terbiyum - Terbium
 | |||||||||||||||||||||||
| Terbiyum | |||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Telaffuz |
/ T ɜːr b i'nin ə m / ( TUR -Ar-əm ) |
||||||||||||||||||||||
| Dış görünüş | gümüş beyazı | ||||||||||||||||||||||
| Standart atom ağırlığı A r, std (Tb) | 158.925 354 (8) | ||||||||||||||||||||||
| Periyodik tablodaki terbiyum | |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
| Atom numarası ( Z ) | 65 | ||||||||||||||||||||||
| Grup | grup yok | ||||||||||||||||||||||
| Dönem | 6. dönem | ||||||||||||||||||||||
| Engellemek | f bloğu | ||||||||||||||||||||||
| Elektron konfigürasyonu | [ Xe ] 4f 9 6s 2 | ||||||||||||||||||||||
| Kabuk başına elektron | 2, 8, 18, 27, 8, 2 | ||||||||||||||||||||||
| Fiziki ozellikleri | |||||||||||||||||||||||
| Faz de STP | sağlam | ||||||||||||||||||||||
| Erime noktası | 1629 K (1356 °C, 2473 °F) | ||||||||||||||||||||||
| Kaynama noktası | 3396 K (3123 °C, 5653 °F) | ||||||||||||||||||||||
| Yoğunluk ( rt yakın ) | 8.23 g / cc 3. | ||||||||||||||||||||||
| sıvı olduğunda ( mp'de ) | 7.65 g / cc 3. | ||||||||||||||||||||||
| Füzyon ısısı | 10.15 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||
| Buharlaşma ısısı | 391 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||
| Molar ısı kapasitesi | 28,91 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||
Buhar basıncı
| |||||||||||||||||||||||
| atomik özellikler | |||||||||||||||||||||||
| oksidasyon durumları | 0, +1, +2, +3 , +4 (zayıf bir bazik oksit) | ||||||||||||||||||||||
| elektronegatiflik | Pauling ölçeği: 1.2 (?) | ||||||||||||||||||||||
| iyonlaşma enerjileri | |||||||||||||||||||||||
| atom yarıçapı | ampirik: 177 pm | ||||||||||||||||||||||
| kovalent yarıçap | 194±5 pm | ||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||
| Diğer özellikler | |||||||||||||||||||||||
| Doğal oluşum | ilkel | ||||||||||||||||||||||
| Kristal yapı | hegzagonal sıkı paket (hcp) |
||||||||||||||||||||||
| Ses hızı ince çubuk | 2620 m/s (20 °C'de) | ||||||||||||||||||||||
| Termal Genleşme | oda sıcaklığında , poli: 10,3 µm/(m⋅K) | ||||||||||||||||||||||
| Termal iletkenlik | 11,1 W/(m⋅K) | ||||||||||||||||||||||
| elektrik direnci | α, poli: 1.150 µΩ⋅m ( rt 'de ) | ||||||||||||||||||||||
| Manyetik sıralama | 300 K'da paramanyetik | ||||||||||||||||||||||
| Molar manyetik duyarlılık | 146 000 x 10 -6 cm 3 / mol (273 K) | ||||||||||||||||||||||
| Gencin modülü | α formu: 55.7 GPa | ||||||||||||||||||||||
| Kayma modülü | α formu: 22,1 GPa | ||||||||||||||||||||||
| toplu modül | α formu: 38.7 GPa | ||||||||||||||||||||||
| Poisson oranı | α formu: 0.261 | ||||||||||||||||||||||
| Vickers sertliği | 450-865 MPa | ||||||||||||||||||||||
| Brinell sertliği | 675–1200 MPa | ||||||||||||||||||||||
| CAS numarası | 7440-27-9 | ||||||||||||||||||||||
| Tarih | |||||||||||||||||||||||
| adlandırma | mayınlı olduğu Ytterby'den (İsveç) sonra | ||||||||||||||||||||||
| Keşif ve ilk izolasyon | Carl Gustaf Mosander (1843) | ||||||||||||||||||||||
| Terbiyumun ana izotopları | |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
Terbium bir olan kimyasal element ile sembolü Tb ve atom numarasına bir gümüşümsü beyaz olduğu 65. nadir toprak metali olan dövülebilir , sünek bıçakla kesilmiş olması ve yumuşak yeterince. Lantanit serisinin dokuzuncu üyesi olan terbiyum, suyla reaksiyona girerek hidrojen gazı oluşturan oldukça elektropozitif bir metaldir . Terbiyum doğada hiçbir zaman serbest bir element olarak bulunmaz, ancak serit , gadolinit , monazit , ksenotim ve öksenit gibi birçok mineralde bulunur .
İsveçli kimyager Carl Gustaf Mosander , 1843'te terbiyumu kimyasal bir element olarak keşfetti. Terbiyumu itriyum oksit , Y'de bir safsızlık olarak tespit etti.
2Ö
3. İtriyum ve terbiyumun yanı sıra erbiyum ve ytterbium , İsveç'teki Ytterby köyünün adını almıştır . Terbiyum, iyon değiştirme tekniklerinin ortaya çıkmasına kadar saf biçimde izole edilmedi .
Terbium için kullanılan uyuşturucu kalsiyum florür , kalsiyum tungstat ve stronsiyum molibdat , kullanılan malzemelerin , katı-hal cihazları ve bir kristal stabilizatörü olarak yakıt hücreleri yüksek sıcaklıklarda çalışırlar. Terfenol-D'nin (diğer alaşımlardan daha fazla manyetik alanlara maruz kaldığında genişleyen ve büzülen bir alaşım) bir bileşeni olarak terbiyum, aktüatörlerde , deniz sonar sistemlerinde ve sensörlerde kullanılmaktadır .
Dünyanın terbiyum arzının çoğu yeşil fosforlarda kullanılmaktadır. Terbiyum oksit , floresan lambalarda ve televizyonda bulunur ve katot ışın tüplerini (CRT'ler) izler. Terbiyum yeşil fosforlar , iç mekan aydınlatmasında standart aydınlatma için kullanılan yüksek verimli bir beyaz ışık olan trikromatik aydınlatma teknolojisini sağlamak için iki değerlikli öropyum mavisi fosforlar ve üç değerlikli öropyum kırmızısı fosforlarla birleştirilir .
özellikleri
Fiziki ozellikleri
Terbiyum bir gümüş-beyaz nadir toprak metali olan dövülebilir , sünek ve yumuşak yeterli bir bıçakla kesilmiş olması. Lantanit serisinin ilk yarısındaki daha erken reaktif lantanitlere kıyasla havada nispeten kararlıdır. Terbiyum , aralarında 1289 °C'lik bir dönüşüm sıcaklığı olan iki kristal allotropta bulunur . Bir terbiyum atomunun 65 elektronu [Xe]4f 9 6s 2 elektron konfigürasyonunda düzenlenmiştir ; normalde, nükleer yük daha fazla iyonizasyona izin vermeyecek kadar büyük hale gelmeden önce sadece üç elektron çıkarılabilir, ancak terbiyum durumunda, yarı dolu [Xe]4f 7 konfigürasyonunun kararlılığı , varlığında dördüncü bir elektronun daha fazla iyonlaşmasına izin verir. flor gazı gibi çok güçlü oksitleyici maddelerden .
Terbiyum(III) katyonu, turuncu ve kırmızıdaki diğer çizgilerle birlikte güçlü bir yeşil emisyon çizgisinin sonucu olan parlak limon sarısı renginde parlak bir şekilde floresandır . Yttrofluorite mineral çeşitli fluorit terbiyum kısmen kremsi-sarı floresan borçludur. Terbiyum kolayca oksitlenir ve bu nedenle özellikle araştırma için temel formunda kullanılır. Tek terbiyum atomları, fulleren moleküllerine implante edilerek izole edilmiştir .
Terbiyum, 219 K'nin altındaki sıcaklıklarda basit bir ferromanyetik düzene sahiptir. 219 K'nin üzerinde, belirli bir bazal düzlem tabakasındaki tüm atomik momentlerin paralel olduğu ve bitişik momentlere sabit bir açıyla yönlendirildiği sarmal bir antiferromanyetik duruma dönüşür. katmanlar. Bu olağandışı antiferromanyetizma , 230 K'da düzensiz bir paramanyetik duruma dönüşür .
Kimyasal özellikler
Terbiyum metali elektropozitif bir elementtir ve çoğu asidin (sülfürik asit gibi), tüm halojenlerin ve hatta suyun varlığında oksitlenir.
- 2 Tb (s) + 3 H
2BU YÜZDEN
4→ 2 Tb 3+ + 3 KÖ2−
4 + 3 Saat
2↑ - 2 Tb (s) + 6 H
2O → 2 Tb(OH)
3 + 3 Saat
2↑
Terbiyum ayrıca karışık bir terbiyum(III,IV) oksit oluşturmak için havada kolayca oksitlenir :
- 8 yemek kaşığı + 7 O
2 → 2 yemek kaşığı
4Ö
7
Terbiyumun en yaygın oksidasyon durumu + 3'tür (üç değerli), örneğin TbCl
3. Katı halde, TbO gibi bileşiklerde dört değerlikli terbiyum da bilinmektedir.
2ve TbF
4. Çözeltide, terbiyum tipik olarak üç değerlikli türler oluşturur, ancak yüksek düzeyde bazik sulu koşullarda ozon ile dört değerlikli duruma oksitlenebilir .
Terbiyumun koordinasyonu ve organometalik kimyası diğer lantanitlere benzer. Sulu koşullarda, terbium, üç başlı bir trigonal prizmatik moleküler geometride düzenlenmiş dokuz su molekülü tarafından koordine edilebilir . Daha düşük koordinasyon sayısına sahip terbiyum kompleksleri de bilinmektedir, tipik olarak üç koordinatlı Tb[N(SiMe ) oluşturan bis(trimetil-sililamid) gibi hacimli ligandlarla
3)
2]
3 karmaşık.
Çoğu koordinasyon ve organometalik kompleks, üç değerlikli oksidasyon durumunda terbiyum içerir. Genellikle hacimli siklopentadienil tipi ligandlarla iki değerli (Tb2 + ) kompleksler de bilinmektedir. Dört değerlikli halde terbiyum içeren birkaç koordinasyon bileşiği de bilinmektedir.
Bileşikler
2(BU YÜZDEN
4)
3 (üstte), ultraviyole ışık altında yeşil floresan (altta)
Terbiyum, azot, karbon, kükürt, fosfor, bor, selenyum, silikon ve arsenik ile yüksek sıcaklıklarda birleşerek TbH gibi çeşitli ikili bileşikler oluşturur.
2, TbH
3, TbB
2, Tb
2S
3, TbSe , TbTe ve TbN . Bu bileşiklerde, Tb çoğunlukla +3 ve bazen +2 oksidasyon durumlarını sergiler. Terbiyum(II) halojenitler, tantal kaplarda metalik Tb varlığında Tb(III) halojenitlerin tavlanmasıyla elde edilir. Terbiyum ayrıca seskiklorür Tb oluşturur
2Cl
3800 °C'de tavlama ile daha da TbCl'ye indirgenebilir. Bu terbiyum (I) klorür, katmanlı grafit benzeri yapıya sahip trombositler oluşturur.
Diğer bileşikler şunları içerir:
Terbiyum(IV) florür , CoF'den yayılan florür buharlarının karışımından ziyade ısıtıldığında nispeten saf atomik flor yayan güçlü bir florlama maddesidir.
3veya CeF
4.
izotoplar
Doğal olarak oluşan terbiyum, tek kararlı izotopu olan terbium-159'dan oluşur; element bu nedenle mononüklidik ve monoizotopiktir . Otuz altı radyoizotop karakterize edilmiştir, en ağırı terbiyum-171 ( atom kütlesi 170.95330(86) u ) ve en hafifi terbiyum- 135'tir (tam kütlesi bilinmiyor). Terbiyumun en kararlı sentetik radyoizotopları , yarı ömrü 180 yıl olan terbiyum-158 ve yarı ömrü 71 yıl olan terbiyum-157'dir. Kalan tüm radyoaktif izotopların yarılanma ömrü çeyrek yıldan çok daha azdır ve bunların çoğunluğunun yarılanma ömrü yarım dakikadan azdır. En bol bulunan kararlı izotop olan 159 Tb'den önceki birincil bozunma modu , gadolinyum izotoplarının üretimi ile sonuçlanan elektron yakalamadır ve bundan sonraki birincil mod , disprosyum izotoplarıyla sonuçlanan beta eksi bozunmadır .
Elementin ayrıca kütleleri 141–154, 156 ve 158 olan 27 nükleer izomeri vardır (her kütle numarası yalnızca bir izomere karşılık gelmez). Bunların en kararlı olanları, 24,4 saatlik yarı ömrü ile terbiyum-156m ve 22,7 saatlik yarı ömrü olan terbiyum-156m2'dir; bu, kütle numaraları 155-161 olanlar hariç, radyoaktif terbiyum izotoplarının temel durumlarının çoğunun yarı ömürlerinden daha uzundur.
Tarih
İsveçli kimyager Carl Gustaf Mosander , 1843'te terbiyumu keşfetti. Terbiyumu itriyum oksit , Y'de bir safsızlık olarak tespit etti.
2Ö
3. Yitriyum köyünden almıştır Ytterby içinde İsveç . Terbiyum, iyon değiştirme tekniklerinin ortaya çıkmasına kadar saf biçimde izole edilmedi .
Mosander ilk önce yttria'yı tümü cevher için adlandırılan üç fraksiyona ayırdı: yttria, erbia ve terbia. "Terbia" aslen, şimdi erbiyum olarak bilinen element nedeniyle pembe rengi içeren fraksiyondu . "Erbia" (şimdi terbiyum olarak bilinen şeyi içerir) başlangıçta çözeltide esasen renksiz olan kısımdı. Bu elementin çözünmeyen oksitinin kahverengiye boyandığı not edildi.
Daha sonra işçiler küçük renksiz "erbia"yı gözlemlemekte zorlandılar, ancak çözünür pembe fraksiyonu gözden kaçırmak imkansızdı. Erbia'nın var olup olmadığı konusunda tartışmalar ileri geri gitti. Karışıklıkta, orijinal isimler tersine döndü ve isimlerin değiş tokuşu sıkıştı, böylece pembe fraksiyon sonunda erbiyum içeren (çözeltide pembe olan) çözeltiye atıfta bulundu. Şimdilerde , yttria'dan seryumu çıkarmak için çift sodyum veya potasyum sülfat kullanan işçilerin , yanlışlıkla terbiyumu seryum içeren çökelti içinde kaybettikleri düşünülmektedir . Şimdi terbiyum olarak bilinen şey, orijinal itriyumun yalnızca %1'i kadardı, ancak bu, itriyum okside sarımsı bir renk vermek için yeterliydi. Bu nedenle, terbiyum, onu içeren orijinal fraksiyonda küçük bir bileşendi ve burada en yakın komşuları, gadolinyum ve disprosiyum hakimdi .
Bundan sonra, ne zaman bu karışımdan başka nadir toprak elementleri ayrılsa, kahverengi oksidi hangi fraksiyon verirse versin, terbiyum adını korudu, sonunda terbiyumun kahverengi oksidi saf biçimde elde edilene kadar. 19. yüzyıl araştırmacıları, katı karışımlarda veya çözeltilerde terbiyumun daha kolay tanımlanmasını sağlayacak parlak sarı veya yeşil Tb(III) floresansını gözlemlemek için UV floresan teknolojisinden yararlanamadı.
oluşum
Terbiyum, monazit ( (Ce,La,Th,Nd,Y)PO dahil olmak üzere birçok mineralde diğer nadir toprak elementleri ile birlikte bulunur.
4% 0.03'e kadar terbiyum ile), ksenotim ( YPO
4) ve öksenit ( (Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)
2Ö
6%1 veya daha fazla terbiyum ile). Terbiyumun kabuk bolluğu 1.2 mg/kg olarak tahmin edilmektedir. Henüz terbiyum baskın bir mineral bulunamadı.
Şu anda, terbiyum en zengin ticari kaynaklardan iyon adsorpsiyondur killer arasında güney Çin ; ağırlıkça yaklaşık üçte ikisi itriyum oksit içeren konsantreler yaklaşık %1 terbiaya sahiptir. Bastnäsite ve monazitte az miktarda terbiyum oluşur ; bunlar, samaryum - öropyum - gadolinyum konsantresi olarak değerli ağır lantanitleri geri kazanmak için solvent ekstraksiyonu ile işlendiğinde , orada terbiyum geri kazanılır. İyon adsorpsiyonlu killere göre işlenen büyük hacimli bastnäsite nedeniyle, dünyadaki terbiyum arzının önemli bir kısmı bastnäsite'den gelir.
2018 yılında zengin bir terbiyum arz kıyılarında keşfedildi Japonya 'nın Minamitori Island belirtilen tedarik '420 yıldır küresel talebi karşılamak için yeterli' olmak üzere.
Üretme
Ezilmiş terbiyum içeren mineraller, nadir toprak elementlerinin suda çözünür sülfatlarını üretmek için sıcak konsantre sülfürik asit ile işlenir . Asidik süzüntüler, kostik soda ile pH 3-4'e kısmen nötralize edilir. Toryum çözeltiden hidroksit olarak çökelir ve uzaklaştırılır. Bundan sonra çözelti, nadir toprakları çözünmeyen oksalatlarına dönüştürmek için amonyum oksalat ile işlenir . Oksalatlar ısıtılarak oksitlere ayrışır. Oksitler , oksidi HNO'da çözünmeyen ana bileşenlerden biri olan seryumu hariç tutan nitrik asit içinde çözülür.
3. Terbiyum, kristalizasyon ile amonyum nitrat ile ikili tuz olarak ayrılır .
Nadir toprak tuzu çözeltisinden terbiyum tuzu için en etkili ayırma rutini iyon değişimidir . Bu işlemde, nadir toprak iyonları, reçinede bulunan hidrojen, amonyum veya bakır iyonları ile değiştirilerek uygun iyon değişim reçinesi üzerine emilir . Nadir toprak iyonları daha sonra uygun kompleks yapıcı maddelerle seçici olarak yıkanır. Diğer nadir toprak elementlerinde olduğu gibi, terbiyum metali, susuz klorür veya florürün kalsiyum metali ile indirgenmesiyle üretilir. Kalsiyum ve tantal safsızlıkları, vakumla yeniden eritme, damıtma, amalgam oluşturma veya bölge eritme yoluyla giderilebilir .
Uygulamalar
Terbium bir şekilde kullanılan katkı maddesi olarak kalsiyum florür , kalsiyum tungstat ve stronsiyum molibdat , katı-hal cihazlarda kullanılan malzemeler ve bir kristal stabilizatörü olarak yakıt hücreleri ile birlikte, yüksek sıcaklıklarda çalışmasına ZrO
2.
Terbiyum ayrıca alaşımlarda ve elektronik cihazların üretiminde de kullanılır . Terfenol-D'nin bir bileşeni olarak terbiyum, aktüatörlerde , deniz sonar sistemlerinde, sensörlerde , SoundBug cihazında (ilk ticari uygulaması) ve diğer manyetomekanik cihazlarda kullanılır. Terfenol-D, bir manyetik alan varlığında genişleyen veya büzülen bir terbiyum alaşımıdır. Herhangi bir alaşımın en yüksek manyetostriksiyonuna sahiptir .
Terbiyum oksit , floresan lambalarda ve renkli TV tüplerinde yeşil fosforlarda kullanılır . Katı hal cihazlarında sodyum terbiyum borat kullanılır . Parlak floresan, terbiyumun , davranışında kalsiyuma biraz benzediği biyokimyada bir sonda olarak kullanılmasına izin verir . Terbiyum "yeşil" fosforlar (parlak bir limon sarısı flüoresan) , dünyanın terbiyum arzının açık ara en büyük tüketicisi olan trikromatik aydınlatma teknolojisini sağlamak için iki değerlikli öropyum mavisi fosforlar ve üç değerlikli öropyum kırmızısı fosforlarla birleştirilir . Trikromatik aydınlatma, belirli bir elektrik enerjisi miktarı için akkor aydınlatmaya göre çok daha yüksek ışık çıkışı sağlar .
Terbiyum, fotolüminesansa dayalı bir dipikolinik asit tahlili görevi gördüğü için endosporları saptamak için de kullanılır .
Önlemler
Diğer lantanitlerde olduğu gibi , terbiyum bileşikleri, toksisiteleri ayrıntılı olarak araştırılmamış olmasına rağmen, düşük ila orta derecede toksisiteye sahiptir. Terbiyumun bilinen bir biyolojik rolü yoktur.