Тербијум
Тербијум (Tb, лат. terbium), јесте хемијски елеменат из групе лантаноида са атомским бројем 65.[3][4] Један је од 4 елемената који су добили име по шведском селу [|Итерби]]ју. Гадолинијум је заступљен у Земљиној кори у количини од 1,1 ppm. Најважнији минерал му је монацит: (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr,Tb)PO4.
 | |||||||||||||||||||||||
| Општа својства | |||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Име, симбол | тербијум, Tb | ||||||||||||||||||||||
| Изглед | сребрнасто бео | ||||||||||||||||||||||
| У периодноме систему | |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
| Атомски број (Z) | 65 | ||||||||||||||||||||||
| Група, периода | група Н/Д, периода 6 | ||||||||||||||||||||||
| Блок | f-блок | ||||||||||||||||||||||
| Категорија | лантаноид | ||||||||||||||||||||||
| Рел. ат. маса (Ar) | 158,92535(2)[1] | ||||||||||||||||||||||
| Ел. конфигурација | |||||||||||||||||||||||
по љускама | 2, 8, 18, 27, 8, 2 | ||||||||||||||||||||||
| Физичка својства | |||||||||||||||||||||||
| Тачка топљења | 1629 K (1356 °C, 2473 °F) | ||||||||||||||||||||||
| Тачка кључања | 3396 K (3123 °C, 5653 °F) | ||||||||||||||||||||||
| Густина при с.т. | 8,23 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||
| течно ст., на т.т. | 7,65 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||
| Топлота фузије | 10,15 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||
| Топлота испаравања | 391 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||
| Мол. топл. капацитет | 28,91 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||
Напон паре
| |||||||||||||||||||||||
| Атомска својства | |||||||||||||||||||||||
| Електронегативност | 1,2 (?) | ||||||||||||||||||||||
| Енергије јонизације | 1: 565,8 kJ/mol 2: 1110 kJ/mol 3: 2114 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||
| Атомски радијус | 177 pm | ||||||||||||||||||||||
| Ковалентни радијус | 194±5 pm | ||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||
| Остало | |||||||||||||||||||||||
| Кристална структура | збијена хексагонална (HCP) | ||||||||||||||||||||||
| Брзина звука танак штап | 2620 m/s (на 20 °C) | ||||||||||||||||||||||
| Топл. ширење | α, поли: 10,3 µm/(m·K) (на с.т.) | ||||||||||||||||||||||
| Топл. водљивост | 11,1 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||
| Електроотпорност | α, поли: 1,150 µΩ·m (на с.т.) | ||||||||||||||||||||||
| Магнетни распоред | парамагнетичан на 300 K | ||||||||||||||||||||||
| Магнетна сусцептибилност (χmol) | +146.000·10−6 cm3/mol (273 K)[2] | ||||||||||||||||||||||
| Јангов модул | α форма: 55,7 GPa | ||||||||||||||||||||||
| Модул смицања | α форма: 22,1 GPa | ||||||||||||||||||||||
| Модул стишљивости | α форма: 38,7 GPa | ||||||||||||||||||||||
| Поасонов коефицијент | α форма: 0,261 | ||||||||||||||||||||||
| Викерсова тврдоћа | 450–865 MPa | ||||||||||||||||||||||
| Бринелова тврдоћа | 675–1200 MPa | ||||||||||||||||||||||
| CAS број | 7440-27-9 | ||||||||||||||||||||||
| Историја | |||||||||||||||||||||||
| Именовање | по Итербију (Шведска), где је ископан | ||||||||||||||||||||||
| Откриће и прва изолација | Карл Густаф Мосандер (1843) | ||||||||||||||||||||||
| Главни изотопи | |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
То је сребренасти, ретки земни метал, доста добро кован, дуктилан и веома мекак да се може резати ножем. Он је девети члан серије хемијских елемената званих лантаноиди. Тербијум је прилично електропозитиван метал који реагира с водом, издвајајући из ње гасовити водоник. У природи се не може наћи у слободном, елементарном стању већ је садржан у многим минералима као што су церит, гадолинит, монацит, ксенотим и еуксенит. Шведски хемичар Карл Густаф Мосандер је 1843. открио тербијум у виду засебног елементарног једињења, тако што је запазио одређене нечистоће у итријум оксиду, Y2O3. Оба ова елемента, итријум и тербијум добили су име по селу Итербију у Шведској. Међутим, чисти елементарни метал није добијен све до појаве јонско-измењивачких техника.
Тербијум се користи као допант за калцијум флуорид, калцијум волфрамат и стронцијум молибдат, материјале који се користе у уређајима у чврстом стању те као стабилизатори кристала горивих ћелија које раде при повишеним температурама. Као један од састојака терфенола-Д (легуре која се шири и скупља при деловању магнетног поља, више од било које друге познате легуре), тербијум се користи и у погонским елементима у разним машинама, поморским сонарним системима и сензорима. Највећи део светске производње тербијума користи се у зеленом фосфору. Тербијум-оксид употребљава се у флуоресцентним светиљкама, телевизорима и рачунарским ЦРТ мониторима. Тербијумски зелени фосфори се комбинују са двовалентним европијумским плавим фосфорима и тровалентним црвеним фосфорима, чиме се омогућава трихроматска светлосна технологија, као и веома ефикасно бело светло, погодно за стандардно осветљење просторија.
Историја
уредиШведски хемичар Карл Густаф Мосандер открио је тербијум 1843. године. Тада је запазио нови елемент као нечистоћу у узорку итријум оксида, Y2O3. Итријум је добио име према називу села Итербија у Шведској. Тербијум није изолован у свом чистом, елементарном облику све до појаве јонско-измењивачких техника средином 20. века.[5][5][6][7][8][9][10]
Мосандер је први који је раздвојио руду звану итрија на три састојка, а све их је назвао по називу руде: итрија, ербија и тербија. „Тербија” је првобитно био фракција која је садржавала ружичасту боју, због елемента који је данас познат под именом ербијум. „Ербија” (садржи елемент који се данас назива тербијум) првобитно је била фракција која је генерално била безбојна у растворима. За нерастворљиви оксид овог елемента примећено је да има незнатне смеђе нијансе. Каснији истраживачи нису у довољној мери успели да запазе слабије обојену фракцију „ербије”, али растворљиву ружичасту фракцију није било могуће не приметити. У даљњем току истраживања измењивали су се аргументи „за” и „против” постојања ербије. Осим тога, настала је и забуна око имена, јер су првобитна имена замењена, те су касније ружичасту фракцију називали раствором који садржи ербијум (а који у раствору јесте ружичаст). Данас се сматра да су тадашњи научници користили двоструки натријум или калијум сулфат за уклањање „церије” из руде „итрије”, чиме се неповратно губио тербијум у талогу који је садржао „церију”. Оно што је данас познато као елемент тербијум, било је само око 1% првобитне руде „итрије”, али је и то било сасвим довољно да створи жућкасту боју итријум-оксида. Стога је тербијум био мања компонента првобитног узорка у којем се појављивао, а где су „доминирали” његови суседи из периодног система: гадолинијум и диспрозијум.
После тога, кад год су друге ретке земље издвојене из ове смесе, а која год од њих је давала смеђе оксиде, добијала је име тербијум, све док најзад није добијен смеђи оксид тербијума у чистом облику. Истраживачи током 19. века нису имали могућности испитивања узорака технологијом ултраљубичасте флуоресценције како би посматрали јарко жуту или зелену флуоресценцију Tb(III), чиме су много лакше могли идентификовати чврсте смеше или растворе.[6]
Особине
уредиФизичке
уредиТербијум је сребрнасто-сјајни ретки земни метал, лако кован, дуктилан и мек, тако да се може резати ножем.[11] Релативно је постојан на ваздуху у односу на много реактивније лантаноиде из прве половине серије лантаноида.[12] Тербијум постоји у два кристална алотропа, а трансинформација између њих одвија се на температури од 1289 °C.[11] Укупно 65 електрона у атому тербијума расподељено је по орбиталама према конфигурацији [Xe]4f96s2. Обично, само три електрона се могу уклонити пре него што набој језгра постане исувише велик да би се допустила даљња јонизација, међутим у случају тербијума, стабилност полу-попуњене [Xe]4f7 конфигурације омогућава даљњу јонизацију четвртог електрона у присуству врло снажних оксидирајућих средстава као што је на примјер гас флуор.[11]
Катјони тербијума(III) показују врло јаку флуоресценцију, сјајне лимун жуте боје, која је резултат снажне зелене емисијске линије у комбинацији са другим линијама у наранџастом и црвеном делу спектра. Итрофлуорит је варијетет минерала флуорита а који своју кремасто-жуту флуоресценцију једним делом дугује и тербијуму. Тербијум се врло лако оксидује па се у свом елементарном облику користи искључиво за истраживања. Јапанским научницима је успело да појединачне атоме тербијума изолирају тако што су их унели у молекуле фулерена.[13] Тербијум има једноставни феромагнетни распоред при температури испод 219 K. Изнад те температуре, прелази у спирално антимагнетно стање у којем су сви атомски моменти у одређеној базној равни паралелни и усмерени под сталним углом према моментима суседних слојева. Таква необична антиферомагнетна трансформација прелази у неуређено парамагнетно стање при 230 K.[14]
Хемијске
уредиНајчешће оксидационо стање тербијума је +3, као што је на пример у Tb
2O
3. Стање +4 је познато у једињењима TbO2 и TbF4.[15][16] Тербијум лако сагорева дајући мешани [[terbijum(III,IV) oksid|тербијум(III,IV) оксид]]:[17]
- 8 Tb + 7 O
2 → 2 Tb
4O
7
У растворима, тербијум гради само тровалентне јоне. Он је изразито електропозитиван те споро реагује у хладној води. Међутим, у врелој води реагује врло брзо истискујући из ње водоник и градећи тербијум-хидроксид:[17]
- 2 Tb + 6 H
2O → 2 Tb(OH)
3 + 3 H
2↑
Метални тербијум реагује са свим халогеним елементима, дајући беле трихалиде:[17]
Тербијум се врло лако раствара у разблаженој сумпорној киселини градећи растворе који садрже светлоружичасте јоне тербијума(III), а који постоје у виду комплекса [Tb(OH2)9]3+:[17]
- 2 Tb (č) + 3 H
2SO
4 → 2 Tb3+
+ 3 SO2−
4 + 3 H
2↑
Изотопи
уредиТербијум који се налази у природи састоји се искључиво само из једног стабилног изотопа, тербијума-159; стога је ово један од елемената који спадају у мононуклидне и моноизотопске елементе. Осим тога, познато је 36 радиоактивних вештачких изотопа, од којих је најтежи тербијум-171 (са атомском масом од 170,95330(86) u) док је најлакши изотоп тербијум-135.[18] Најстабилнији вештачки радиоизотоп тербијума је тербијум-158, чије време полураспада износи 180 година, а следи тербијум-157, са временом полураспада од 71 године. Сви остали радиоактивни изотопи имају времена полураспада краћа од три месеца, а велика већина од њих времена полураспада краћа од пола минуте.[18] Основни начин распада изотопа лакших од стабилног изотопа 159Tb је електронски захват, којим се добијају изотопи гадолинијума, а основни начин распада тежих изотопа јесте бета минус распад, којим се добијају изотопи диспрозијума.[18]
Овај елемент такође има и 27 нуклеарних изомера, са масама од 141–154, 156 и 158 (сваки масени број не одговара искључиво само једном изомеру). Најстабилнији метастабилни изомери су тербијум-156m, са временом полураспада од 24,4 сата те тербијум-156m2, са временом полураспада од 22,7 сати; то је дуже од времена полураспада већине радиоактивних изотопа тербијума у основном стању, изузев оних са масеним бројевима 155–161.[18]
Референце
уреди- ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
- ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
- ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
- ^ а б Marshall, James L.; Marshall, Virginia R. (31. 10. 2014). „Northern Scandinavia: An Elemental Treasure Trove”. Science history : a traveler's guide. 1179. ACS Symposium Series. стр. 209—257. ISBN 9780841230200. doi:10.1021/bk-2014-1179.ch011.
- ^ а б Gupta, C. K.; Krishnamurthy, Nagaiyar (2004). Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. стр. 5. ISBN 0-415-33340-7.
- ^ Weeks, Mary Elvira (1956). The discovery of the elements (6th изд.). Easton, PA: Journal of Chemical Education. стр. 701.
- ^ Weeks, Mary Elvira (1932). „The discovery of the elements: XVI. The rare earth elements”. Journal of Chemical Education. 9 (10): 1751—1773. Bibcode:1932JChEd...9.1751W. doi:10.1021/ed009p1751.
- ^ Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). „Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Beginnings” (PDF). The Hexagon: 41—45. Приступљено 30. 12. 2019.
- ^ Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). „Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Confusing Years” (PDF). The Hexagon: 72—77. Приступљено 30. 12. 2019.
- ^ а б в Hammond, C. R. (2005). „The Elements”. Ур.: Lide, D. R. CRC Handbook of Chemistry and Physics (86. изд.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
- ^ „Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test”. Приступљено 5. 5. 2009.
- ^ Shimada T.; Ohno Y.; Okazaki T.; Sugai T. (2004). „Transport properties of C78, C90 and Dy@C82 fullerenes - nanopeapods by field effect transistors”. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 21 (2–4): 1089—1092. Bibcode:2004PhyE...21.1089S. doi:10.1016/j.physe.2003.11.197.
- ^ Jackson, M. (2000). „Magnetism of Rare Earth” (PDF). The IRM quarterly. 10 (3): 1. Архивирано из оригинала (PDF) 12. 7. 2017. г. Приступљено 27. 7. 2017.
- ^ Gruen, D.M.; Koehler, W.C.; Katz, J.J. (1. 4. 1951). „Higher Oxides of the Lanthanide Elements: Terbium Dioxide”. Journal of the American Chemical Society. 73 (4): 1475—9. doi:10.1021/ja01148a020.
- ^ Patnaik Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. стр. 920—921. ISBN 0-07-049439-8. Приступљено 6. 6. 2009.
- ^ а б в г „Chemical reactions of Terbium”. Webelements. Приступљено 6. 6. 2009.
- ^ а б в г G. Audi; A. H. Wapstra; C. Thibault; J. Blachot; O. Bersillon (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics A. 729: 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Архивирано из оригинала (PDF) 23. 09. 2008. г. Приступљено 20. 01. 2021.
