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 граду Итербију. 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.

Тербијум
Terbium-2.jpg
Општа својства
Име, симболтербијум, Tb
Изгледсребрнасто бео
У периодном систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
–
↑
Tb
↓
Bk
гадолинијум ← тербијум → диспросијум ‍
Атомски број (Z)65
Група, периодагрупа Н/Д, периода 6
Блокf-блок
Рел. ат. маса (Ar)158,92535(2)[1]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 27, 8, 2
Физичка својства
Тачка топљења1629 K ​(1356 °‍C, ​2473 °F)
Тачка кључања3396 K ​(3123 °‍C, ​5653 °F)
Густина при с.т.8,23 g/cm3
течно ст., на т.т.7,65 g/cm3
Топлота фузије10,15 kJ/mol
Топлота испаравања391 kJ/mol
Мол. топл. капацитет28,91 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 1789 1979 (2201)
P (Pa) 103 104 105
на T (K) (2505) (2913) (3491)
Атомска својства
Електронегативност1,2 (?)
Енергије јонизације1: 565,8 kJ/mol
2: 1110 kJ/mol
3: 2114 kJ/mol
Атомски радијус177 pm
Ковалентни радијус194±5 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структура ​збијена хексагонална (HCP)
Hexagonal close packed кристална структура за тербијум
Брзина звука танак штап2620 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширењеat r.t. α, поли: 10,3 µm/(m·K)
Топл. водљивост11,1 W/(m·K)
Електрична отпорностα, поли: 1,150 µΩ·m (на r.t.)
Магнетни распоредпарамагнетичан на 300 K
Магнетна сусцептибилност (χmol)+146.000·10−6 cm3/mol (273 K)[2]
Јангов модулα форма: 55,7 GPa
Модул смицањаα форма: 22,1 GPa
Модул стишљивостиα форма: 38,7 GPa
Поасонов коефицијентα форма: 0,261
Викерсова тврдоћа450–865 MPa
Бринелова тврдоћа675–1200 MPa
CAS број7440-27-9
Историја
Именовањепо Итервију (Шведска), где је искпан
Откриће и прва изолацијаКарл Густаф Мосандер (1843)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
157Tb syn 71 y ε 157Gd
158Tb syn 180 y ε 158Gd
β− 158Dy
159Tb 100% стабилни
референце • Википодаци

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.

ИсторијаУреди

Шведски хемичар Карл Густаф Мосандер otkrio je тербијум 1843. godine. Tada je zapazio novi element kao nečistoću u uzorku itrij-oksida, Y2O3. Itrijум je dobio ime prema nazivu sela Ytterby u Švedskoj. Тербијум nije izoliran u svom čistom, elementarnom obliku sve do pojave ionsko-izmjenjivačkih tehnika sredinom 20. vijeka.[5]

Mosander je prvi koji je razdvojio rudu zvanu itrija na tri sastojka, a sve ih je nazvao po nazivu rude: itrija, erbija i тербијумa. "Тербијумa" je prvobitno bila frakcija koja je sadržavala ružičastu boju, zbog elementa koji je danas poznat pod imenom erbij. "Erbija" (sadrži element koji danas zovemo тербијум) prvobitno je bila frakcija koja je općenito bila bezbojna u rastvorima. Za nerastvorljivi oksid ovog elementa primijećeno je da ima neznatne smeđe nijanse. Kasniji istraživači nisu u dovoljnoj mjeri uspjeli zapaziti slabije obojenu frakciju "erbiju", ali rastvorljivu ružičastu frakciju nije bilo moguće ne primijetiti. U daljnjem toku istraživanja izmjenjivali su se argumenti "za" i "protiv" postojanja erbije. Osim toga, nastala je i zabuna oko imena jer su prvobitna imena zamijenjena, pa su kasnije ružičastu frakciju nazivali rastvorom koji sadrži erbij (a koji u rastvoru jeste ružičast). Danas se smatra da su tadašnji naučnici koristili dvostruki natrij ili kalij-sulfat za uklanjanje "cerije" iz rude "itrije", čime se nepovratno gubio тербијум u talogu koji je sadržavao "ceriju". Ono što je danas poznato kao element тербијум, bilo je samo oko 1% prvobitne rude "itrije", ali je i to bilo sasvim dovoljno da dadne žućkastu boju itrij-oksidu. Stoga je тербијум bio manja komponenta prvobitnog uzorka u kojem se pojavljivao, a gdje su "dominirali" njegovi susjedi iz periodnog sistema: gadolinij i disprozij.

Poslije toga, kad god su druge rijetke zemlje izdvojene iz ove smjese, a koja god od njih je davala smeđe okside, dobijala je ime тербијум, sve dok najzad nije dobijen smeđi oksid тербијумa u čistom obliku. Istraživači tokom 19. vijeka nisu imali mogućnosti ispitivanja uzoraka tehnologijom ultraljubičaste fluorescencije kako bi posmatrali jarko žutu ili zelenu fluorescenciju Tb(III), čime su mnogo lakše mogli identificirati čvrste smjese ili rastvore.[5]

ОсобинеУреди

ФизичкеУреди

Тербијум је сребренасто-сјајни ретки земни метал, лако кован, дуктилан и мек, тако да се може резати ножем.[6] Relativno je postojan na zraku u odnosu na mnogo reaktivnije lantanoide iz prve polovine serije lantanoida.[7] Тербијум postoji u dva kristalna alotropa, a tranformacija između njih odvija se na temperaturi od 1289 °C.[6] Ukupno 65 elektrona u atomu тербијумa raspodijeljeno je po orbitalama prema konfiguraciji [Xe]4f96s2. Obično, samo tri elektrona se mogu ukloniti prije nego što naboj jezgre postane isuviše velik da bi se dopustila daljnja ionizacija, međutim u slučaju тербијумa, stabilnost polu-popunjene [Xe]4f7 konfiguracije omogućava daljnju ionizaciju četvrtog elektrona u prisustvu vrlo snažnih oksidirajućih sredstava kao što je naprimjer plin fluor.[6]

Kationi тербијумa(III) pokazuju vrlo jaku fluorescenciju, sjajne limun žute boje, koja je rezultat snažne zelene emisijske linije u kombinaciji sa drugim linijama u narandžastom i crvenom dijelu spektra. Itrofluorit je varijetet minerala fluorita a koji svoju kremasto-žutu fluorescenciju jednim dijelom duguje i тербијумu. Тербијум se vrlo lahko oksidira pa se u svom elementarnom obliku koristi isključivo za istraživanja. Japanskim naučnicima je uspjelo da pojedinačne atome тербијумa izoliraju tako što su ih "ubacili" u molekule fulerena.[8] Тербијум ima jednostavni feromagnetni raspored pri temperaturi ispod 219 K. Iznad te temperature, prelazi u spiralno antimagnetno stanje u kojem su svi atomski momenti u određenoj baznoj ravni paralelni i usmjereni pod stalnim uglom prema momentima susjednih slojeva. Takva neobična antiferomagnetna transformacija prelazi u neuređeno paramagnetno stanje pri 230 K.[9]

ХемијскеУреди

Најчешће оксидационо стање тербијума је +3, као што је на пример у Tb
2O
3. Stanje +4 je poznato u spojevima TbO2 i TbF4.[10][11] Тербијум lahko sagorijeva dajući miješani тербијум(III,IV)-oksid:[12]

8 Tb + 7 O
2 → 2 Tb
4O
7

U rastvorima, тербијум gradi samo trovalentne ione. On je izrazito elektropozitivan te sporo reagira u hladnoj vodi. Međutim, u vreloj vodi reagira vrlo brzo istiskujući iz nje vodik i gradeći тербијум-hidroksid:[12]

2 Tb + 6 H
2O → 2 Tb(OH)
3 + 3 H
2↑

Metalni тербијум reagira sa svim halogenim elementima, dajući bijele trihalide:[12]

2 Tb + 3 X
2 → 2 TbX
3 (X = F, Cl, Br, I)

Тербијум se vrlo lahko rastvara u razblaženoj sumpornoj kiselini gradeći rastvore koji sadrže svijetloružičaste ione тербијумa(III), a koji postoje u vidu kompleksa [Tb(OH2)9]3+:[12]

2 Tb (č) + 3 H
2SO
4 → 2 Tb3+
 + 3 SO2−
4 + 3 H
2↑

ИзотопиУреди

Тербијум 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) dok je najlaški izotop тербијум-135 (tačna atomska masa nepoznata).[13] Najstabilniji vještački radioizotop тербијумa je тербијум-158, čije vrijeme poluraspada iznosi 180 godina, a slijedi тербијум-157, sa vremenom poluraspada od 71 godine. Svi ostali radioaktivni izotopi imaju vremena poluraspada kraća od tri mjeseca, a velika većina od njih vremena poluraspada kraća od pola minute.[13] Osnovni način raspada izotopa lakših od stabilnog izotopa 159Tb je elektronski zahvat, kojim se dobijaju izotopi gadolinija, a osnovni način raspada težih izotopa jeste beta minus raspad, kojim se dobijaju izotopi disprozija.[13]

Ovaj element također ima i 27 nuklearnih izomera, sa masama od 141–154, 156 i 158 (svaki maseni broj ne odgovara isključivo samo jednom izomeru). Najstabilniji metastabilni izomeri su тербијум-156m, sa vremenom poluraspada od 24,4 sata te тербијум-156m2, sa vremenom poluraspada od 22,7 sati; to je duže od vremena poluraspada većine radioaktivnih izotopa тербијумa u osnovnom stanju, izuzev onih sa masenim brojevima 155–161.[13]

РеференцеУреди

  1. ^ 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. 
  2. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  3. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  4. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  5. ↑ 5,0 5,1 Gupta, C. K.; Krishnamurthy, Nagaiyar (2004). Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. стр. 5. ISBN 0-415-33340-7. 
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 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. 
  7. ^ „Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test”. Приступљено 5. 5. 2009. 
  8. ^ 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. 
  9. ^ Jackson, M. (2000). „Magnetism of Rare Earth” (PDF). The IRM quarterly. 10 (3): 1. Архивирано из оригинала (PDF) на датум 12. 7. 2017. Приступљено 27. 7. 2017. 
  10. ^ 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. 
  11. ^ Patnaik Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. стр. 920—921. ISBN 0-07-049439-8. Приступљено 6. 6. 2009. 
  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 12,3 „Chemical reactions of Terbium”. Webelements. Приступљено 6. 6. 2009. 
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 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. 

Спољашње везеУреди

Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Тербијум&oldid=23556119”