
Тербиум диспрозиум феромагнетостриктивна легура
На крајот на 20 век, со продлабочувањето на светската научна и технолошка револуција, брзо се појавуваат нови применети материјали за ретки земји. Во 1984 година, Државниот универзитет во Ајова на Соединетите Американски Држави, Лабораторијата Ејмс на Одделот за енергетика на Соединетите Американски Држави и Истражувачкиот центар за површинско оружје на американската морнарица (главниот персонал на подоцна основаната Американска компанија за врвна технологија (ET REMA) потекнува од центарот) заеднички развија нов паметен материјал од ретки земји, имено железен џиновски магнетостриктивен материјал тербиум диспрозиум. Овој нов паметен материјал има одлични карактеристики за брзо претворање на електричната енергија во механичка енергија. Подводните и електро-акустичните трансдуктори направени од овој џиновски магнетостриктивен материјал се успешно конфигурирани во поморска опрема, звучници за откривање на нафтени бунари, системи за контрола на бучава и вибрации и системи за истражување на океаните и подземни комуникациски системи. Затоа, штом се роди џиновскиот магнетостриктивен материјал од тербиум диспрозиум, доби големо внимание од индустријализираните земји ширум светот. Edge Technologies во Соединетите Американски Држави започна со производство на џиновски магнетостриктивни материјали од железо со тербиум диспрозиум во 1989 година и ги именуваше како Terfenol D.
Од историјата на развојот на овој материјал во САД, и пронајдокот на материјалот и неговите рани монополистички апликации 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. Меѓутоа, 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 секако ќе бидат многу итни. Затоа, широката употреба на тербиум диспрозиум железни џиновски магнетостриктивни материјали од страна на воените и националните одделенија за одбрана ќе биде историска потреба.
Накратко, многуте одлични својства на тербиумот го прават незаменлив член на многу функционални материјали и незаменлива позиција во некои полиња на примена. Меѓутоа, поради високата цена на тербиумот, луѓето проучувале како да се избегне и минимизира употребата на тербиум со цел да се намалат трошоците за производство. На пример, магнето-оптичките материјали за ретки земји, исто така, треба да користат евтин диспрозиум железен 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 тербиум. Но, многу функционални материјали не можат без него, па затоа мора да се придржуваме до принципот „користење добар челик на сечилото“ и да се обидеме да ја зачуваме употребата на тербиум колку што е можно повеќе.
Време на објавување: јули-05-2023 година