Element Maġiku tad-Dinja Rari: Terbju

Terbjujappartjeni għall-kategorija ta' elementi rari tqal, b'abbundanza baxxa fil-qoxra tad-Dinja ta' 1.1 ppm biss.Ossidu tat-terbjujammonta għal inqas minn 0.01% tat-total tad-dinja rari. Anke fil-mineral tat-tip ta' joni ta' ittriju għoli ta' metallurġija rari tqila bl-ogħla kontenut ta' terbju, il-kontenut tat-terbju jammonta biss għal 1.1-1.2% tat-totalart rari, li jindika li jappartjeni għall-kategorija “nobbli” ta’art rarielementi. Għal aktar minn 100 sena mill-iskoperta tat-terbju fl-1843, l-iskarsezza u l-valur tiegħu żammew l-applikazzjoni prattika tiegħu għal żmien twil. Huwa biss fl-aħħar 30 sena literbjuwera t-talent uniku tiegħu.

Niskopru l-Istorja

Il-kimiku Żvediż Carl Gustaf Mosander skopra t-terbju fl-1843. Huwa skopra l-impuritajiet tiegħu fiossidu tal-ittrijuuY2O3. Ittrijuhuwa msemmi għall-villaġġ ta' Itby fl-Iżvezja. Qabel ma tfaċċat it-teknoloġija tal-iskambju tal-joni, it-terbju ma kienx iżolat fil-forma pura tiegħu.

Mossander l-ewwel qassamossidu tal-ittrijufi tliet partijiet, kollha msemmija skont minerali:ossidu tal-ittriju, ossidu tal-erbju, uossidu tat-terbju. Ossidu tat-terbjuoriġinarjament kien magħmul minn parti roża, minħabba l-element li llum huwa magħruf bħalaerbju. Ossidu tal-erbju(inkluż dak li llum insejħulu terbju) kien oriġinarjament parti bla kulur f'soluzzjoni. L-ossidu insolubbli ta' dan l-element huwa kkunsidrat kannella.

Ħaddiema aktar tard sabuha diffiċli biex josservaw "ossidu tal-erbju", iżda l-parti roża solubbli ma tistax tiġi injorata. Id-dibattitu dwar l-eżistenza ta'ossidu tal-erbjuħareġ ripetutament. Fil-kaos, l-isem oriġinali ġie maqlub u l-iskambju tal-ismijiet baqa' mwaħħal, għalhekk il-parti roża eventwalment issemmiet bħala soluzzjoni li fiha l-erbju (fis-soluzzjoni, kienet roża). Issa huwa maħsub li l-ħaddiema li jużaw sodium disulfide jew potassium sulfate biex ineħħu d-dijossidu taċ-ċerju minnossidu tal-ittrijudawra bla ma ridtterbjuf'ċerju li fih preċipitati. Bħalissa magħruf bħala'terbju', madwar 1% biss tal-oriġinaliossidu tal-ittrijuhuwa preżenti, iżda dan huwa biżżejjed biex jittrażmetti kulur isfar ċar lilossidu tal-ittrijuGħalhekk,terbjuhuwa komponent sekondarju li inizjalment kien fih, u huwa kkontrollat ​​mill-ġirien immedjati tiegħu,gadolinjuudisprosju.

Wara, kull meta ieħorart rarielementi ġew separati minn din it-taħlita, irrispettivament mill-proporzjon tal-ossidu, l-isem tat-terbju nżamm sakemm finalment, l-ossidu kannella ta'terbjuinkiseb f'forma pura. Ir-riċerkaturi fis-seklu 19 ma użawx it-teknoloġija tal-fluworexxenza ultravjola biex josservaw noduli sofor jew ħodor jgħajtu (III), u dan għamilha aktar faċli biex it-terbju jiġi rikonoxxut f'taħlitiet jew soluzzjonijiet solidi.

Konfigurazzjoni tal-elettroni

Tqassim elettroniku:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9

L-arranġament elettroniku ta'terbjuhuwa [Xe] 6s24f9. Normalment, tliet elettroni biss jistgħu jitneħħew qabel ma l-ċarġ nukleari jsir kbir wisq biex jiġi jonizzat aktar. Madankollu, fil-każ ta'terbju, is-semi mimliterbjujippermetti aktar jonizzazzjoni tar-raba' elettron fil-preżenza ta' ossidant qawwi ħafna bħall-gass tal-fluworin.

Metall

Terbjuhuwa metall rari tad-dinja abjad tal-fidda b'duttilità, ebusija, u irtubija li jista' jinqata' b'sikkina. Punt tat-tidwib 1360 ℃, punt tat-togħlija 3123 ℃, densità 8229 4kg/m3. Meta mqabbel mal-elementi lantanidi bikrija, huwa relattivament stabbli fl-arja. Id-disa' element tal-elementi lantanidi, it-terbju, huwa metall iċċarġjat ħafna li jirreaġixxi mal-ilma biex jifforma gass tal-idroġenu.

Fin-natura,terbjuqatt ma nstab li huwa element ħieles, preżenti f'ammonti żgħar fir-ramel tal-fosfru, ċerju, torju u l-mineral tas-silikon, berillju, ittriju.Terbjujikkoeżisti ma' elementi oħra rari tad-dinja fir-ramel tal-monażite, b'kontenut ta' terbju ġeneralment ta' 0.03%. Sorsi oħra jinkludu l-fosfat tal-ittriju u d-deheb rari tad-dinja, li t-tnejn huma taħlitiet ta' ossidi li fihom sa 1% terbju.

Applikazzjoni

L-applikazzjoni ta'terbjul-aktar jinvolvi oqsma ta' teknoloġija għolja, li huma proġetti avvanzati intensivi fit-teknoloġija u fl-għarfien, kif ukoll proġetti b'benefiċċji ekonomiċi sinifikanti, bi prospetti ta' żvilupp attraenti.

L-oqsma ewlenin tal-applikazzjoni jinkludu:

(1) Użat fil-forma ta' taħlitiet ta' elementi rari tad-dinja. Pereżempju, jintuża bħala fertilizzant kompost ta' elementi rari tad-dinja u addittiv tal-għalf għall-agrikoltura.

(2) Attivatur għal trab aħdar fi tliet trabijiet fluworexxenti primarji. Materjali optoelettroniċi moderni jeħtieġu l-użu ta' tliet kuluri bażiċi ta' fosfru, jiġifieri aħmar, aħdar u blu, li jistgħu jintużaw biex jissintetizzaw diversi kuluri. Uterbjuhuwa komponent indispensabbli f'ħafna trabijiet fluworexxenti ħodor ta' kwalità għolja.

(3) Użat bħala materjal ta' ħażna manjetottika. Films irqaq ta' liga ta' metall ta' transizzjoni tat-terbju tal-metall amorfu ntużaw biex jimmanifatturaw diski ottiċi manjetottiċi ta' prestazzjoni għolja.

(4) Manifattura ta' ħġieġ manjeto-ottiku. Il-ħġieġ rotatorju ta' Faraday li fih it-terbju huwa materjal ewlieni għall-manifattura ta' rotaturi, iżolaturi, u ċirkolaturi fit-teknoloġija tal-lejżer.

(5) L-iżvilupp u l-iżvilupp tal-liga ferromagnetostrittiva tat-terbju-disprosju (TerFenol) fetħu applikazzjonijiet ġodda għat-terbju.

Għall-agrikoltura u t-trobbija tal-annimali

Art rariterbjujista' jtejjeb il-kwalità tal-għelejjel u jżid ir-rata tal-fotosintesi f'ċerta firxa ta' konċentrazzjoni. Il-kumplessjonijiet tat-terbju għandhom attività bijoloġika għolja, u l-kumplessjonijiet ternarji ta'terbju, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, għandhom effetti antibatteriċi u batteriċidali tajbin fuq Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, u Escherichia coli, bi proprjetajiet antibatteriċi ta' spettru wiesa'. L-istudju ta' dawn il-kumplessi jipprovdi direzzjoni ġdida ta' riċerka għal drogi batteriċidali moderni.

Użat fil-qasam tal-luminexxenza

Materjali optoelettroniċi moderni jeħtieġu l-użu ta' tliet kuluri bażiċi ta' fosfru, jiġifieri aħmar, aħdar, u blu, li jistgħu jintużaw biex jissintetizzaw diversi kuluri. U t-terbju huwa komponent indispensabbli f'ħafna trab fluworexxenti aħdar ta' kwalità għolja. Jekk it-twelid tat-trab fluworexxenti aħmar tat-TV bil-kulur tad-dinja rari stimula d-domanda għalittrijuuewropju, imbagħad l-applikazzjoni u l-iżvilupp tat-terbju ġew promossi minn trab fluworexxenti aħdar bi tliet kuluri primarji tad-dinja rari għal-lampi. Fil-bidu tas-snin tmenin, Philips ivvinta l-ewwel lampa fluworexxenti kompatta li tiffranka l-enerġija fid-dinja u malajr ippromwovietha globalment. Il-joni Tb3+ jistgħu jarmu dawl aħdar b'tul ta' mewġa ta' 545nm, u kważi t-trab fluworexxenti aħdar kollu tad-dinja rari jużaterbju, bħala attivatur.

It-trab fluworexxenti aħdar użat għat-tubi tar-raġġi katodiċi tat-TV bil-kulur (CRTs) dejjem kien ibbażat prinċipalment fuq sulfid taż-żingu irħis u effiċjenti, iżda t-trab tat-terbju dejjem intuża bħala trab aħdar tat-TV bil-kulur għall-projezzjoni, bħal Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, u LaOBr: Tb3+. Bl-iżvilupp tat-televiżjoni b'definizzjoni għolja fuq skrin kbir (HDTV), qed jiġu żviluppati wkoll trab fluworexxenti aħdar ta' prestazzjoni għolja għas-CRTs. Pereżempju, trab fluworexxenti aħdar ibridu ġie żviluppat barra minn Malta, li jikkonsisti minn Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, u Y2SiO5: Tb3+, li għandhom effiċjenza ta' luminexxenza eċċellenti f'densità ta' kurrent għolja.

It-trab fluworexxenti tradizzjonali tar-raġġi-X huwa t-tungstat tal-kalċju. Fis-snin sebgħin u tmenin, ġew żviluppati trabijiet fluworexxenti tad-dinja rari għal skrins ta' sensibilizzazzjoni, bħalterbju,ossidu tas-sulfid tal-lantanju attivat, ossidu tal-bromur tal-lantanju attivat bit-terbju (għal skrins ħodor), u ossidu tas-sulfid tal-ittriju attivat bit-terbju. Meta mqabbel mat-tungstat tal-kalċju, it-trab fluworexxenti tad-dinja rari jista' jnaqqas il-ħin tal-irradjazzjoni bir-raġġi-X għall-pazjenti bi 80%, itejjeb ir-riżoluzzjoni tal-films tar-raġġi-X, jestendi l-ħajja tat-tubi tar-raġġi-X, u jnaqqas il-konsum tal-enerġija. It-terbju jintuża wkoll bħala attivatur tat-trab fluworexxenti għal skrins mediċi għat-titjib tar-raġġi-X, li jista' jtejjeb ħafna s-sensittività tal-konverżjoni tar-raġġi-X f'immaġini ottiċi, itejjeb iċ-ċarezza tal-films tar-raġġi-X, u jnaqqas ħafna d-doża ta' espożizzjoni għar-raġġi-X għall-ġisem tal-bniedem (b'aktar minn 50%).

TerbjuJintuża wkoll bħala attivatur fil-fosfru LED abjad eċċitat minn dawl blu għal dawl semikonduttur ġdid. Jista' jintuża biex jipproduċi fosfru kristallin ottiku manjetiku tal-aluminju terbju, bl-użu ta' dijodi li jarmu d-dawl blu bħala sorsi ta' dawl ta' eċċitazzjoni, u l-fluworexxenza ġġenerata titħallat mad-dawl ta' eċċitazzjoni biex tipproduċi dawl abjad pur.

Il-materjali elettroluminixxenti magħmula mit-terbju jinkludu prinċipalment trab fluworexxenti aħdar tas-sulfid taż-żingu b'terbjubħala l-attivatur. Taħt irradjazzjoni ultravjola, kumplessi organiċi tat-terbju jistgħu jarmu fluworexxenza ħadra qawwija u jistgħu jintużaw bħala materjali elettroluminexxenti b'film irqiq. Għalkemm sar progress sinifikanti fl-istudju ta'art rariFilms irqaq elettroluminexxenti kumplessi organiċi, għad hemm ċerta differenza mill-prattiċità, u r-riċerka fuq films irqaq elettroluminexxenti kumplessi organiċi tad-dinja rari u apparati għadha fil-fond.

Il-karatteristiċi tal-fluworexxenza tat-terbju jintużaw ukoll bħala sondi tal-fluworexxenza. L-interazzjoni bejn il-kumpless tal-ofloxacin terbium (Tb3+) u l-aċidu deoxyribonucleic (DNA) ġiet studjata bl-użu ta' spettri tal-fluworexxenza u l-assorbiment, bħas-sonda tal-fluworexxenza tal-ofloxacin terbium (Tb3+). Ir-riżultati wrew li s-sonda tal-ofloxacin Tb3+ tista' tifforma kanal li jorbot mal-molekuli tad-DNA, u l-aċidu deoxyribonucleic jista' jtejjeb b'mod sinifikanti l-fluworexxenza tas-sistema tal-ofloxacin Tb3+. Abbażi ta' din il-bidla, jista' jiġi determinat l-aċidu deoxyribonucleic.

Għal materjali manjetottiċi

Materjali b'effett Faraday, magħrufa wkoll bħala materjali manjeto-ottiċi, jintużaw ħafna fil-lejżers u apparati ottiċi oħra. Hemm żewġ tipi komuni ta' materjali manjeto-ottiċi: kristalli manjeto-ottiċi u ħġieġ manjeto-ottiku. Fost dawn, kristalli manjeto-ottiċi (bħal yttrium iron garnet u terbium gallium garnet) għandhom il-vantaġġi ta' frekwenza operattiva aġġustabbli u stabbiltà termali għolja, iżda huma għaljin u diffiċli biex jiġu manifatturati. Barra minn hekk, ħafna kristalli manjeto-ottiċi b'angoli ta' rotazzjoni għolja ta' Faraday għandhom assorbiment għoli fil-medda ta' mewġ qasir, li jillimita l-użu tagħhom. Meta mqabbel mal-kristalli manjeto-ottiċi, il-ħġieġ manjeto-ottiku għandu l-vantaġġ ta' trażmittanza għolja u huwa faċli biex isir fi blokki jew fibri kbar. Fil-preżent, ħġieġ manjeto-ottiku b'effett għoli ta' Faraday huma prinċipalment ħġieġ iddoppjat b'joni tad-dinja rari.

Użat għal materjali ta' ħażna manjeto-ottika

Fi snin reċenti, bl-iżvilupp mgħaġġel tal-multimedia u l-awtomazzjoni tal-uffiċċju, id-domanda għal diski manjetiċi ġodda ta’ kapaċità għolja żdiedet. Films irqaq tal-liga tal-metall ta’ transizzjoni tat-terbju tal-metall amorfu ntużaw biex jimmanifatturaw diski ottiċi manjetiċi ta’ prestazzjoni għolja. Fost dawn, il-film irqiq tal-liga TbFeCo għandu l-aħjar prestazzjoni. Materjali manjeto-ottiċi bbażati fuq it-terbju ġew prodotti fuq skala kbira, u diski manjeto-ottiċi magħmula minnhom jintużaw bħala komponenti tal-ħażna tal-kompjuter, b’kapaċità ta’ ħażna miżjuda b’10-15-il darba. Għandhom il-vantaġġi ta’ kapaċità kbira u veloċità ta’ aċċess mgħaġġla, u jistgħu jintmesħu u jiġu miksija għexieren ta’ eluf ta’ drabi meta jintużaw għal diski ottiċi ta’ densità għolja. Huma materjali importanti fit-teknoloġija tal-ħażna tal-informazzjoni elettronika. L-aktar materjal manjeto-ottiku użat komunement fil-meded viżibbli u qrib l-infra-aħmar huwa l-kristall wieħed Terbium Gallium Garnet (TGG), li huwa l-aħjar materjal manjeto-ottiku għall-manifattura ta’ rotaturi u iżolaturi Faraday.

Għal ħġieġ manjetiku ottiku

Il-ħġieġ ottiku manjetiku Faraday għandu trasparenza u isotropija tajba fir-reġjuni viżibbli u infra-aħmar, u jista' jifforma diversi forom kumplessi. Huwa faċli li jiġu prodotti prodotti ta' daqs kbir u jista' jinġibed f'fibri ottiċi. Għalhekk, għandu prospetti wesgħin ta' applikazzjoni f'apparati ottiċi manjetiċi bħal iżolaturi ottiċi manjetiċi, modulaturi ottiċi manjetiċi, u sensuri tal-kurrent tal-fibra ottika. Minħabba l-mument manjetiku kbir tiegħu u l-koeffiċjent żgħir ta' assorbiment fil-medda viżibbli u infra-aħmar, il-joni Tb3+ saru joni rari tad-dinja użati komunement fil-ħġieġ ottiku manjetiku.

Liga ferromagnetostrittiva tat-terbju disprosju

Fi tmiem is-seklu 20, bl-approfondiment kontinwu tar-rivoluzzjoni teknoloġika dinjija, materjali ġodda għall-applikazzjoni tad-dinja rari kienu qed jitfaċċaw b'rata mgħaġġla. Fl-1984, l-Università Statali ta' Iowa, il-Laboratorju Ames tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti, u ċ-Ċentru ta' Riċerka dwar l-Armi tal-Wiċċ tal-Flotta tal-Istati Uniti (li minnu ġie l-persunal ewlieni tal-Edge Technology Corporation (ET REMA) li ġiet stabbilita aktar tard) ikkollaboraw biex jiżviluppaw materjal intelliġenti ġdid tad-dinja rari, jiġifieri materjal manjetostrittiv ferromagnetiku tat-terbju disprosju. Dan il-materjal intelliġenti ġdid għandu karatteristiċi eċċellenti biex jikkonverti malajr l-enerġija elettrika f'enerġija mekkanika. It-transducers taħt l-ilma u elettro-akustiċi magħmula minn dan il-materjal manjetostrittiv ġgant ġew ikkonfigurati b'suċċess f'tagħmir navali, kelliema għall-iskoperta tal-bjar taż-żejt, sistemi ta' kontroll tal-istorbju u l-vibrazzjoni, u sistemi ta' esplorazzjoni tal-oċeani u komunikazzjoni taħt l-art. Għalhekk, hekk kif twieled il-materjal manjetostrittiv ġgant tal-ħadid tat-terbju disprosju, irċieva attenzjoni mifruxa minn pajjiżi industrijalizzati madwar id-dinja. Edge Technologies fl-Istati Uniti bdiet tipproduċi materjali magnetostrittivi ġganti tat-terbium dysprosium iron fl-1989 u semmiethom Terfenol D. Sussegwentement, l-Iżvezja, il-Ġappun, ir-Russja, ir-Renju Unit, u l-Awstralja żviluppaw ukoll materjali magnetostrittivi ġganti tat-terbium dysprosium iron.

Mill-istorja tal-iżvilupp ta' dan il-materjal fl-Istati Uniti, kemm l-invenzjoni tal-materjal kif ukoll l-applikazzjonijiet monopolistiċi bikrija tiegħu huma direttament relatati mal-industrija militari (bħall-marina). Għalkemm id-dipartimenti militari u tad-difiża taċ-Ċina qed isaħħu gradwalment il-fehim tagħhom ta' dan il-materjal. Madankollu, bit-titjib sinifikanti tas-saħħa nazzjonali komprensiva taċ-Ċina, id-domanda biex tinkiseb strateġija kompetittiva militari tas-seklu 21 u jittejbu l-livelli tat-tagħmir żgur li se tkun urġenti ħafna. Għalhekk, l-użu mifrux ta' materjali manjetostrittivi ġganti tat-terbju-disprosju-ħadid mid-dipartimenti militari u tad-difiża nazzjonali se jkun neċessità storika.

Fil-qosor, il-ħafna proprjetajiet eċċellenti ta'terbjujagħmluha membru indispensabbli ta' ħafna materjali funzjonali u pożizzjoni insostitwibbli f'xi oqsma ta' applikazzjoni. Madankollu, minħabba l-prezz għoli tat-terbju, in-nies ilhom jistudjaw kif jevitaw u jimminimizzaw l-użu tat-terbju sabiex inaqqsu l-ispejjeż tal-produzzjoni. Pereżempju, materjali manjeto-ottiċi tad-dinja rari għandhom jużaw ukoll materjali bi prezz baxxħadid tad-disprosjukobalt jew gadolinju terbiju kobalt kemm jista' jkun; Ipprova tnaqqas il-kontenut ta' terbju fit-trab fluworexxenti aħdar li jrid jintuża. Il-prezz sar fattur importanti li jirrestrinġi l-użu mifrux ta'terbjuIżda ħafna materjali funzjonali ma jistgħux jgħaddu mingħajru, għalhekk irridu nżommu mal-prinċipju li "nużaw azzar tajjeb fuq ix-xafra" u nippruvaw niffrankaw l-użu ta'terbjukemm jista' jkun.