ტერბიუმი

ტერბიუმი (ქიმიური სიმბოლო — Tb) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, ჯგუფგარეშე (ძველი კლასიფიკაციით მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, IIIბ) ქიმიური ელემენტი. განეკუთვნება ლანთანოიდების ოჯახს. ატომური ნომერია — 65, ატომური მასა — 158.93, tდნ — 1356 °C, tდუღ — 3123 °C, სიმკვრივე — 8.23 გ/სმ3. რბილი მოვერცხლისფრო იშვიათ მიწათა ლითონი. ბუნებაში ტერბიუმი გვხვდება ერთი მდგრადი იზოტოპის ^{159}Tb სახით. 1843 წელს აღმოაჩინა კ. მოსანდერმა. დედამიწის ქერქში ტერბიუმის ქერქში მასის მიხედვით %. ტერბიუმის ჟანგვის რიცხვია +3. ჰაერზე იჟანგება, ოთახის ტემპერატურაზე რეაგირებს წყალთან, მარილმჟავასთან, H2SO4, HNO3 და სხვა. ღებულობენ ფთორიდის ლითონთერმული აღდგენით.
ისტორია
1843 წ. პირველად შვედმა ქიმიკოსმა კ. გ. მოსანდერმა დაშალა Y2O3-ის კონცენტრატი იტრიუმის, ტერბიუმის და ერბიუმის ოქსიდებად. XX საუკუნის დასაწყისში ფრანგმა მეცნიერმა ჟ. ურბენმა პირველად მიიღო სუფთა ტერბიუმი. სუფთა სახით იგი არ იყო გამოყოფილი იონ-გაცვლითი ტექნოლოგიების შემუშავებამდე.
როდესაც მონსანდერმა პირველად დაყო ”იტრია” სამ ფრაქციად. "terbia"-ს ფრაქცია იყო ვარდისფერი (ამჟამად, რომელიც ცნობილია როგორც ერბიუმი) და "erbia" იყო ფრაქცია, რომელიც ჩვეულებრივ ხსნარში იყო უფერო, მაგრამ იძლეოდა მოყავისფრო ოქსიდს. მოგვიანებით მკვლევარებს შეექმნათ სიძნელეები მის არმოჩენასთან დაკავშირებით, მაგრამ ვარდისფერი ფრაქციის წარმოქმნას ყოველთვის ჰქონდა ადგილი.
ყველა შემთხვევაში, როგორც ამჟამად ცნობილია ტერბიუმი მხოლოდ საწყისი იტრიას 1% შეადგენდა, მაგრამ ეს არ იყო საკმარისი დაედგინათ, რომ მოყვითალო ფერი ეკუთვნოდა ოქსიდს.ამგვარად, ტერბიუმი იყო საწყისი, ტერბიუმის ფრაქციის მცირე კომპონენტი, ხოლო დომინანტებს წარმოადგენდა მისი უშუალო მეზობლები: გადოლინიუმი და დისპროზიუმი.
სახელწოდების წარმომავლობა
ტერბიუმმა კიდევ სამი (ერბიუმი, იტერბიუმი, იტრიუმი) ელემენტთან ერთად სახელწოდება მიიღო სოფელ იტერბიუს პატივსაცემად, რომელიც მდებარეობს სტოკჰოლმის არქიპელაგის კუნძულ რესარიოზე.
ფიზიკური თვისებები
ტერბიუმი მოვერცხლისფრო-თეთრი იშვიათ მიწა ლითონია, რომელიც ელასტიკური, ჭედადი და რბილია (ადვილად იჭრება დანით). სხვა ლანთანოიდებთან შედარებით ჰაერზე მდგრადია. ტერბიუმი გვხვდება ორი კრისტალური ალოტროპიული სახით, რომლებიც ერთმანეთში გადადის 1289 °C.
ტერბიუმ(III) კათიონს აქვს ბრილიანტისებრი ფლუორესცენცია, კაშკაშა ლიმონისფერ-ყვითელ ფერით, რაც გამოწვეულია მკვეთრი მწვანე ნათების კომბინაციით, სხვა ნარინჯისფერ და წითელ ნათებასთან ერთად.
ტერბიუმი ადვილად იჟანგება და იგი თავისი ელემენტური ფორმით გამოიყენება მხოლოდ კვლევითი მიზნებისათვის. ტერბიუმის ატომები შეიძლება გამოიყოს მათი ფულე-რენის მოლეკულებში ჩანერგვით.
ტერბიუმს გააჩნია მარტივი ფერომაგნიტური რიგი 219K დაბალ ტემპერატურაზე. 219K ტემპერატურაზე ზემოთ იგი გადადის სპირალურ, ანტიფერომაგნიტურ მდგომარეობაში, რომელშიც ყველა ატომური მომენტი პარალელურია ბაზისის სიბრტყის ფენისა. ეს არაჩვეულებრივი ანტიფერომაგნიტიზმი 230K ტემპერატურაზე გარდაიქმნება უწესრიგო პარამაგნიტურ მდგომარეობად.
იზოტოპები
ბუნებაში გავრცელებული ტერბიუმი შედგება ერთი სტაბილური იზოტოპისაგან - 159Tb. დახასიათებულია მისი 33 რადიოიზოტოპი, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია 158Tb (ნახევარდაშლის პერიოდია 180 წელი), 157Tb (ნახევარდაშლის პერიოდია 71 წელი) და 169Tb (ნახევარდაშლის პერიოდია 71 დღე). ყველა დანარჩენი რადიოიზოტოპის ნახევარდაშლის პერიოდი 6.907 დღეზე ნაკლებია. ამ ელემენტს აგრეთვე გააჩნია 18 მეტა მდგომარეობა, რომელთაგან ყველაზე სტაბილურია 156მ1Tb (t½ 24.4 სთ), 154მ2Tb (t½ 22.7 სთ) და 154მ1Tb (t½ 9.4 სთ).
ქიმიური თვისებები
ტერბიუმის ყველაზე ჩვეულებრივი სავალენტო მდგომარეობაა +3 დაჟანგულობის რიცხვით, მაგალითად Tb2O2. +4 მდგომარეობა ცნობილია TbO2-სა და TbF4-ში. ტერბიუმი ადვილად იწვის და წარმოქმნის ტერბიუმის (III,IV) ოქსიდების ნარევს.
8 Tb + 7 O2 → 2 Tb4O7
ხსნარებში ტერბიუმი მხოლოდ სამვალენტიან იონს წარმოქმნის. ტერბიუმი საკმაოდ ელექტროდადებითია, ნელა ურთიერთქმედებს ცივ წყალთან და საკმაოდ სწრაფად შედის რეაქციაში ცხელ წყალთან, ტერბიუმის ჰიდროქსიდის წარმოქმნით.
2 Tb (მყ) + 6 H2O (სითხე) → 2 Tb(OH)2 (ხსნ.) + 3H2 (აირი)
ტერბიუმი ურთიერთქმედებს ყველა ჰალოგენთან:
2 Tb (მყ) + 3 F2 (აირი) → 2 TbF2 (მყ) [თეთრი]
2 Tb (მყ) + 3 Cl2 (აირი) → 2 TbCl2 (მყ) [თეთრი]
2 Tb (მყ) + 3 Br2 (აირი) → 2 TbBr2 (მყ) [თეთრი]
2 Tb (მყ) + 3 I2 (აირი) → 2 TbI2 (მყ)
ტერბიუმი სწრაფად იხსნება განზავებულ გოგირდმჟავაში და წარმოქმნის მკრთალ ვარდისფერ Tb(III) იონების შემცველ ხსნარს, რომელიც არსებობს [Tb(OH2)9]3+ კომპლექსებში.
2 Tb (მყ) + 3 H2SO4 (სითხე) → 2 Tb+3(სითხე) + 3 SO2−4 (სითხე) + 3 H2 (აირი)
ბუნებაში
ტერბიუმის კლარკი დედამიწის ქერქში არის (ტეილორის მიხედვით) 4,3 გრ/ტ.
ელემენტი ტერბიუმი ბუნებაში თავისუფალი სახით არ გვხვდება, მაგრამ მას შეიცავს მრავალი მინერალი, მათ შორის ცერიტი, გადოლინიტი, მონაციტი ((Ce,La,Th,Nd,Y)PO4, რომელიც ტერბიუმს შეიცავს 0.03% ზემოთ), ქსენოთაიმი (YPO4) და ეუქსენიტი ((Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6, რომელიც შეიცავს 1%-ზე მეტ ტერბიუმს). დედამიწის ქერქში ტერბიუმის გავრცელება შეადგენს 1.2მგ/კგ.
ტერბიუმის უმდიდრეს კომერციულ წყაროს წარმოადგენს იონ-ადსორბციული თიხები სამხრეთ ჩინეთიდან. მათში ორი მესამედი (წონით) არის იტრიუმის ოქსიდი და დაახლოებით 1%-ია ტერბიუმი. თუმცა იგი მცირე რაოდენობით გვხვდება ბასთნეზიტში და მონაციტში. ეს მინერალები დაამუშავეს გამხსნელით - ექსტრაქციით, რათა გამოეყოთ მძიმე ლანთანოიდები ”სამარიუმ-ევროპიუმ-გადოლინიუმ კონცენტრატის”(SEG concentrate), ფორმით.
საბადოები
ტერბიუმი შედის ლანთანოიდების შემადგენლობაში, რომლებიც ხშირად გვხვდება აშშ, ყაზახეთში, რუსეთში, უკრაინაში, ავსტრალიაში, ბრაზილიაში, ინდოეთში, სკანდინავიაში.
მიღება
ტერბიუმ-შემცველი მინერალის მცირე ზომის ნატეხები მუშავდება ცხელი კონცენტრირებული გოგირდმჟავათი და წარმოიქმნება იშვიათ მიწა ელემენტების წყალში ხსნადი სულფატები. მჟავა ფილტრატი ნაწილობრივ ნეიტრალიზდება კაუსტიკური სოდით, pH 3-4-მდე. თორიუმი ჰიდროქსიდის სახით გამოილექება ხსნარიდან და მოცილდება მას. ამის შემდეგ ხსნარი მუშავდება ამონიუმის ოქსალატით, რომელსაც იშვიათ მიწათა ელემენტები გადაჰყავს თავის შესაბამის უხსნად ოქსალატებში. ოქსალატები გახურებით გადადის ოქსიდებში, რომლებიც იხსნებიან აზოტმჟავაში, გარდა ძირითადი კომპონენტისა, ეს არის ცერიუმი, რომლის ოქსიდიც არ იხსნება HNO2. ტერბიუმი გამოიყოფა ამონიუმის ნიტრატით კრისტალიზაციით, ორმაგი მარილის სახით.
ტერბიუმის მარილების გამოყოფა იშვიათ მიწა მარილების ხსნარებიდან ყველაზე ეფექტურია იონ-გაცვლითი ტექნოლოგიებით. ამ პროცესში, იშვიათ მიწათა ელემენტების იონები იხსნებიან შესაბამის იონ-გაცვლით ფისში, ამ უკანასკნელში არსებული იონებით მიმოიცვლებიან წყალბადის, ამონიუმის ან სპილენძის იონებით. იშვიათ მიწათა იონები შემდგომ სელექტიურად გამოირეცხება შესაბამისი კომპლექსური აგენტით. სხვა იშვიათ მიწათა ელემენტების მსგავსად, ლითონური ტერბიუმი მიიღება ლითონური კალციუმით უწყლო ქლორიდის ან ფტორიდის აღდგენით. კალციუმის ან ტანტალის მინარევები შეიძლება მოვილდეს ვაკუუმში ხელახალი გალღობით, გამოხდით, ამალგამის წარმოქმნით ან ზონური ლღობით.
ღირებულება
99—99,99 %-ის სიწმინდის ლითონური ტერბიუმის ღირებულება მიახლოებით 266 ევრო 10 გრამში.
გამოყენება
ტერბიუმი — მეტად არაჩვეულებრივი ლითონია ლანთანოიდებს შორის და აქვს უნიკალური ფიზიკური მახასიათებლების მთელი სპექტრი, ასევე ეს ეხება მის შენადნობებს და ნაერთებს. ტერბიუმი მონოიზოტოპიური ელემენტია (ტერბიუმ-159).
მანიტური მასალები
ტერბიუმ-კობალტის მონოკრისტალური შენადნობი აბსოლუტურ ნულის ტემპერატურასთან ახლოს წარმოადგენს ყველაზე მძლავრ მყარმაგნიტ მასალას (408 კჯ/მ), რაც 5—7 ჯერ მეღალია, ვიდრე სამარიუმ-კობალტის ან რკინა-ნეოდიუმ-ბორის შენადნობებს.
თერმოელექტრული მასალები
ტერბიუმის ტელურიდი კარგი თერმოელექტრული მასალაა და ტერბიუმზე ფასის დაწევისას შეიძლება მისი ფართოდ გამოყენება თერმოელექტროგენერატორების წარმოებაში (თერმო-ე.მ.ძ. 160—170 მკვ/К).
ლაზერის მასალები
ტერბიუმ გალიუმის ძოწი (ტგძ) გამოიყენება ლაზერულ ტექნიკაში როგორც ოპტიკური იზოლატორი და ფარადეის მბრუნავი.
ლუმინოფორები
ტერბიუმის ვოლფრამატი მუდმივად იწარმოება და გამოიყენება ელექტრონიკაში როგორც ლუმინოფორი.
OLED- მოწყობილობებში გამოყენებას ჰპოვებს ტერბიუმის კომპლეხსური ნაერთები (ევროპიუმთან და სამარიუმთან ერთად). ეს დაკავშირებულია კარგ ლუმინესცენტურ მახასიათებლებზე - ლუმინოსცენციის მაღალ ინტენსივობაზე და სპექტრის ხაზების მცირე ნახევარსიფართეზე.
ასეთი სუპრამოლეკულარული ფოტოფიზიკური მოწყობილობების მოქმედების პრინციპი (გამსაზღვრულია ჟ.მ. ლენა) დაფუძნებულია ანტენის ეფექტს.
გიგანტური მაგნითოკალორიული ეფექტი
ტერბიუმის და გადოლინიუმის შენადნობები ავლენენ მნიშვნელოვან მახასიათებლებს მაგნიტური მაცივრების კონსტრუირებისათვის.
კატალიზატორები
ტერბიუმის ოქსიდი გამოიყენება როგორც მაღალეფექტური ჟანგვის კატალიზატორი.
ელექტრონიკა
ტერბიუმის ფტორიდი ცერიუმისა და იტრიუმის ფტორიდებთან ერთად გამოიყენება მიკროელექტრონიკაში როგორც სილიციუმის საფარი.
კომპიუტერების წარმოება
ბოლო წლებში კომპიუტერების წარმოებაში განსაკუთრებული მნიშვნელობა შეიძინა ტერბიუმის ფერიტმა.
რესურსები ინტერნეტში
ტერბიუმი Webelements-ზე
ტერბიუმი ქიმიური ელემენტების პოპულარული ბიბლიოთეკაში
სქოლიო