Terbiumpatrí do kategórie ťažkých vzácnych zemín s nízkym výskytom v zemskej kôre, iba 1,1 ppm.Oxid terbiapredstavuje menej ako 0,01 % z celkového množstva vzácnych zemín. Dokonca aj v rude ťažkých vzácnych zemín s vysokým obsahom ytriových iónov s najvyšším obsahom terbia predstavuje obsah terbia iba 1,1 – 1,2 % z celkového množstvavzácnych zemín, čo naznačuje, že patrí do „ušľachtilej“ kategórievzácnych zemínprvky. Viac ako 100 rokov od objavenia terbia v roku 1843 jeho nedostatok a hodnota dlho bránili jeho praktickému využitiu. Až v posledných 30 rokoch...terbiumukázal svoj jedinečný talent.
Objavovanie histórie
Švédsky chemik Carl Gustaf Mosander objavil terbium v roku 1843. Objavil jeho nečistoty voxid ytriaaY2O3. Ytriumje pomenované podľa dediny Itby vo Švédsku. Pred vznikom technológie iónovej výmeny sa terbium neizolovalo v čistej forme.
Mossander najprv rozdeliloxid ytriana tri časti, všetky pomenované podľa rúd:oxid ytria, oxid erbiaaoxid terbia. Oxid terbiapôvodne pozostával z ružovej časti kvôli prvku, ktorý je dnes známy akoerbium. Oxid erbia(vrátane toho, čo dnes nazývame terbium) bol pôvodne bezfarebnou súčasťou roztoku. Nerozpustný oxid tohto prvku sa považuje za hnedý.
Neskorší pracovníci mali problém pozorovať drobné bezfarebné „oxid erbia„ale rozpustnú ružovú časť nemožno ignorovať. Debata o existenciioxid erbiasa opakovane objavoval. V chaose bol pôvodný názov obrátený a výmena názvov uviazla, takže ružová časť bola nakoniec spomenutá ako roztok obsahujúci erbium (v roztoku bola ružová). Teraz sa predpokladá, že pracovníci, ktorí používajú disulfid sodný alebo síran draselný na odstránenie oxidu céru zoxid ytrianeúmyselne sa otočiťterbiumna zrazeniny obsahujúce cér. V súčasnosti známe ako „terbium„, iba asi 1 % pôvodnej hodnotyoxid ytriaje prítomný, ale to stačí na prenos svetložltej farby naoxid ytriaPreto,terbiumje sekundárna zložka, ktorá ju pôvodne obsahovala a je ovládaná svojimi bezprostrednými susedmi,gadolíniumadysprózium.
Následne, kedykoľvek inévzácnych zemínprvky boli z tejto zmesi oddelené bez ohľadu na podiel oxidu, názov terbium sa zachoval až do momentu, kedy sa získal hnedý oxidterbiumbol získaný v čistej forme. Výskumníci v 19. storočí nepoužívali technológiu ultrafialovej fluorescencie na pozorovanie jasne žltých alebo zelených uzlíkov (III), čo uľahčilo rozpoznanie terbia v pevných zmesiach alebo roztokoch.
Elektrónová konfigurácia
Elektronické rozloženie:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronické usporiadanieterbiumje [Xe] 6s24f9. Normálne je možné odstrániť iba tri elektróny predtým, ako sa jadrový náboj stane príliš veľkým na ďalšiu ionizáciu. Avšak v prípadeterbium, polonaplnenýterbiumumožňuje ďalšiu ionizáciu štvrtého elektrónu v prítomnosti veľmi silného oxidačného činidla, ako je napríklad plynný fluór.
Kov
Terbiumje striebornobiely kov vzácnych zemín s tvárnosťou, húževnatosťou a mäkkosťou, ktorý sa dá rezať nožom. Teplota topenia 1360 ℃, bod varu 3123 ℃, hustota 8229,4 kg/m3. V porovnaní s ranými lantanoidovými prvkami je na vzduchu relatívne stabilný. Deviaty prvok lantanoidových prvkov, terbium, je vysoko nabitý kov, ktorý reaguje s vodou za vzniku plynného vodíka.
V prírode,terbiumnikdy sa nezistilo, že by bol voľným prvkom, prítomný v malých množstvách vo fosforovom, cérovom, tórovom piesku a kremíkovo-berýliovo-ytriovej rude.TerbiumKoexistuje s inými prvkami vzácnych zemín v monazitovom piesku, s obsahom terbia zvyčajne 0,03 %. Medzi ďalšie zdroje patrí fosforečnan ytritý a zlato vzácnych zemín, ktoré sú zmesami oxidov obsahujúcich až 1 % terbia.
Aplikácia
Aplikáciaterbiumzahŕňa prevažne high-tech oblasti, čo sú technologicky a znalostne náročné špičkové projekty, ako aj projekty s významnými ekonomickými prínosmi a atraktívnymi rozvojovými vyhliadkami.
Medzi hlavné oblasti použitia patria:
(1) Používa sa vo forme zmesi vzácnych zemín. Napríklad sa používa ako komplexné hnojivo na báze vzácnych zemín a kŕmna prísada pre poľnohospodárstvo.
(2) Aktivátor pre zelený prášok v troch primárnych fluorescenčných práškoch. Moderné optoelektronické materiály vyžadujú použitie troch základných farieb fosforov, a to červenej, zelenej a modrej, ktoré možno použiť na syntézu rôznych farieb. Aterbiumje nevyhnutnou súčasťou mnohých vysokokvalitných zelených fluorescenčných práškov.
(3) Používa sa ako magnetooptický pamäťový materiál. Tenké filmy z amorfnej zliatiny prechodného kovu a terbia sa používajú na výrobu vysokovýkonných magnetooptických diskov.
(4) Výroba magnetooptického skla. Faradayovo rotačné sklo obsahujúce terbium je kľúčovým materiálom na výrobu rotátorov, izolátorov a cirkulátorov v laserovej technológii.
(5) Vývoj a zdokonaľovanie feromagnetostrikčnej zliatiny terbium-dysprosium (TerFenol) otvorilo terbiu nové možnosti využitia.
Pre poľnohospodárstvo a chov zvierat
Vzácna zemterbiummôže zlepšiť kvalitu plodín a zvýšiť rýchlosť fotosyntézy v určitom koncentračnom rozsahu. Komplexy terbia majú vysokú biologickú aktivitu a ternárne komplexyterbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, majú dobré antibakteriálne a baktericídne účinky na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis a Escherichia coli so širokospektrálnymi antibakteriálnymi vlastnosťami. Štúdium týchto komplexov poskytuje nový smer výskumu pre moderné baktericídne liečivá.
Používa sa v oblasti luminiscencie
Moderné optoelektronické materiály vyžadujú použitie troch základných farieb fosforu, a to červenej, zelenej a modrej, ktoré sa dajú použiť na syntézu rôznych farieb. A terbium je nevyhnutnou súčasťou mnohých vysokokvalitných zelených fluorescenčných práškov. Ak vznik farebného televízneho červeného fluorescenčného prášku vzácnych zemín stimuloval dopyt po...ytriumaeurópium, potom aplikácia a vývoj terbia boli podporené vďaka trojfarebnému zelenému fluorescenčnému prášku vzácnych zemín pre lampy. Začiatkom 80. rokov 20. storočia spoločnosť Philips vynašla prvú kompaktnú energeticky úspornú žiarivku na svete a rýchlo ju propagovala po celom svete. Ióny Tb3+ môžu vyžarovať zelené svetlo s vlnovou dĺžkou 545 nm a takmer všetky zelené fluorescenčné prášky vzácnych zemín ich používajú.terbium, ako aktivátor.
Zelený fluorescenčný prášok používaný pre farebné televízory s katódovou trubicou (CRT) bol vždy založený hlavne na lacnom a účinnom sulfide zinočnatom, ale terbiový prášok sa vždy používal ako zelený prášok pre projekčné farebné televízory, ako napríklad Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+ a LaOBr:Tb3+. S rozvojom veľkoplošných televízorov s vysokým rozlíšením (HDTV) sa vyvíjajú aj vysokovýkonné zelené fluorescenčné prášky pre CRT. Napríklad v zahraničí bol vyvinutý hybridný zelený fluorescenčný prášok pozostávajúci z Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ a Y2SiO5:Tb3+, ktoré majú vynikajúcu luminiscenčnú účinnosť pri vysokej prúdovej hustote.
Tradičným röntgenovým fluorescenčným práškom je wolfráman vápenatý. V 70. a 80. rokoch 20. storočia boli vyvinuté fluorescenčné prášky vzácnych zemín na senzibilizačné skríningy, ako napríkladterbium,aktivovaný oxid sulfidu lantanitého, terbiom aktivovaný oxid bromidu lantanitého (pre zelené obrazovky) a terbiom aktivovaný oxid sulfidu ytria. V porovnaní s wolfrámanom vápenatým môže fluorescenčný prášok vzácnych zemín skrátiť čas ožiarenia pacientov röntgenovým žiarením o 80 %, zlepšiť rozlíšenie röntgenových filmov, predĺžiť životnosť röntgenových trubíc a znížiť spotrebu energie. Terbium sa tiež používa ako aktivátor fluorescenčného prášku pre lekárske obrazovky na zosilnenie röntgenového žiarenia, čo môže výrazne zlepšiť citlivosť konverzie röntgenového žiarenia na optické obrazy, zlepšiť jasnosť röntgenových filmov a výrazne znížiť expozičnú dávku röntgenového žiarenia pre ľudské telo (o viac ako 50 %).
TerbiumPoužíva sa tiež ako aktivátor v bielom LED fosfore budenom modrým svetlom pre nové polovodičové osvetlenie. Môže sa použiť na výrobu terbiovo-hliníkových magnetooptických kryštálových fosforov s použitím modrých svetelných diód ako zdrojov excitačného svetla a generovaná fluorescencia sa zmieša s excitačným svetlom za vzniku čistého bieleho svetla.
Elektroluminiscenčné materiály vyrobené z terbia zahŕňajú hlavne zelený fluorescenčný prášok sulfidu zinočnatého sterbiumako aktivátor. Pri ultrafialovom ožiarení môžu organické komplexy terbia emitovať silnú zelenú fluorescenciu a môžu byť použité ako tenkovrstvové elektroluminiscenčné materiály. Hoci sa dosiahol významný pokrok v štúdiuvzácnych zemínPokiaľ ide o tenké organické komplexné elektroluminiscenčné vrstvy, stále existuje určitá medzera od praktickosti a výskum tenkých vrstiev a zariadení s organickými komplexmi vzácnych zemín je stále v hĺbke.
Fluorescenčné charakteristiky terbia sa tiež používajú ako fluorescenčné sondy. Interakcia medzi komplexom ofloxacínu a terbia (Tb3+) a deoxyribonukleovou kyselinou (DNA) bola študovaná pomocou fluorescenčných a absorpčných spektier, ako napríklad fluorescenčná sonda ofloxacínu a terbia (Tb3+). Výsledky ukázali, že sonda ofloxacínu a terbia môže tvoriť väzbovú drážku s molekulami DNA a deoxyribonukleová kyselina môže významne zvýšiť fluorescenciu systému ofloxacínu a terbia. Na základe tejto zmeny je možné určiť deoxyribonukleovú kyselinu.
Pre magnetooptické materiály
Materiály s Faradayovým efektom, známe aj ako magnetooptické materiály, sa široko používajú v laseroch a iných optických zariadeniach. Existujú dva bežné typy magnetooptických materiálov: magnetooptické kryštály a magnetooptické sklo. Medzi nimi majú magnetooptické kryštály (ako napríklad ytriovo-železitý granát a terbiovo-gálium granát) výhody nastaviteľnej prevádzkovej frekvencie a vysokej tepelnej stability, ale sú drahé a ťažko sa vyrábajú. Okrem toho má mnoho magnetooptických kryštálov s vysokými Faradayovými uhlami rotácie vysokú absorpciu v rozsahu krátkych vĺn, čo obmedzuje ich použitie. V porovnaní s magnetooptickými kryštálmi má magnetooptické sklo výhodu vysokej priepustnosti a ľahko sa z neho vyrábajú veľké bloky alebo vlákna. V súčasnosti sú magnetooptické sklá s vysokým Faradayovým efektom prevažne sklá dopované iónmi vzácnych zemín.
Používa sa na magnetooptické pamäťové materiály
V posledných rokoch, s rýchlym rozvojom multimédií a kancelárskej automatizácie, rastie dopyt po nových magnetických diskoch s vysokou kapacitou. Tenké filmy z amorfnej zliatiny kovu terbia a prechodného kovu sa používajú na výrobu vysokovýkonných magnetooptických diskov. Medzi nimi má tenký film zo zliatiny TbFeCo najlepší výkon. Magnetooptické materiály na báze terbia sa vyrábajú vo veľkom meradle a magnetooptické disky z nich vyrobené sa používajú ako komponenty počítačových úložísk, pričom ich pamäťová kapacita sa zvyšuje 10 až 15-krát. Majú výhody veľkej kapacity a rýchlej prístupovej rýchlosti a pri použití na optické disky s vysokou hustotou sa dajú utierať a poťahovať desaťtisíckrát. Sú dôležitými materiálmi v technológii elektronického ukladania informácií. Najbežnejšie používaným magnetooptickým materiálom vo viditeľnom a blízkom infračervenom pásme je monokryštál terbiovo-gálium-granátu (TGG), ktorý je najlepším magnetooptickým materiálom na výrobu Faradayových rotátorov a izolátorov.
Pre magnetooptické sklo
Faradayovo magnetooptické sklo má dobrú priehľadnosť a izotropiu vo viditeľnej a infračervenej oblasti a môže vytvárať rôzne zložité tvary. Ľahko sa z neho vyrábajú veľké produkty a možno ho ťahať do optických vlákien. Preto má široké uplatnenie v magnetooptických zariadeniach, ako sú magnetooptické izolátory, magnetooptické modulátory a senzory prúdu z optických vlákien. Vďaka svojmu veľkému magnetickému momentu a malému absorpčnému koeficientu vo viditeľnej a infračervenej oblasti sa ióny Tb3+ stali bežne používanými iónmi vzácnych zemín v magnetooptických sklách.
Terbium-dyspróziová feromagnetostrikčná zliatina
Koncom 20. storočia, s neustálym prehlbovaním svetovej technologickej revolúcie, sa rýchlo objavovali nové materiály na použitie v vzácnych zeminách. V roku 1984 Iowská štátna univerzita, Amesovo laboratórium amerického ministerstva energetiky a Výskumné centrum pre povrchové zbrane amerického námorníctva (z ktorého pochádzali hlavní pracovníci neskôr založenej spoločnosti Edge Technology Corporation (ET REMA)) spolupracovali na vývoji nového inteligentného materiálu vzácnych zemín, a to feromagnetického magnetostrikčného materiálu terbium dysprosium. Tento nový inteligentný materiál má vynikajúce vlastnosti rýchlej premeny elektrickej energie na mechanickú energiu. Podvodné a elektroakustické meniče vyrobené z tohto obrovského magnetostrikčného materiálu boli úspešne nakonfigurované v námorných zariadeniach, reproduktoroch na detekciu ropných vrtov, systémoch na kontrolu hluku a vibrácií a systémoch prieskumu oceánov a podzemnej komunikácie. Preto hneď ako sa zrodil obrovský magnetostrikčný materiál terbium dysprosium železo, získal si širokú pozornosť industrializovaných krajín celého sveta. Spoločnosť Edge Technologies v Spojených štátoch začala v roku 1989 vyrábať obrovské magnetostrikčné materiály na báze terbia a dysprózia a pomenovala ich Terfenol D. Následne tieto obrovské magnetostrikčné materiály vyvinuli aj Švédsko, Japonsko, Rusko, Spojené kráľovstvo a Austrália.
Z histórie vývoja tohto materiálu v Spojených štátoch vyplýva, že vynález materiálu aj jeho skoré monopolné aplikácie priamo súvisia s vojenským priemyslom (napríklad s námorníctvom). Hoci čínske vojenské a obranné oddelenia postupne prehlbujú svoje znalosti o tomto materiáli, s výrazným posilnením komplexnej národnej sily Číny bude dopyt po dosiahnutí vojenskej konkurencieschopnej stratégie 21. storočia a zlepšení úrovne vybavenia určite veľmi naliehavý. Preto bude rozsiahle používanie obrovských magnetostrikčných materiálov na báze terbium-dysprosium-železa vojenskými a národnými obrannými oddeleniami historickou nevyhnutnosťou.
Stručne povedané, mnohé vynikajúce vlastnostiterbiumvďaka čomu je terbium nepostrádateľným prvkom mnohých funkčných materiálov a v niektorých aplikačných oblastiach má nenahraditeľné miesto. Avšak kvôli vysokej cene terbia sa ľudia snažia vyhnúť sa jeho používaniu a minimalizovať ho, aby sa znížili výrobné náklady. Napríklad magnetooptické materiály vzácnych zemín by mali byť lacnejšie.dysprosium železokobalt alebo gadolínium terbium kobalt čo najviac; Snažte sa znížiť obsah terbia v zelenom fluorescenčnom prášku, ktorý sa musí použiť. Cena sa stala dôležitým faktorom obmedzujúcim široké používanieterbiumMnohé funkčné materiály sa však bez nej nezaobídu, preto sa musíme držať zásady „používať na čepeľ kvalitnú oceľ“ a snažiť sa ušetriť na používaní...terbiumčo najviac.
Čas uverejnenia: 25. októbra 2023