Element maġiku tad-Dinja Rari: Terbju

Terbjujappartjeni għall-kategorija ta 'artijiet rari tqal, b'abbundanza baxxa fil-qoxra tad-Dinja b'1.1 ppm biss.Ossidu tat-terbjujammonta għal inqas minn 0.01% tal-artijiet rari totali. Anke fil-mineral ta 'art rari tqil tat-tip ta' jone ta 'ittriju għoli 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 Svediż Carl Gustaf Mosander skopra t-terbju fl-1843. Huwa skopra l-impuritajiet tiegħu fl-ossidu tal-ittrijuuY2O3. Ittrijuhuwa msemmi għar-raħal ta’ Itby fl-Isvezja. Qabel ma tfaċċat it-teknoloġija tal-iskambju tal-joni, it-terbju ma kienx iżolat fil-forma pura tiegħu.

Mossander l-ewwel maqsumossidu tal-ittrijufi tliet partijiet, kollha msemmija wara minerali:ossidu tal-ittriju, ossidu tal-erbju, uossidu tat-terbju. Ossidu tat-terbjuoriġinarjament kien magħmul minn parti roża, minħabba l-element issa magħruf bħalaerbju. Ossidu ta' l-erbju(inkluż dak li issa nsejħu terbju) oriġinarjament kienet parti bla kulur fis-soluzzjoni. L-ossidu li ma jinħallx ta 'dan l-element huwa meqjus kannella.

Aktar tard ħaddiema sabuha diffiċli biex josservaw ċkejkna bla kulur "ossidu tal-erbju", iżda l-parti roża solubbli ma tistax tiġi injorata. Id-dibattitu dwar l-eżistenza taossidu tal-erbjuħarġet ripetutament. Fil-kaos, l-isem oriġinali ġie maqlub u l-iskambju tal-ismijiet kien imwaħħal, għalhekk il-parti roża eventwalment issemmiet bħala soluzzjoni li fiha l-erbju (fis-soluzzjoni, kienet roża). Issa huwa maħsub li l-ħaddiema li jużaw disulfide tas-sodju jew sulfat tal-potassju biex ineħħu d-dijossidu taċ-ċerju minnossidu tal-ittrijudawwar bla ħsiebterbjufis-ċerju li jkun fih preċipitati. Bħalissa magħruf bħala'terbju', madwar 1% biss tal-oriġinalossidu tal-ittrijuhuwa preżenti, iżda dan huwa biżżejjed biex jittrasmetti kulur isfar ċar lilossidu tal-ittriju. Għalhekk,terbjuhuwa komponent sekondarju li inizjalment kien fih, u huwa kkontrollat ​​mill-ġirien immedjati tiegħu,gadolinjuudisprożju.

Wara, kull meta ieħorart rarielementi ġew separati minn din it-taħlita, irrispettivament mill-proporzjon tal-ossidu, l-isem tat-terbju inżamm 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 isfar jew ħodor jgħajjat ​​(III), li jagħmilha aktar faċli biex it-terbju jiġi rikonoxxut f'taħlitiet jew soluzzjonijiet solidi.

Konfigurazzjoni elettronika

Tqassim elettroniku:

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

L-arranġament elettroniku taterbjuhuwa [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 mimlijaterbjujippermetti aktar jonizzazzjoni tar-raba 'elettron fil-preżenza ta' ossidant qawwi ħafna bħal gass tal-fluworin.

Metall

Terbjuhuwa metall tal-fidda abjad tad-dinja rari b'duttilità, toughness, u softness li jista 'jinqata' b'sikkina. Punt tat-tidwib 1360 ℃, punt tat-togħlija 3123 ℃, densità 8229 4kg/m3. Meta mqabbel ma 'elementi ta' lanthanide bikrija, huwa relattivament stabbli fl-arja. Id-disa 'element ta' elementi lantanid, 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 tat-torju tal-fosfru taċ-ċerju u l-mineral tal-ittriju tal-berillju tas-silikon.Terbjujeżisti flimkien ma 'elementi oħra ta' l-art rari fir-ramel monazite, b'kontenut ta 'terbju ġeneralment ta' 0.03%. Sorsi oħra jinkludu fosfat tal-ittriju u 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 l-għarfien, kif ukoll proġetti b'benefiċċji ekonomiċi sinifikanti, bi prospetti ta' żvilupp attraenti.

L-oqsma ta 'applikazzjoni ewlenin jinkludu:

(1) Użat fil-forma ta 'artijiet rari mħallta. Pereżempju, jintuża bħala fertilizzant kompost ta 'art rari u addittiv ta' l-għalf għall-agrikoltura.

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

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

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

(5) L-iżvilupp u l-iżvilupp ta 'liga ferromagnetostrictive terbium dysprosium (TerFenol) fetaħ applikazzjonijiet ġodda għat-terbju.

Għall-agrikoltura u t-trobbija tal-annimali

Art rariterbjujista 'jtejjeb il-kwalità tal-uċuħ tar-raba' u jżid ir-rata tal-fotosintesi f'ċerta firxa ta 'konċentrazzjoni. Il-kumplessi tat-terbju għandhom attività bijoloġika għolja, u l-kumplessi ternarji ta 'terbju, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, għandhom effetti antibatteriċi u batteriċida 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 mediċini batteriċida moderni.

Użat fil-qasam tal-luminixxenza

Materjali optoelettroniċi moderni jeħtieġu l-użu ta 'tliet kuluri bażiċi ta' fosfori, jiġifieri aħmar, aħdar u blu, li jistgħu jintużaw biex jiġu sintetizzati diversi kuluri. U t-terbju huwa komponent indispensabbli f'ħafna trabijiet fluworexxenti ħodor ta 'kwalità għolja. Jekk it-twelid ta 'art rari kulur TV trab fluworexxenti aħmar stimola d-domanda għalittrijuuewropju, allura l-applikazzjoni u l-iżvilupp tat-terbju ġew promossi minn trab fluworexxenti aħdar rari ta 'tliet kuluri primarji għal-lampi. Fil-bidu tas-snin 80, Philips ivvintat l-ewwel lampa fluworexxenti kompatta li tiffranka l-enerġija fid-dinja u malajr ippromwovietha globalment. Tb3 + jonji jistgħu jarmu dawl aħdar b'wavelength ta '545nm, u kważi t-trabijiet fluworexxenti aħdar rari kollha jużawterbju, bħala attivatur.

It-trab fluworexxenti aħdar użat għat-tubi tar-raġġi cathode tat-TV bil-kulur (CRTs) dejjem kien ibbażat prinċipalment fuq sulfide taż-żingu irħis u effiċjenti, iżda trab tat-terbju dejjem intuża bħala trab aħdar tat-TV bil-kulur tal-projezzjoni, bħal Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, u LaOBr: Tb3+. Bl-iżvilupp ta 'televiżjoni b'definizzjoni għolja ta' skrin kbir (HDTV), qed jiġu żviluppati wkoll trabijiet fluworexxenti ħodor ta 'prestazzjoni għolja għal CRTs. Pereżempju, ġie żviluppat trab fluworexxenti aħdar ibridu barra mill-pajjiż, li jikkonsisti f'Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, u Y2SiO5: Tb3+, li għandhom effiċjenza ta 'luminexxenza eċċellenti f'densità għolja ta' kurrent.

It-trab fluworexxenti tar-raġġi X tradizzjonali huwa tungstate tal-kalċju. Fis-snin sebgħin u tmenin, ġew żviluppati trabijiet fluworexxenti tad-dinja rari għal skrins ta' sensitizzazzjoni, bħalterbju,Ossidu ta 'sulfide tal-lantanu attivat, ossidu tal-bromur tal-lantanju attivat tat-terbju (għal skrins ħodor), u ossidu tal-sulfid tal-ittriju attivat tat-terbju. Meta mqabbel mat-tungstate tal-kalċju, trab fluworexxenti tad-dinja rari jista 'jnaqqas il-ħin tal-irradjazzjoni tar-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. Terbju jintuża wkoll bħala attivatur ta 'trab fluworexxenti għal skrins mediċi ta' 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 ta 'X- raġġi għall-ġisem tal-bniedem (b'aktar minn 50%).

Terbjujintuża wkoll bħala attivatur fil-fosfru LED abjad eċċitati minn dawl blu għal dawl semikonduttur ġdid. Jista 'jintuża biex jipproduċi fosfori tal-kristall ottiku manjeto ta' l-aluminju tat-terbju, bl-użu ta 'dijodi li jarmu dawl blu bħala sorsi ta' dawl ta 'eċitazzjoni, u l-fluworexxenza ġenerata titħallat mad-dawl ta' eċċitazzjoni biex tipproduċi dawl abjad pur

Il-materjali elettroluminixxenti magħmulin mit-terbju jinkludu prinċipalment trab fluworexxenti aħdar tas-sulfid taż-żingu bilterbjubħala l-attivatur. Taħt irradjazzjoni ultravjola, kumplessi organiċi ta 'terbju jistgħu jarmu fluworexxenza ħadra qawwija u jistgħu jintużaw bħala materjali elettroluminixxenti ta' film irqiq. Għalkemm sar progress sinifikanti fl-istudju taart rarifilms irqaq elettroluminixxenti kumplessi organiċi, għad hemm ċertu vojt mill-prattiċità, u r-riċerka fuq films u apparati rqaq elettroluminixxenti kumplessi organiċi tad-dinja rari għadha fil-fond.

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

Għal materjali ottiċi manjeto

Materjali b'effett Faraday, magħrufa wkoll bħala materjali manjeto-ottiċi, jintużaw ħafna fil-lejżers u apparat ottiku ieħor. Hemm żewġ tipi komuni ta 'materjali ottiċi manjeto: kristalli ottiċi manjeto u ħġieġ ottiku manjeto. Fost dawn, kristalli manjeto-ottiċi (bħal granata tal-ħadid ittriju u granata tal-gallju tat-terbju) 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 Faraday għoljin għandhom assorbiment għoli fil-medda tal-mewġ qasir, li jillimita l-użu tagħhom. Meta mqabbel mal-kristalli ottiċi manjeto, il-ħġieġ ottiku manjeto għandu l-vantaġġ ta 'trasmittanza għolja u huwa faċli li jsir fi blokki jew fibri kbar. Fil-preżent, nuċċalijiet manjeto-ottiċi b'effett Faraday għoli huma prinċipalment nuċċalijiet drogati bil-jone tad-dinja rari.

Użat għal materjali tal-ħażna ottika manjeto

F'dawn l-aħħar snin, bl-iżvilupp mgħaġġel tal-multimedja u l-awtomazzjoni tal-uffiċċju, id-domanda għal diski manjetiċi ġodda ta 'kapaċità għolja qed tiżdied. Films irqaq tal-liga tal-metall ta 'transizzjoni tat-terbju tal-metall amorfu intużaw biex jimmanifatturaw diski ottiċi manjeto ta' prestazzjoni għolja. Fosthom, 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 veloċi, u jistgħu jintmesaħ u miksija għexieren ta 'eluf ta' drabi meta jintużaw għal diski ottiċi ta 'densità għolja. Huma materjali importanti fit-teknoloġija tal-ħażna tal-informazzjoni elettronika. Il-materjal manjeto-ottiku l-aktar użat komunement fil-meded viżibbli u qrib infra-aħmar huwa Terbium Gallium Garnet (TGG) kristall wieħed, li huwa l-aħjar materjal manjeto-ottiku biex isiru rotaturi u iżolaturi Faraday.

Għal ħġieġ ottiku manjeto

Il-ħġieġ ottiku manjeto Faraday għandu trasparenza u isotropija tajba fir-reġjuni viżibbli u infra-aħmar, u jista 'jifforma diversi forom kumplessi. Huwa faċli li tipproduċi prodotti ta 'daqs kbir u tista' tinġibed f'fibri ottiċi. Għalhekk, għandu prospetti wiesgħa ta 'applikazzjoni f'apparati ottiċi manjeto bħal iżolaturi ottiċi manjeto, modulaturi ottiċi manjeto, 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, Tb3 + jonji saru jonji ta' art rari użati b'mod komuni f'nuċċalijiet ottiċi manjeto.

Terbium dysprosium liga ferromagnetostrictive

Fl-aħħar tas-seklu 20, bl-approfondiment kontinwu tar-rivoluzzjoni teknoloġika dinjija, materjali ġodda ta 'applikazzjoni tad-dinja rari kienu qed jitfaċċaw malajr. Fl-1984, Iowa State University, il-Laboratorju Ames tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti, u ċ-Ċentru tar-Riċerka dwar l-Armi tal-wiċċ tal-US Navy (li minnu ġie l-persunal ewlieni tal-Edge Technology Corporation (ET REMA) stabbilita aktar tard) ikkollaboraw biex jiżviluppaw rari ġdid. materjal intelliġenti tad-dinja, jiġifieri materjal magnetostrictive ferromanjetiku tat-terbium dysprosium. Dan il-materjal intelliġenti ġdid għandu karatteristiċi eċċellenti li jikkonverti malajr l-enerġija elettrika f'enerġija mekkanika. It-transducers taħt l-ilma u elettro-akustiċi magħmulin minn dan il-materjal manjetostrittiv ġgant ġew ikkonfigurati b'suċċess f'tagħmir navali, kelliema għall-iskoperta ta 'bjar taż-żejt, sistemi ta' kontroll tal-ħoss u vibrazzjoni, u esplorazzjoni tal-oċeani u sistemi ta 'komunikazzjoni taħt l-art. Għalhekk, hekk kif twieled il-materjal magnetostrictive ġgant tal-ħadid terbium dysprosium, irċieva attenzjoni mifruxa minn pajjiżi industrijalizzati madwar id-dinja. Teknoloġiji Edge fl-Istati Uniti bdew jipproduċu materjali magnetostrictive ġgant tal-ħadid terbium dysprosium fl-1989 u semmewhom Terfenol D. Sussegwentement, l-Isvezja, il-Ġappun, ir-Russja, ir-Renju Unit, u l-Awstralja żviluppaw ukoll materjali magnetostrictive ġgant tal-ħadid terbium dysprosium.

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-flotta). 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 għall-kisba ta 'strateġija kompetittiva militari tas-seklu 21 u t-titjib tal-livelli tat-tagħmir definittivament se tkun urġenti ħafna. Għalhekk, l-użu mifrux ta 'terbium dysprosium iron giant magnetostrictive materjali mid-dipartimenti militari u tad-difiża nazzjonali se jkun ħtieġa 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 jitnaqqsu l-ispejjeż tal-produzzjoni. Pereżempju, materjali manjeto-ottiċi rari għandhom ukoll jużaw bi prezz baxxħadid disprosjukobalt jew gadolinju terbju kobalt kemm jista 'jkun; Ipprova naqqas il-kontenut tat-terbju fit-trab fluworexxenti aħdar li għandu jintuża. Prezz sar fattur importanti li jirrestrinġi l-użu mifrux ta 'terbju. Iżda ħafna materjali funzjonali ma jistgħux jgħaddu mingħajrha, għalhekk irridu nżommu mal-prinċipju ta '"użu ta' azzar tajjeb fuq ix-xafra" u nippruvaw insalvaw l-użu ta 'terbjukemm jista’ jkun.