Тербий, 65-й элемент таблицы Менделеева, является редкоземельным металлом, принадлежащим к ряду лантаноидов. Хотя лантаноиды описывают как скучную группу элементов, каждый из них имеет свои уникальные свойства и применение. Тербий, хотя и не так популярен, как неодим, иттербий или самарий, все же имеет важные применения и в земной коре встречается в два раза чаще, чем серебро. Заметным применением тербия является производство Терфенола-Д, сплава тербия, который используется в приводах.
Элемент находится в середине ряда лантаноидов между гадолинием и диспрозием. Соединения тербия обычно содержат ион тербия в валентном состоянии 3+. Но в некоторых твердых соединениях тербий может существовать в валентном состоянии 4+, что весьма необычно. Это связано с тем, что его четвертая энергия ионизации относительно невелика и он достигает более стабильной, наполовину заполненной внешней оболочки электронов. Еще одно поразительное свойство соединений тербия можно объяснить их спектроскопическими и оптическими свойствами, что делает его одним из наиболее интересных и изученных элементов-лантанидов.
Открытие редкоземельного тербия
Шведский химик Карл Густав Мосандер первым успешно выделил тербий в 1843 году в Стокгольме. Мосандер уже исследовал оксид церия и выделил из него новый элемент — лантан. Позже он сосредоточился на иттрии, думая, что он также может содержать другой элемент. Позже он успешно выделил из иттрия два оксида металла, а именно; оксид тербия и оксид эрбия, о которых он объявил в 1843 году. Оксид тербия имеет желтый цвет, а оксид эрбия имеет розово-розовый цвет.
В 1843 году профессор Карл Мосандер смог разделить минерал гадолинит на три материала, которые он назвал иттрием, эрбием и тербием. Из двух этих веществ он открыл эрбий и тербий.
Распространение/источники редкоземельного тербия
Тербий можно найти в минералах наряду с другими редкоземельными элементами, включая церит и гадолинит. Элемент можно извлечь из монацита, который содержит до 0,03 процента элемента. Его также можно получить из эвксенита, сложного оксида, содержащего около одного процента тербия. Другой источник – ксенотим. Благодаря недавним достижениям в области ионообменных методов разделения редкоземельных элементов тербий можно легко изолировать от его природных источников. Это наиболее эффективная процедура отделения соли тербия от раствора соли редкоземельного элемента.
Одним из методов промышленного производства редкоземельных металлов является восстановление безводного хлорида или фторида кальцием, хотя доступны и другие методы выделения. Для удаления примесей кальция и тантала можно использовать вакуумную переплавку. Тербий также можно получить электролизом оксида тербия в расплавленном хлориде кальция.
Свойства редкоземельного тербия
- Тербий – редкоземельный металл, принадлежащий к ряду лантаноидов.
- 9-й элемент ряда лантаноидов.
- Это довольно электроположительный металл, который реагирует с водой с выделением газообразного водорода.
- Металл мягкий, серебристо-серого цвета, относительно стабилен на воздухе.
- Он податливый, его можно резать ножом.
- Он встречается в двух кристаллических модификациях с температурой превращения 2352 ° F (1289 ° C).
- Образует оксид темно-бордового или шоколадного цвета.
- Тербий имеет несколько изотопов с атомными массами от 145 до 165.
- О токсичности тербия известно немного, поэтому следует обращаться с ним осторожно.
Изотопы редкоземельного тербия
Охарактеризовано несколько изотопов тербия. Но встречающийся в природе тербий имеет только стабильный изотоп тербий-159. Это мононуклеоз и моноизотопный. В настоящее время охарактеризовано 36 радиоактивных изотопов тербия, самый тяжелый из которых — тербий-171, а самый легкий — тербий-135. Из всех радиоизотопов наиболее стабильными являются тербий-158 (период полураспада 180 лет) и тербий-157 (период полураспада 71 год).
Тербий также имеет 27 ядерных изомеров с массами 141–154, 156 и 158, причем наиболее стабильным из них является тербий-156m с периодом полураспада 24,4 часа и тербий-156m2 с периодом полураспада 22,7 часа. .
Использование редкоземельного тербия
Как и другие редкоземельные металлы, тербий имеет уникальные применения, хотя их не так много.
- Борат тербия натрия используется в твердотельных устройствах. В сочетании с диоксидом циркония тербий натрия может действовать как кристаллический стабилизатор высокотемпературных топливных элементов.
- Мишени для распыления тербия и материалы для испарения тербия используются в процессах осаждения, включая осаждение полупроводников, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и физическое осаждение из паровой фазы (PVD).
- Тербий также используется в качестве легирующей добавки во фториде кальция, вольфрамате кальция, молибдате стронция и материалах, используемых в твердотельных устройствах.
- Тербий используется для изготовления сплавов и электронных устройств.
- Тербий используется в приводах как компонент Терфенола-Д, тербиевого сплава, который расширяется или сжимается в присутствии магнитного поля.
- Он также используется в военно-морских гидроакустических системах, датчиках и других магнитомеханических устройствах.
- Соли тербия находят полезное применение в лазерных устройствах.