Terbijs

Terbijs ir ķīmiskais elements ar simbolu Tb un atomskaitli 65. Tas ir retzemju metāls, kas periodiskajā tabulā pieder lantanīdu grupai. Terbijs ir sudrabaini spīdīgs, mīksts un viegli kaļams metāls, kam piemīt paramagnētiskas īpašības un salīdzinoši augsta ķīmiskā reaktivitāte, īpaši saskarē ar skābekli un ūdeni. Dabā terbijs galvenokārt sastopams polimetāliskajās rūdās, piemēram, monacītā un bastnezītā, no kuriem to iegūst, izmantojot sarežģītas separācijas metodes. Lai arī terbijs nav plaši izplatīts, tam ir būtiska loma mūsdienu materiālzinātnē un augsto tehnoloģiju nozarēs. Terbija savienojumus izmanto zaļās luminiscences radīšanai, piemēram, gāzizlādes lampās un krāsu displejos, kā arī cietvielu lāzeros un šķidro kristālu ierīcēs. Terbija savienojumus lieto par leģējošo piemaisījumu pusvadītāju ierīcēm. Turklāt terbijs tiek izmantots spēcīgos magnētos un jutīgos sensoros, kas nepieciešami dažādām elektronikas un enerģētikas tehnoloģijām. Pateicoties šīm īpašībām, terbijs ir kļuvis par stratēģiski nozīmīgu elementu augsto tehnoloģiju rūpniecībā. Savienojumos terbijam oksidēšanas pakāpes var būt +3 un +4.

 Vēsture 
1843. gadā zviedru ķīmiķa Karla Gustafa Mosandera pētījumos tika atklāts terbijs, analizējot retzemju minerāla gadolinīta (toreiz saukta par iterbītu) sastāvu. Mosanders konstatēja, ka līdz tam par tīru uzskatītais elements itrijs patiesībā ir maisījums, no kura var atdalīt vairākus citus elementus, tostarp terbiju, erbiju un vēlāk arī iterbiju un disproziju. Terbijs sākotnēji tika identificēts kā neviendabīgs oksīds, un tikai vēlāk ar uzlabotām ķīmiskajām metodēm to izdevās izolēt tīrā veidā. Elementa nosaukums ‘terbijs’ cēlies no Zviedrijas ciema Iterbī nosaukuma, kas atrodas netālu no Stokholmas un kur tika iegūts iepriekšminētais minerāls. Šis ciems ir unikāls ar to, ka pēc tā nosaukti vēl trīs citi lantanīdi — itrijs (Y), erbijs (Er) un iterbijs (Yb) —, tādējādi kļūstot par vienu no nozīmīgākajiem vietvārdiem ķīmijas vēsturē.

Līdz pat 20. gadsimta vidum terbijam galvenokārt bija zinātniska nozīme, jo tā ķīmiskās īpašības un līdzība ar citiem lantanīdiem apgrūtināja tā praktisko pielietošanu. Tomēr, attīstoties separācijas tehnoloģijām un elektronikai, terbijs sāka iegūt arvien lielāku rūpniecisko nozīmi. No 1960. gadiem terbija savienojumus sāka izmantot krāsu televizoru zaļajos luminoforos, bet vēlāk arī šķidro kristālu ierīcēs, cietvielu lāzeros un pastāvīgajos magnētos. Mūsdienās, 21. gadsimtā, terbijs ir kļuvis par stratēģiski nozīmīgu retzemju elementu, kura pieprasījumu veicina tā izmantošana zaļās enerģijas tehnoloģijās, piemēram, vēja turbīnu magnētos un energoefektīvajā apgaismojumā, kā arī augstas precizitātes sensoros un aizsardzības nozarē. Tādējādi terbijs no tikai eksperimentiem izmantojama ķīmiskā elementa ir pārtapis par būtisku komponentu modernajā tehnoloģiskajā infrastruktūrā.

 Ķīmiskās un fizikālās īpašības 
Terbijs ir sudrabaini spīdīgs, mīksts un elastīgs metāls, kas pieder lantanīdu elementu grupai. Tam normālos apstākļos piemīt paramagnētiskas īpašības, taču noteiktos savienojumos un zemās temperatūrās terbijs izrāda feromagnētismu. Tā blīvums ir aptuveni 8,23 g/cm³ (8230 kg/m³), savukārt kušanas temperatūra ir 1356 °C, bet viršanas temperatūra sasniedz 3230 °C. Terbijs ir elektriskais vadītājs, taču tā elektrovadītspēja un siltumvadītspēja ir salīdzinoši zemāka nekā daudziem citiem metāliem, bet raksturīga lantanīdiem. Kristāliskā struktūra normālos apstākļos ir heksagonālais blīvais sakārtojums (HCP). Tā mehāniskās īpašības ļauj to viegli apstrādāt, bet tā reaktivitāte ar skābekli un mitrumu prasa uzglabāšanu inertā vidē vai aizsargpārklājumā.

Ķīmiski terbijs ir aktīvs metāls, kas gaisā oksidējas, veidojot oksīda kārtiņu, kura gan nav pietiekami stabila, lai aizsargātu pret turpmāku oksidāciju. Reaģējot ar skābekli, terbijs veido terbija(III) oksīdu (Tb2O3), kas ir balta vai pelēcīga cieta viela. Saskarē ar ūdeni terbijs lēnām reaģē, izdalot ūdeņradi un veidojot hidroksīdus, īpaši pie paaugstinātas temperatūras. Skābēs, piemēram, sālsskābē un slāpekļskābē, terbijs šķīst, veidojot Tb3+ jonus un atbilstošus sāļus, piemēram, terbija hlorīdu (TbCl3) vai terbija nitrātu (Tb(NO3)3). Šie savienojumi ir ūdenī šķīstoši un tiek plaši izmantoti ķīmijā un materiālzinātnē, īpaši luminiscējošos materiālos. Savienojumois terbijam raksturīgā oksidēšanas pakāpe ir +3, bet dažos savienojumos iespējams arī +4, piemēram, terbija(IV) oksīdā (TbO2), lai gan tas ir nestabils un reti sastopams.

Dabā sastopams viens stabils terbija izotops — terbijs-159. Tam nav radioaktīvu komponentu, kas būtu jāizolē vai jāiznīcina. Laboratoriski ir sintezēti vairāk nekā 30 radioaktīvi terbija izotopi, kuru masas skaitļi svārstās no 135 līdz 170. Dažiem no tiem ir praktiska nozīme pētniecībā un kodolmedicīnā, tomēr to pussabrukšanas periodi ir īsi (no sekundēm līdz dažām dienām), un tie ātri sadalās, galvenokārt ar bēta sabrukšanu. Līdz ar to terbijs-159 dominē visās rūpnieciskajās un lietišķajās pielietojuma jomās.

 Sastopamība dabā un ieguve 
Terbijs dabā nav sastopams tīrā veidā, bet vienmēr atrodas kā komponents retzemju elementu minerālos, galvenokārt monacītā un bastnezītā. Šie minerāli satur dažādus lantanīdus, tostarp arī terbiju, taču tā koncentrācija parasti ir salīdzinoši zema (daži procenti no kopējās masas). Papildus tam terbijs var būt nelielos daudzumos arī citos minerālos, piemēram, ksenotīmā un eudialītā. Lai gan terbijs nav viens no visbiežāk sastopamajiem lantanīdiem, tā ķīmiskā līdzība ar citām retzemju vielām apgrūtina tā selektīvu atdalīšanu, padarot ieguvi tehnoloģiski sarežģītu un ekonomiski atkarīgu no pieprasījuma konkrētos pielietojumos.

Lielākās rūpnieciskās terbija ieguves iespējas koncentrējas Ķīnā, kas ilgstoši ir dominējusi globālajā retzemju metālu tirgū. Ķīnas kalnrūpniecības reģioni, piemēram, Baotou (Iekšējā Mongolija), satur bastnezītu ar ievērojamu terbija saturu. Citi nozīmīgi ieguves reģioni ir Amerikas Savienotās Valstis (īpaši Mountain Pass raktuve Kalifornijā), Austrālija (Mount Weld raktuve Rietumaustrālijā), kā arī Krievija, Kanāda, Indija un vairākas Āfrikas valstis. Daudzi no šiem reģioniem attīsta alternatīvas piegādes ķēdes, lai mazinātu atkarību no Ķīnas un nodrošinātu kritiski svarīgu metālu pieejamību augsto tehnoloģiju ražošanai.

Tā kā terbijs fizikāli un ķīmiski kopā ar citiem lantanīdiem ir ļoti līdzīgi, tā atdalīšanai nepieciešamas precīzas separācijas metodes. Visbiežāk izmantotās metodes ir šķīdinātāju ekstrakcija, jonu apmaiņas hromatogrāfija un precipitācija un termiskā redukcija. Šķīdinātāju ekstrakcijā organiski šķīdinātāji selektīvi saista atsevišķu lantanīdu jonus, ļaujot pakāpeniski atdalīt terbiju no citām sastāvdaļām. Jonu apmaiņas hromatogrāfija darbojas, izmantojot vielas, kas piesaista konkrētus jonu veidus; terbija atdalīšanu iespējams panākt, mainot pH un šķīduma sastāvu. Precipitācijā un termiskajā redukcijā pēc terbija sāļu atdalīšanas tie tiek pārvērsti oksīdos (Tb2O3), kurus vēlāk reducē līdz metāliskajam terbijam, piemēram, kā reducētāju izmantojot kalciju vai litiju. Rafinētais terbijs tiek uzglabāts inertā vidē, parasti argonā, lai novērstu oksidēšanos un saglabātu tā ķīmisko stabilitāti turpmākai izmantošanai tehnoloģiskajos procesos.

 Atsauces 

 Ārējās saites 

Kategorija:Ķīmiskie elementi
Kategorija:Lantanīdi