Terbiumi përket kategorisë së rëndëmetale të rralla, me një bollëk të ulët në koren e Tokës me vetëm 1.1 ppm. Oksidi i terbiumit përbën më pak se 0.01% të totalit të elementeve të rralla të tokës. Edhe në xeherorin e rëndë të tokës së rrallë me përmbajtje të lartë të jonit të itrit me përmbajtjen më të lartë të terbiumit, përmbajtja e terbiumit përbën vetëm 1.1-1.2% të totalit të elementeve të rralla të tokës, duke treguar se ai i përket kategorisë "fisnike" të elementeve të rralla të tokës. Për më shumë se 100 vjet që nga zbulimi i terbiumit në 1843, rrallësia dhe vlera e tij kanë penguar zbatimin e tij praktik për një kohë të gjatë. Vetëm në 30 vitet e fundit terbiumi ka treguar talentin e tij unik.
Zbulimi i Historisë
Kimisti suedez Carl Gustaf Mosander zbuloi terbiumin në vitin 1843. Ai gjeti papastërtitë e tij nëOksid itriumi (III)dheY2O3Itriumi është emëruar sipas fshatit Ytterby në Suedi. Përpara shfaqjes së teknologjisë së shkëmbimit jonik, terbiumi nuk izolohej në formën e tij të pastër.
Mosant fillimisht e ndau oksidin e itriumit(III) në tre pjesë, të gjitha të emëruara sipas xeheve: oksidi i itriumit(III),Oksid erbiumi(III)dhe oksidi i terbiumit. Oksidi i terbiumit fillimisht përbëhej nga një pjesë rozë, për shkak të elementit që tani njihet si erbium. "Oksidi i erbiumit(III)" (duke përfshirë atë që ne tani e quajmë terbium) fillimisht ishte pjesa në thelb pa ngjyrë në tretësirë. Oksidi i patretshëm i këtij elementi konsiderohet kafe.
Më vonë, punëtorët mezi e vunë re "oksidin e Erbiumit(III)" të vogël pa ngjyrë, por pjesa rozë e tretshme nuk mund të injorohej. Debatet rreth ekzistencës së oksidit të Erbiumit(III) kanë lindur vazhdimisht. Në kaos, emri origjinal u përmbys dhe shkëmbimi i emrave mbeti i bllokuar, kështu që pjesa rozë përfundimisht u përmend si një tretësirë që përmbante erbium (në tretësirë, ishte rozë). Tani besohet se punëtorët që përdorin bisulfat natriumi ose sulfat kaliumi marrin...Oksid ceriumi (IV)nga oksidi i itriumit(III) dhe pa dashje e shndërrojnë terbiumin në një sediment që përmban cerium. Vetëm rreth 1% e oksidit origjinal të itriumit(III), i njohur tani si "terbium", është i mjaftueshëm për t'i dhënë një ngjyrë të verdhë oksidit të itriumit(III). Prandaj, terbiumi është një përbërës sekondar që fillimisht e përmbante atë dhe kontrollohet nga fqinjët e tij të menjëhershëm, gadoliniumi dhe disprosiumi.
Më pas, sa herë që elementë të tjerë të rrallë të tokës u ndanë nga kjo përzierje, pavarësisht nga përpjesëtimi i oksidit, emri terbium u ruajt derisa më në fund, oksidi kafe i terbiumit u mor në formë të pastër. Studiuesit në shekullin e 19-të nuk përdorën teknologjinë e fluoreshencës ultravjollcë për të vëzhguar nyjet e verdha ose të gjelbra të ndritshme (III), duke e bërë më të lehtë njohjen e terbiumit në përzierje ose tretësira të ngurta.
Konfigurimi i elektroneve
Konfigurimi i elektroneve:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Konfigurimi elektronik i terbiumit është [Xe] 6s24f9. Normalisht, vetëm tre elektrone mund të hiqen përpara se ngarkesa bërthamore të bëhet shumë e madhe për t'u jonizuar më tej, por në rastin e terbiumit, terbiumi gjysmë i mbushur lejon që elektroni i katërt të jonizohet më tej në prani të oksidantëve shumë të fortë siç është gazi i fluorit.
Terbiumi është një metal i rrallë argjendi i bardhë me duktilitet, fortësi dhe butësi që mund të pritet me thikë. Pika e shkrirjes 1360 ℃, pika e vlimit 3123 ℃, dendësia 8229 4 kg/m3. Krahasuar me lantanidet e hershme, është relativisht i qëndrueshëm në ajër. Si elementi i nëntë i lantanideve, terbiumi është një metal me elektricitet të fortë. Ai reagon me ujin për të formuar hidrogjen.
Në natyrë, terbiumi nuk është gjetur kurrë të jetë një element i lirë, një sasi e vogël e të cilit ekziston në rërën e fosfoceriumit, toriumit dhe gadolinitit. Terbiumi bashkëjeton me elementë të tjerë të rrallë të tokës në rërën e monazitit, me një përmbajtje përgjithësisht 0.03% të terbiumit. Burime të tjera janë xenotime dhe xehe të rralla të arit të zi, të cilat të dyja janë përzierje oksidesh dhe përmbajnë deri në 1% terbium.
Aplikacioni
Zbatimi i terbiumit përfshin kryesisht fusha të teknologjisë së lartë, të cilat janë projekte të përparuara me teknologji intensive dhe njohuri intensive, si dhe projekte me përfitime të konsiderueshme ekonomike, me perspektiva tërheqëse zhvillimi.
Fushat kryesore të aplikimit përfshijnë:
(1) Përdoret në formën e përzier të metaleve të rralla të tokës. Për shembull, përdoret si pleh i përbërë i metaleve të rralla të tokës dhe si shtesë ushqimore për bujqësinë.
(2) Aktivizues për pluhurin jeshil në tre pluhura fluoreshente primare. Materialet moderne optoelektronike kërkojnë përdorimin e tre ngjyrave bazë të fosforeve, përkatësisht të kuqes, jeshiles dhe blusë, të cilat mund të përdoren për të sintetizuar ngjyra të ndryshme. Dhe terbiumi është një përbërës i domosdoshëm në shumë pluhura fluoreshente jeshile me cilësi të lartë.
(3) Përdoret si material magneto-optik për ruajtje. Filmat e hollë të lidhjeve të metaleve kalimtare të terbiumit dhe metalit amorf janë përdorur për të prodhuar disqe magneto-optike me performancë të lartë.
(4) Prodhimi i qelqit magneto optik. Qelqi rrotullues Faradei që përmban terbium është një material kyç për prodhimin e rrotulluesve, izolatorëve dhe qarkulluesve në teknologjinë lazer.
(5) Zhvillimi dhe zhvillimi i lidhjes ferromagnetostriktive të terbiumit disprosium (TerFenol) ka hapur zbatime të reja për terbiumin.
Për bujqësinë dhe blegtorinë
Terbiumi i tokës së rrallë mund të përmirësojë cilësinë e të korrave dhe të rrisë shkallën e fotosintezës brenda një diapazoni të caktuar përqendrimi. Komplekset e terbiumit kanë aktivitet të lartë biologjik. Komplekset ternare të terbiumit, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, kanë efekte të mira antibakteriale dhe baktericide në Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis dhe Escherichia coli. Ato kanë spektër të gjerë antibakterial. Studimi i komplekseve të tilla ofron një drejtim të ri kërkimor për ilaçet moderne baktericide.
Përdoret në fushën e lumineshencës
Materialet moderne optoelektronike kërkojnë përdorimin e tre ngjyrave bazë të fosforeve, përkatësisht të kuqes, jeshiles dhe blusë, të cilat mund të përdoren për të sintetizuar ngjyra të ndryshme. Dhe terbiumi është një përbërës i domosdoshëm në shumë pluhura fluoreshente jeshile me cilësi të lartë. Nëse lindja e pluhurit fluoreshent të kuq për TV me ngjyra të tokës së rrallë ka stimuluar kërkesën për itrium dhe europium, atëherë aplikimi dhe zhvillimi i terbiumit është nxitur nga pluhuri fluoreshent jeshil me tre ngjyra kryesore të tokës së rrallë për llambat. Në fillim të viteve 1980, Philips shpiku llambën e parë kompakte fluoreshente që kursen energji në botë dhe e promovoi shpejt atë globalisht. Jonet Tb3+ mund të lëshojnë dritë jeshile me një gjatësi vale prej 545 nm, dhe pothuajse të gjithë fosforët jeshilë të tokës së rrallë përdorin terbiumin si aktivizues.
Fosfori jeshil për tubin katodik të rrezeve katodike (CRT) të televizionit me ngjyra është bazuar gjithmonë në sulfurin e zinkut, i cili është i lirë dhe efikas, por pluhuri i terbiumit është përdorur gjithmonë si fosfor jeshil për televizionin me ngjyra të projektimit, duke përfshirë Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ dhe LaOBr ∶ Tb3+. Me zhvillimin e televizionit me ekran të madh me definicion të lartë (HDTV), po zhvillohen edhe pluhura fluoreshente jeshile me performancë të lartë për CRT-të. Për shembull, një pluhur hibrid fluoreshent jeshil është zhvilluar jashtë vendit, i përbërë nga Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ dhe Y2SiO5: Tb3+, të cilët kanë efikasitet të shkëlqyer të lumineshencës në dendësi të lartë të rrymës.
Pluhuri tradicional fluoreshent i rrezeve X është tungstati i kalciumit. Në vitet 1970 dhe 1980, u zhvilluan fosforë të rrallë të tokës për ekranet intensifikuese, të tilla si oksidi i lantanit të squfurit të aktivizuar me terbium, oksidi i lantanit të bromit të aktivizuar me terbium (për ekranet jeshile), oksidi i yttriumit (III) të squfurit të aktivizuar me terbium, etj. Krahasuar me tungstatin e kalciumit, pluhuri fluoreshent i tokës së rrallë mund të zvogëlojë kohën e rrezatimit me rreze X për pacientët me 80%, të përmirësojë rezolucionin e filmave me rreze X, të zgjasë jetëgjatësinë e tubave me rreze X dhe të zvogëlojë konsumin e energjisë. Terbiumi përdoret gjithashtu si një aktivizues pluhuri fluoreshent për ekranet mjekësore për përmirësimin e rrezeve X, të cilat mund të përmirësojnë shumë ndjeshmërinë e konvertimit të rrezeve X në imazhe optike, të përmirësojnë qartësinë e filmave me rreze X dhe të zvogëlojnë shumë dozën e ekspozimit të rrezeve X në trupin e njeriut (me më shumë se 50%).
Terbiumi përdoret gjithashtu si aktivizues në fosforin e bardhë LED të ngacmuar nga drita blu për ndriçim të ri gjysmëpërçues. Mund të përdoret për të prodhuar fosforë kristalorë magneto optikë të aluminit të terbiumit, duke përdorur dioda që lëshojnë dritë blu si burime drite ngacmimi, dhe fluoreshenca e gjeneruar përzihet me dritën e ngacmimit për të prodhuar dritë të bardhë të pastër.
Materialet elektrolumineshente të bëra nga terbiumi përfshijnë kryesisht fosfor të gjelbër të sulfurit të zinkut me terbium si aktivizues. Nën rrezatimin ultravjollcë, komplekset organike të terbiumit mund të lëshojnë fluoreshencë të fortë të gjelbër dhe mund të përdoren si materiale elektrolumineshente me film të hollë. Megjithëse është bërë përparim i konsiderueshëm në studimin e filmave të hollë elektrolumineshente me komplekse organike të tokës së rrallë, ende ekziston një hendek i caktuar nga praktika, dhe kërkimet mbi filmat dhe pajisjet e holla elektrolumineshente me komplekse organike të tokës së rrallë janë ende në thellësi.
Karakteristikat e fluoreshencës së terbiumit përdoren gjithashtu si sonda fluoreshente. Për shembull, sonda fluoreshente e terbiumit të ofloksacinës (Tb3+) u përdor për të studiuar ndërveprimin midis kompleksit të terbiumit të ofloksacinës (Tb3+) dhe ADN-së (ADN) me anë të spektrit të fluoreshencës dhe spektrit të absorbimit, duke treguar se sonda e ofloksacinës Tb3+ mund të formojë një kanal që lidhet me molekulat e ADN-së, dhe ADN-ja mund të rrisë ndjeshëm fluoreshencën e sistemit të ofloksacinës Tb3+. Bazuar në këtë ndryshim, ADN-ja mund të përcaktohet.
Për materialet magneto-optike
Materialet me efekt Faradei, të njohura edhe si materiale magneto-optike, përdoren gjerësisht në lazerë dhe pajisje të tjera optike. Ekzistojnë dy lloje të zakonshme të materialeve magneto-optike: kristalet magneto-optike dhe qelqi magneto-optik. Midis tyre, kristalet magneto-optike (siç është granata e hekurit të itriumit dhe granata e terbiumit dhe galiumit) kanë avantazhet e frekuencës së funksionimit të rregullueshme dhe stabilitetit të lartë termik, por ato janë të shtrenjta dhe të vështira për t'u prodhuar. Përveç kësaj, shumë kristale magneto-optike me kënd të lartë rrotullimi Faradei kanë thithje të lartë në diapazonin e valëve të shkurtra, gjë që kufizon përdorimin e tyre. Krahasuar me kristalet magneto-optike, qelqi magneto-optik ka avantazhin e transmetimit të lartë dhe është i lehtë për t'u bërë në blloqe ose fibra të mëdha. Aktualisht, xhamat magneto-optikë me efekt të lartë Faradei janë kryesisht xhama të dopuar me jone të rralla toke.
Përdoret për materiale magneto-optike të ruajtjes
Në vitet e fundit, me zhvillimin e shpejtë të multimedias dhe automatizimit të zyrës, kërkesa për disqe të reja magnetike me kapacitet të lartë është rritur. Filmat e aliazhit të metalit kalimtar terbium amorf janë përdorur për të prodhuar disqe magneto-optike me performancë të lartë. Midis tyre, filmi i hollë i aliazhit TbFeCo ka performancën më të mirë. Materialet magneto-optike me bazë terbiumi janë prodhuar në shkallë të gjerë, dhe disqet magneto-optike të bëra prej tyre përdoren si komponentë të ruajtjes së kompjuterëve, me kapacitet ruajtjeje të rritur me 10-15 herë. Ato kanë avantazhet e kapacitetit të madh dhe shpejtësisë së lartë të aksesit, dhe mund të fshihen dhe të veshen dhjetëra mijëra herë kur përdoren për disqe optike me dendësi të lartë. Ato janë materiale të rëndësishme në teknologjinë e ruajtjes së informacionit elektronik. Materiali magneto-optik më i përdorur në brezat e dukshëm dhe afër infra të kuqes është kristali i vetëm Terbium Gallium Garnet (TGG), i cili është materiali më i mirë magneto-optik për prodhimin e rrotulluesve dhe izolatorëve Faradei.
Për qelq magneto optik
Qelqi magneto optik i Faradeit ka transparencë dhe izotropi të mirë në rajonet e dukshme dhe infra të kuqe, dhe mund të formojë forma të ndryshme komplekse. Është e lehtë të prodhohen produkte të mëdha dhe mund të tërhiqet në fibra optike. Prandaj, ka perspektiva të gjera aplikimi në pajisjet magneto optike siç janë izolatorët magneto optikë, modulatorët magneto optikë dhe sensorët e rrymës me fibra optike. Për shkak të momentit të madh magnetik dhe koeficientit të vogël të absorbimit në diapazonin e dukshëm dhe infra të kuq, jonet Tb3+ janë bërë jone të rralla të tokës që përdoren zakonisht në xhamat magneto optikë.
Aliazh ferromagnetostriktiv me terbium disprosium
Në fund të shekullit të 20-të, me thellimin e revolucionit shkencor dhe teknologjik botëror, po shfaqen me shpejtësi Materiale të Aplikuara të Tokës së Rrallë. Në vitin 1984, Universiteti Shtetëror i Ajovës i Shteteve të Bashkuara, Laboratori Ames i Departamentit të Energjisë të Shteteve të Bashkuara dhe Qendra e Kërkimit të Armëve Sipërfaqësore të Marinës Amerikane (personeli kryesor i Kompanisë Amerikane të Teknologjisë Edge (ET REMA) të themeluar më vonë erdhi nga qendra) zhvilluan së bashku një material të ri Smart të Tokës së Rrallë, përkatësisht materialin gjigant magnetostriktiv të hekurit terbium disprosium. Ky material i ri Smart ka karakteristikat e shkëlqyera të shndërrimit të shpejtë të energjisë elektrike në energji mekanike. Transduktorët nënujorë dhe elektro-akustikë të bërë nga ky material gjigant magnetostriktiv janë konfiguruar me sukses në pajisjet detare, altoparlantët e zbulimit të puseve të naftës, sistemet e kontrollit të zhurmës dhe dridhjeve, si dhe sistemet e eksplorimit të oqeanit dhe komunikimit nëntokësor. Prandaj, sapo lindi materiali gjigant magnetostriktiv i hekurit terbium disprosium, ai mori vëmendje të gjerë nga vendet e industrializuara në të gjithë botën. Edge Technologies në Shtetet e Bashkuara filloi prodhimin e materialeve magnetostriktive gjigante të hekurit terbium disprosium në vitin 1989 dhe i quajti ato Terfenol D. Më pas, Suedia, Japonia, Rusia, Mbretëria e Bashkuar dhe Australia zhvilluan gjithashtu materiale magnetostriktive gjigante të hekurit terbium disprosium.
Nga historia e zhvillimit të këtij materiali në Shtetet e Bashkuara, si shpikja e materialit ashtu edhe zbatimet e tij të hershme monopolistike lidhen drejtpërdrejt me industrinë ushtarake (siç është marina). Edhe pse departamentet ushtarake dhe të mbrojtjes të Kinës po e forcojnë gradualisht kuptimin e tyre për këtë material. Megjithatë, pasi Fuqia Gjithëpërfshirëse Kombëtare e Kinës është rritur ndjeshëm, kërkesat për realizimin e strategjisë konkurruese ushtarake në shekullin e 21-të dhe përmirësimin e nivelit të pajisjeve sigurisht që do të jenë shumë urgjente. Prandaj, përdorimi i gjerë i materialeve gjigante magnetostriktive të hekurit terbium disprosium nga departamentet ushtarake dhe të mbrojtjes kombëtare do të jetë një domosdoshmëri historike.
Shkurt, vetitë e shumta të shkëlqyera të terbiumit e bëjnë atë një anëtar të domosdoshëm të shumë materialeve funksionale dhe një pozicion të pazëvendësueshëm në disa fusha aplikimi. Megjithatë, për shkak të çmimit të lartë të terbiumit, njerëzit kanë studiuar se si të shmangin dhe minimizojnë përdorimin e terbiumit në mënyrë që të ulin kostot e prodhimit. Për shembull, materialet magneto-optike të tokës së rrallë duhet të përdorin gjithashtu kobalt hekuri disprosium me kosto të ulët ose kobalt gadolinium terbium sa më shumë që të jetë e mundur; Mundohuni të zvogëloni përmbajtjen e terbiumit në pluhurin fluoreshent të gjelbër që duhet të përdoret. Çmimi është bërë një faktor i rëndësishëm që kufizon përdorimin e gjerë të terbiumit. Por shumë materiale funksionale nuk mund të bëjnë pa të, kështu që ne duhet t'i përmbahemi parimit të "përdorimit të çelikut të mirë në teh" dhe të përpiqemi të kursejmë përdorimin e terbiumit sa më shumë që të jetë e mundur.
Koha e postimit: 05 korrik 2023