Тербиумспаѓа во категоријата тешки ретки земни елементи, со мала застапеност во Земјината кора од само 1,1 ppm.Тербиум оксидучествува со помалку од 0,01% во вкупните ретки земни елементи. Дури и во тешката руда од ретки земни елементи со висока содржина на итриумски јони и највисока содржина на тербиум, содржината на тербиум учествува само со 1,1-1,2% од вкупниот број.ретки земји, што укажува дека припаѓа на „благородната“ категорија наретки земјиелементи. Повеќе од 100 години од откривањето на тербиумот во 1843 година, неговата реткост и вредност долго време ја спречуваа неговата практична примена. Само во последните 30 годинитербиумго покажа својот уникатен талент.
Откривање на историјата
Шведскиот хемичар Карл Густаф Мосандер го открил тербиумот во 1843 година. Тој ги открил неговите нечистотии воитриум оксидиY2O3. Итриуме именуван по селото Итби во Шведска. Пред појавата на технологијата за јонска размена, тербиумот не бил изолиран во својата чиста форма.
Мосандер првпат поделенитриум оксидна три дела, сите именувани по руди:итриум оксид, ербиум оксид, итербиум оксид. Тербиум оксидпрвично бил составен од розов дел, поради елементот сега познат какоербиум. Ербиум оксид(вклучувајќи го и она што сега го нарекуваме тербиум) првично бил безбоен дел во раствор. Нерастворливиот оксид на овој елемент се смета за кафеав.
Подоцнежните работници сметаа дека им е тешко да забележат ситни безбојни „ербиум оксид„, но растворливиот розов дел не може да се игнорира. Дебатата за постоењето наербиум оксидпостојано се појавуваше. Во хаосот, оригиналното име беше обратно и размената на имиња беше заглавена, па розовиот дел на крајот беше споменат како раствор што содржи ербиум (во растворот беше розов). Сега се верува дека работниците кои користат натриум дисулфид или калиум сулфат за отстранување на цериум диоксид одитриум оксидненамерно свртувањетербиумво цериум што содржи талог. Моментално познат какотербиум', само околу 1% од оригиналотитриум оксиде присутно, но ова е доволно за да се пренесе светло жолта боја наитриум оксидЗатоа,тербиуме секундарна компонента што првично го содржела, а е контролирана од нејзините непосредни соседи,гадолиниумидиспрозиум.
Потоа, секогаш кога другоретки земјиелементите беа одвоени од оваа смеса, без оглед на пропорцијата на оксидот, името тербиум беше задржано сè додека конечно, кафеавиот оксид натербиуме добиен во чиста форма. Истражувачите во 19 век не користеле технологија на ултравиолетова флуоресценција за да набљудуваат светло жолти или зелени нодули (III), што го олеснува препознавањето на тербиумот во цврсти смеси или раствори.
Електронска конфигурација
Електронски распоред:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Електронскиот аранжман натербиуме [Xe] 6s24f9. Нормално, само три електрони можат да се отстранат пред нуклеарниот полнеж да стане преголем за понатамошно јонизирање. Меѓутоа, во случај натербиум, полуполнетиоттербиумовозможува понатамошна јонизација на четвртиот електрон во присуство на многу силен оксиданс како што е гасот флуор.
Метал
Тербиуме сребрено-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 4 kg/m3. Во споредба со раните лантанидни елементи, тој е релативно стабилен во воздухот. Деветтиот елемент од лантанидните елементи, тербиумот, е високо наелектризиран метал кој реагира со вода и формира водороден гас.
Во природата,тербиумникогаш не е пронајден како слободен елемент, присутен во мали количини во фосфор, цериум, ториумски песок и силициум-берилиум-итриумска руда.Тербиумкоегзистира со други ретки земни елементи во моназитскиот песок, со генерално 0,03% содржина на тербиум. Други извори вклучуваат итриум фосфат и реткоземно злато, кои се мешавини од оксиди што содржат до 1% тербиум.
Апликација
Примената натербиумглавно вклучува високотехнолошки области, 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. Итербиуме 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
Ретка земјатербиумможе да го подобри квалитетот на културите и да ја зголеми брзината на фотосинтеза во одреден опсег на концентрација. Комплексите на тербиум имаат висока биолошка активност, а тернарните комплекси натербиум, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, имаат добри антибактериски и бактерицидни ефекти врз Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis и Escherichia coli, со широк спектар на антибактериски својства. Проучувањето на овие 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 од ретки земни телевизори ја стимулираше побарувачката заитриумиевропиум, потоа примената и развојот на тербиумот беа промовирани од флуоресцентен прав со три основни бои од ретки земи 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 флуоресцентни прашоци со ретки земи користаттербиум, како активатор.
Зелениот флуоресцентен прав што се користи за катодни цевки (CRT) за телевизија во боја отсекогаш се базирал главно на евтин и ефикасен цинк сулфид, но тербиумовиот прав отсекогаш се користел како зелен прав за проекција во боја на телевизија, како што се 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 флуоресцентни прашоци од ретки земни елементи за екрани за сензибилизација, како што сетербиум,активиран лантан сулфид оксид, лантан бромид оксид активиран со тербиум (за зелени екрани) и итриум сулфид оксид активиран со тербиум. Во споредба со калциум волфрам, флуоресцентниот прав од ретки земи може да го намали времето на зрачење со Х-зраци кај пациентите за 80%, да ја подобри резолуцијата на Х-зрачните филмови, да го продолжи животниот век на Х-зрачните цевки и да ја намали потрошувачката на енергија. Тербиумот се користи и како активатор на флуоресцентен прав за медицински екрани за подобрување на Х-зраците, што може значително да ја подобри чувствителноста на конверзијата на Х-зраците во оптички слики, да ја подобри јасноста на Х-зрачните филмови и значително да ја намали дозата на изложеност на Х-зраците врз човечкото тело (за повеќе од 50%).
ТербиумИсто така се користи 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 диоди што емитуваат сина 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 флуоресцентен прав од цинк сулфид сотербиумкако 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 наретки земјиКај тенки филмови од органски комплекс, сè уште постои одреден јаз од практичноста, а истражувањата за тенки филмови и уреди од електролуминисцентни комплекси на органски ретки земји се сè уште во длабина.
Флуоресцентните карактеристики на тербиумот се користат и како флуоресцентни сонди. Интеракцијата помеѓу комплексот на офлоксацин тербиум (Tb3+) и деоксирибонуклеинската киселина (ДНК) беше проучена со користење на флуоресцентни и апсорпциони спектри, како што е флуоресцентната сонда на офлоксацин тербиум (Tb3+). Резултатите покажаа дека сондата на офлоксацин Tb3+ може да формира жлеб што се врзува со молекулите на ДНК, а деоксирибонуклеинската киселина може значително да ја зголеми флуоресценцијата на системот на офлоксацин Tb3+. Врз основа на оваа промена, може да се одреди деоксирибонуклеинската киселина.
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 високи агли на ротација на Фарадеев 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. Тенки 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 континуираното продлабочување на светската технолошка револуција, брзо се појавија нови материјали за примена на ретки земјени елементи. Во 1984 година, Државниот универзитет во Ајова, Лабораторијата „Ејмс“ при Министерството за енергетика на САД и Истражувачкиот центар за површинско оружје на американската морнарица (од кој дојде главниот персонал на подоцна основаната корпорација „Еџ Технолоџи“ (ЕТ РЕМА)) соработуваа за да развијат нов интелигентен материјал од ретки земјени елементи, имено феромагнетен магнетостриктивен материјал од тербиум диспрозиум. Овој нов интелигентен материјал има одлични карактеристики на брзо претворање на електричната енергија во механичка енергија. Подводните и електроакустичните преобразувачи направени од овој гигантски 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, со значителното зголемување на сеопфатната национална сила на Кина, побарувачката за постигнување на воена конкурентна стратегија за 21 век и подобрување на нивото на опрема дефинитивно ќе биде многу итна. 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 натербиумго 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 земни магнето-оптички материјали треба да користат и ниски трошоцидиспрозиум железокобалт 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 натербиумНо, 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 зачуваме употребата натербиумколку што е можно повеќе.
Време на објавување: 25 октомври 2023 година