Terbium

Terbium adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Tb dan nomor atom 65. Ia merupakan logam tanah jarang berwarna putih keperakan yang dapat ditempa dan ulet. Menjadi anggota kesembilan dari deret lantanida, terbium adalah logam yang cukup elektropositif yang bereaksi dengan air, menghasilkan gas hidrogen. Terbium tidak pernah ditemukan di alam sebagai unsur bebas, tetapi terkandung dalam banyak mineral, meliputi serit, gadolinit, monasit, xenotim, dan euksenit.

Kimiawan Swedia Carl Gustaf Mosander menemukan terbium sebagai unsur kimia pada tahun 1843. Dia mendeteksinya sebagai pengotor dalam itrium oksida, . Itrium dan terbium, serta erbium dan iterbium, dinamai dari desa Ytterby di Swedia. Terbium tidak diisolasi dalam bentuk murni hingga munculnya teknik pertukaran ion.

Terbium digunakan untuk mendoping kalsium fluorida, kalsium wolframat, dan stronsium molibdat dalam perangkat padat, dan sebagai penstabil kristal sel bahan bakar yang beroperasi pada suhu tinggi. Sebagai komponen dari Terfenol-D (paduan yang mengembang dan berkontraksi saat terpapar medan magnet lebih dari paduan lainnya), terbium digunakan dalam aktuator, sistem sonar angkatan laut, dan sensor.

Sebagian besar pasokan terbium dunia digunakan dalam fosfor hijau. Terbium oksida ada pada lampu fluoresen dan televisi serta tabung sinar katoda (CRT). Fosfor hijau terbium digabungkan dengan fosfor biru europium divalen dan fosfor merah europium trivalen untuk menghasilkan teknologi pencahayaan trikromatik, cahaya putih efisiensi tinggi yang digunakan untuk penerangan standar dalam pencahayaan dalam ruangan.

Karakteristik

Sifat fisik
Terbium adalah logam tanah jarang berwarna putih keperakan yang dapat ditempa, ulet, dan cukup lunak untuk dipotong dengan pisau. Ia relatif stabil di udara dibandingkan dengan lantanida sebelumnya yang lebih reaktif pada paruh pertama deret lantanida. Terbium eksis dalam dua alotrop kristal dengan suhu transformasi 1289 °C di antara mereka. 65 elektron atom terbium tersusun dalam konfigurasi elektron [Xe]4f96s2. Sebelas elektron 4f dan 6s adalah valensi. Hanya tiga elektron yang dapat dilepaskan sebelum muatan inti menjadi terlalu besar untuk memungkinkan ionisasi lebih lanjut, tetapi dalam kasus terbium, stabilitas konfigurasi [Xe]4f7 memungkinkan ionisasi lebih lanjut dari elektron keempat dengan adanya zat pengoksidasi yang sangat kuat seperti gas fluorin.

Kation terbium(III) berpendar cemerlang, dalam warna kuning-lemon cerah yang merupakan hasil dari garis emisi hijau yang kuat dalam kombinasi dengan garis-garis lain pada jingga dan merah. Variasi itrofluorit dari mineral fluorit memiliki pendaran berwarna kuning-krem, sebagian karena adanya terbium. Terbium mudah teroksidasi, sehingga ia digunakan dalam bentuk unsurnya khusus hanya untuk penelitian. Atom terbium tunggal telah diisolasi dengan menanamkannya ke dalam molekul fulerena.

Terbium memiliki urutan feromagnetik sederhana pada suhu di bawah 219 K. Di atas suhu 219 K, ia berubah menjadi keadaan antiferomagnetik heliks di mana semua momen atom pada lapisan bidang basal tertentu akan sejajar, dan berorientasi pada sudut tetap terhadap momen-momen dari lapisan yang berdekatan. Antiferomagnetisme yang tidak biasa ini berubah menjadi keadaan paramagnetik yang tidak teratur pada suhu 230 K.

Sifat kimia
Logam terbium adalah unsur elektropositif dan teroksidasi dengan adanya sebagian besar asam (seperti asam sulfat), semua halogen, dan bahkan air.

Terbium juga mudah teroksidasi di udara untuk membentuk campuran terbium(III,IV) oksida:

Keadaan oksidasi terbium yang paling umum adalah +3 (trivalen), seperti . Dalam keadaan padat, terbium tetravalen juga dikenal, dalam senyawa seperti  dan . Dalam larutan, terbium biasanya membentuk spesi trivalen, tetapi dapat dioksidasi menjadi tetravalen dengan ozon dalam kondisi berair yang sangat basa.

Koordinasi dan kimia organologam terbium mirip dengan lantanida lainnya. Dalam kondisi berair, terbium dapat dikoordinasikan oleh sembilan molekul air, yang tersusun dalam geometri molekul prisma trigonal bertudung-tiga. Kompleks terbium dengan bilangan koordinasi lebih rendah juga diketahui, biasanya dengan ligan besar seperti bis(trimetil-sililamida), yang membentuk kompleks tiga koordinat .

Sebagian besar kompleks koordinasi dan organologam mengandung terbium dalam keadaan oksidasi trivalen. Kompleks divalen (Tb2+) juga dikenal, biasanya dengan ligan tipe siklopentadienil yang besar. Beberapa senyawa koordinasi yang mengandung terbium dalam bentuk tetravalennya juga diketahui.

Keadaan oksidasi
Seperti kebanyakan unsur tanah jarang dan lantanida lainnya, terbium biasanya ditemukan dalam keadaan oksidasi +3. Seperti serium dan praseodimium, terbium juga dapat membentuk keadaan oksidasi +4, meskipun tidak stabil di dalam air. Namun, terbium juga dapat ditemukan dalam keadaan oksidasi 0, +1 dan +2.

Senyawa

Terbium dapat bergabung dengan nitrogen, karbon, belerang, fosforus, boron, selenium, silikon, dan arsen pada suhu tinggi, membentuk berbagai senyawa biner seperti , , , , ,  dan . Dalam senyawa tersebut, Tb sebagian besar menunjukkan keadaan oksidasi +3 dan terkadang +2. Terbium(II) halida diperoleh melalui penganilan Tb(III) halida dengan adanya logam Tb dalam wadah tantalum. Terbium juga membentuk sesquiklorida , yang selanjutnya dapat direduksi menjadi TbCl dengan penganilan pada suhu 800 °C. Terbium(I) klorida ini membentuk trombosit dengan struktur seperti grafit berlapis.

Terbium(IV) fluorida adalah satu-satunya halida yang dapat dibentuk oleh terbium tetravalen, dan memiliki sifat pengoksidasi yang kuat. Ini juga merupakan agen fluorinasi yang kuat, memancarkan fluorin atomik yang relatif murni saat dipanaskan, dan bukan campuran uap fluorida yang dipancarkan dari kobalt(III) fluorida atau serium(IV) fluorida. Ia dapat diperoleh dengan mereaksikan terbium(III) klorida atau terbium(III) fluorida dengan gas fluorin pada suhu 320 °C:
 2 TbF3 + F2 → 2 TbF4
Ketika TbF4 dan CsF dicampur dalam rasio stoikiometri, dalam atmosfer gas fluorin, akan diperoleh CsTbF5. Ini adalah kristal ortorombus, dengan grup ruang Cmca, dengan struktur berlapis yang terdiri dari [TbF8]4− dan Cs+ berkoordinasi 11. Senyawa BaTbF6 dapat dibuat dengan metode serupa. Ia adalah kristal ortorombus, dengan grup ruang Cmma. Senyawa [TbF8]4− juga eksis.

Senyawa lainnya meliputi
 Fluorida: , 
 Klorida: 
 Bromida: 
 Iodida:

Isotop

Terbium alami hanya terdiri dari satu isotop stabil, 159Tb; dengan demikian, unsur ini merupakan unsur mononuklida dan monoisotop. Tiga puluh enam radioisotop telah dikarakterisasi, dengan yang paling berat adalah 171Tb (dengan massa atom 170,95330(86) u) dan paling ringan adalah 135Tb (massa pastinya tidak diketahui). Radioisotop sintetis terbium yang paling stabil adalah 158Tb, dengan waktu paruh 180 tahun, dan 157Tb, dengan waktu paruh 71 tahun. Semua isotop radioaktif yang tersisa memiliki waktu paruh kurang dari seperempat tahun, dan sebagian besar memiliki waktu paruh kurang dari setengah menit. Mode peluruhan utama sebelum isotop stabil yang paling melimpah, 159Tb, adalah penangkapan elektron, yang menghasilkan isotop gadolinium, dan mode utama setelahnya adalah peluruhan beta minus, yang menghasilkan isotop disprosium.

Unsur ini juga memiliki 27 isomer nuklir, dengan massa 141–154, 156, dan 158 (tidak setiap nomor massa hanya memiliki satu isomer). Isomer nuklir yang paling stabil adalah 156mTb, dengan waktu paruh 24,4 jam, dan 156m2Tb, dengan waktu paruh 22,7 jam; ini lebih lama dari waktu paruh sebagian besar keadaan dasar isotop terbium radioaktif, kecuali yang memiliki nomor massa 155–161.

149Tb, dengan waktu paruh 4,1 jam, adalah kandidat yang menjanjikan dalam terapi alfa bertarget dan tomografi emisi positron.

Sejarah

Kimiawan Swedia Carl Gustaf Mosander menemukan terbium pada tahun 1843. Dia mendeteksinya sebagai pengotor dalam itrium oksida, . Itrium dinamai dari desa Ytterby di Swedia. Terbium tidak diisolasi dalam bentuk murni hingga munculnya teknik pertukaran ion.

Mosander pertama-tama memisahkan itria menjadi tiga fraksi, semuanya diberi nama sesuai bijihnya: itria, erbia, dan  terbia. "Terbia" awalnya adalah fraksi yang mengandung warna merah muda, karena adanya unsur yang sekarang dikenal sebagai erbium. "Erbia" (mengandung apa yang sekarang dikenal sebagai terbium) awalnya adalah fraksi yang pada dasarnya tidak berwarna dalam larutan. Oksida yang tidak larut dari unsur ini tercatat berwarna coklat.

Pekerja selanjutnya mengalami kesulitan dalam mengamati "erbia" nirwarna minor, tetapi fraksi merah muda yang larut tidak mungkin terlewatkan. Argumen berjalan bolak-balik, apakah erbia bahkan eksis. Dalam kebingungan, nama aslinya dibalik, dan pertukaran nama macet, sehingga fraksi merah muda akhirnya merujuk ke larutan yang mengandung erbium (yang dalam larutan berwarna merah muda). Sekarang diperkirakan bahwa pekerja yang menggunakan natrium atau kalium sulfat ganda untuk menghilangkan seria dari itria secara tidak sengaja kehilangan terbium ke dalam endapan yang mengandung seria. Apa yang sekarang dikenal sebagai terbium hanya sekitar 1% dari itria asli, tetapi itu cukup untuk memberikan warna kekuningan pada itrium oksida. Jadi, terbium adalah komponen minor dalam fraksi asli yang mengandungnya, yang didominasi oleh tetangga terdekatnya, gadolinium dan disprosium.

Setelah itu, setiap kali tanah jarang lainnya disingkirkan dari campuran ini, fraksi mana pun yang memberikan oksida coklat mempertahankan nama terbium, sampai akhirnya, oksida coklat terbium diperoleh dalam bentuk murni. Para peneliti abad ke-19 tidak memanfaatkan teknologi fluoresensi UV untuk mengamati fluoresensi Tb(III) kuning atau hijau cemerlang yang akan membuat terbium lebih mudah diidentifikasi dalam campuran atau larutan padat.

Keterjadian

Terbium terkandung bersama dengan unsur tanah jarang lainnya dalam banyak mineral, meliputi monasit ( dengan terbium hingga 0,03%), xenotim (), dan euksenit ( dengan 1% atau lebih terbium). Kelimpahan terbium di kerak Bumi diperkirakan sebesar 1,2 mg/kg. Belum ada mineral dominan terbium yang telah ditemukan.

Saat ini, sumber terbium komersial terkaya adalah tanah liat pengadsorpsi ion di Tiongkok selatan; konsentrat dengan sekitar dua pertiga itrium oksida dari total berat memiliki sekitar 1% terbia. Sejumlah kecil terbium terjadi pada bastnäsit dan monasit; bila mereka diproses dengan ekstraksi pelarut untuk memperoleh kembali lantanida berat yang berharga sebagai konsentrat samarium-europium-gadolinium, terbium diperoleh kembali di dalamnya. Karena banyaknya volume bastnäsit yang diproses relatif terhadap lempung pengadsorpsi ion, sebagian besar pasokan terbium dunia berasal dari bastnäsit.

Pada tahun 2018, pasokan terbium yang kaya ditemukan di lepas pantai Pulau Minamitori di Jepang, dengan pasokan yang dinyatakan "cukup untuk memenuhi permintaan global selama 420 tahun".

Produksi
Mineral yang mengandung terbium yang dihancurkan akan diolah dengan asam sulfat pekat panas untuk menghasilkan sulfat tanah jarang yang larut dalam air. Filtrat asam sebagian dinetralkan dengan soda kaustik hingga pH 3–4. Torium akan mengendap dari larutan sebagai hidroksida dan kemudian dihilangkan. Setelah itu, larutan diperlakukan dengan amonium oksalat untuk mengubah tanah jarang menjadi oksalat mereka masing-masing yang tidak larut. Oksalat tersebut didekomposisi menjadi oksida dengan pemanasan. Oksida tersebut kemudian dilarutkan dalam asam nitrat yang mengecualikan salah satu komponen utama, serium, yang oksidanya tidak larut dalam . Terbium dipisahkan sebagai garam ganda dengan amonium nitrat melalui kristalisasi.

Prosedur pemisahan yang paling efisien untuk garam terbium dari larutan garam tanah jarang adalah pertukaran ion. Dalam proses ini, ion tanah jarang akan teradsorpsi ke dalam resin penukar ion yang sesuai melalui pertukaran dengan ion hidrogen, amonium, atau tembaga yang ada dalam resin. Ion tanah jarang kemudian dicuci secara selektif oleh zat pengompleks yang sesuai. Seperti tanah jarang lainnya, logam terbium diproduksi dengan mereduksi anhidrat klorida atau fluorida dengan logam kalsium. Kotoran kalsium dan tantalum dapat dihilangkan dengan peleburan ulang vakum, distilasi, pembentukan amalgam, atau peleburan zona.

Aplikasi
Terbium digunakan sebagai dopan dalam kalsium fluorida, kalsium wolframat, dan stronsium molibdat, bahan yang digunakan dalam perangkat padat, dan sebagai penstabil kristal sel bahan bakar yang beroperasi pada suhu tinggi, bersama dengan .

Terbium juga digunakan dalam paduan dan produksi perangkat elektronik. Sebagai komponen dari Terfenol-D, terbium digunakan dalam aktuator, sistem sonar angkatan laut, sensor, perangkat SoundBug (aplikasi komersial pertamanya), dan perangkat magnetomekanis lainnya. Terfenol-D adalah paduan terbium yang mengembang atau berkontraksi dengan adanya medan magnet. Ia memiliki magnetostriksi tertinggi dari semua paduan.

Terbium oksida digunakan dalam fosfor hijau pada lampu fluoresen dan tabung TV berwarna. Natrium terbium borat digunakan dalam perangkat keadaan padat. Pendaran cemerlangnya memungkinkan terbium untuk digunakan sebagai prob dalam biokimia, di mana ia agak menyerupai kalsium dalam perilakunya. Fosfor "hijau" terbium (yang berpendar dengan warna kuning lemon cemerlang) dikombinasikan dengan fosfor biru europium divalen dan fosfor merah europium trivalen untuk menyediakan teknologi pencahayaan trikromatik yang sejauh ini merupakan konsumen terbesar pasokan terbium dunia. Pencahayaan trikromatik memberikan keluaran cahaya yang jauh lebih tinggi untuk jumlah energi listrik tertentu daripada lampu pijar.

Terbium juga digunakan untuk mendeteksi endospora, karena ia bertindak sebagai uji asam dipikolinat berdasarkan fotoluminesensi.

Pada tahun 2023, senyawa terbium digunakan untuk membuat kisi dengan satu atom besi (Fe), yang kemudian diperiksa dengan berkas sinar-X sinkrotron, untuk pertama kalinya memeriksa satu atom pada tingkat sub-atomik.

Pencegahan

Terbium tidak memiliki peran biologis yang diketahui. Seperti lantanida lainnya, senyawa terbium memiliki toksisitas rendah hingga sedang, meskipun toksisitasnya belum diteliti secara rinci. Berdasarkan toksisitas terbium klorida terhadap tikus, diperkirakan bahwa menelan 500 gram atau lebih dapat berakibat fatal bagi manusia (bandingkan dengan dosis letal garam dapur biasa sebesar 300 gram untuk manusia dengan berat 100 kilogram). Garam yang tidak larut tidak beracun.

Lihat pula
 Senyawa terbium

Referensi

Pranala luar

  WebElements.com – Terbium
  It's Elemental – Terbium

 
Unsur kimia
Unsur kimia dengan struktur padat heksagon
Material feromagnetik
Lantanida
Reduktor