Terbiumi përket kategorisë së rëndëtoka të rralla, me një bollëk të ulët në koren e Tokës në vetëm 1.1 ppm. Oksidi i terbiumit përbën më pak se 0.01% të totalit të tokave të rralla. Edhe në mineralin e rëndë të tokës së rrallë të tipit të jonit të lartë të ittriumit me përmbajtjen më të lartë të terbiumit, përmbajtja e terbiumit përbën vetëm 1,1-1,2% të totalit të tokës së rrallë, gjë që tregon se i përket kategorisë "fisnike" të elementeve të tokës së rrallë. Për më shumë se 100 vjet që nga zbulimi i terbiumit në 1843, pamjaftueshmëria dhe vlera e tij kanë penguar zbatimin e tij praktik për një kohë të gjatë. Vetëm në 30 vitet e fundit terbium ka treguar talentin e tij unik.
Zbulimi i Historisë
Kimisti suedez Carl Gustaf Mosander zbuloi terbiumin në 1843. Ai gjeti papastërtitë e tij nëOksidi i ittriumit (III).dheY2O3. Yttrium është emëruar pas fshatit Ytterby në Suedi. Para shfaqjes së teknologjisë së shkëmbimit të joneve, terbiumi nuk ishte i izoluar në formën e tij të pastër.
Mosant fillimisht e ndau oksidin e ittriumit (III) në tre pjesë, të gjitha të emërtuara sipas xeheve: oksidi i ittriumit (III),Oksidi i erbiumit (III)., dhe oksidi i terbiumit. Oksidi i terbiumit fillimisht ishte i përbërë nga një pjesë rozë, për shkak të elementit që tani njihet si erbium. "Oksidi i Erbiumit (III)" (përfshirë atë që ne tani e quajmë terbium) ishte fillimisht pjesa në thelb pa ngjyrë në tretësirë. Oksidi i pazgjidhshëm i këtij elementi konsiderohet kafe.
Punëtorët e mëvonshëm vështirë se mund të vëzhgonin "oksidin e vogël Erbium(III) pa ngjyrë, por pjesa rozë e tretshme nuk mund të injorohej. Debatet për ekzistencën e oksidit të Erbiumit (III) janë ngritur vazhdimisht. Në kaos, emri origjinal u përmbys dhe shkëmbimi i emrave u mbërthye, kështu që pjesa rozë u përmend përfundimisht si një tretësirë që përmban erbium (në tretësirë ishte rozë). Tani besohet se punëtorët që përdorin bisulfat natriumi ose sulfat kaliumi marrinOksidi i ceriumit (IV).nga oksidi i ittriumit (III) dhe pa dashje e kthejnë terbiumin në një sediment që përmban cerium. Vetëm rreth 1% e oksidit origjinal të Yttrium (III), i njohur tani si "terbium", është i mjaftueshëm për të kaluar një ngjyrë të verdhë në oksidin e Yttrium (III). Prandaj, terbiumi është një përbërës dytësor që e përmbante fillimisht dhe kontrollohet nga fqinjët e tij të afërt, gadolinium dhe dysprosium.
Më pas, sa herë që nga kjo përzierje ndaheshin elementë të tjerë të tokës së rrallë, pavarësisht nga proporcioni i oksidit, emri i terbiumit mbahej deri sa më në fund fitohej oksidi kafe i terbiumit në formë të pastër. Studiuesit në shekullin e 19-të nuk përdorën teknologjinë e fluoreshencës ultravjollcë për të vëzhguar nyjet e verdha ose jeshile të ndezura (III), duke e bërë më të lehtë njohjen e terbiumit në përzierjet ose tretësirat e 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 si gazi fluor.
Terbiumi është një metal i rrallë dhe i bardhë argjendi me duktilitet, qëndrueshmëri dhe butësi që mund të pritet me thikë. Pika e shkrirjes 1360 ℃, pika e vlimit 3123 ℃, dendësia 8229 4 kg/m3. Krahasuar me Lanthanidin e hershëm, është relativisht i qëndrueshëm në ajër. Si elementi i nëntë i Lanthanidit, 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 torium dhe gadolinit. Terbiumi bashkëjeton me elementë të tjerë të tokës të rrallë në rërën monazite, me një përmbajtje përgjithësisht 0.03% terbium. Burime të tjera janë Xenotime dhe xehet e rralla të arit të zi, që të dyja janë përzierje oksidesh dhe përmbajnë deri në 1% terbium.
Aplikimi
Aplikimi i terbiumit përfshin kryesisht fusha të teknologjisë së lartë, të cilat janë projekte të avancuara intensive teknologjike dhe intensive me njohuri, si dhe projekte me përfitime të konsiderueshme ekonomike, me perspektiva tërheqëse zhvillimi.
Fushat kryesore të aplikimit përfshijnë:
(1) Përdoret në formën e tokave të rralla të përziera. Për shembull, përdoret si pleh i përbërë nga toka të rralla dhe shtues ushqimor për bujqësi.
(2) Aktivizues për pluhur jeshil në tre pluhura fluoreshente primare. Materialet optoelektronike moderne kërkojnë përdorimin e tre ngjyrave bazë të fosforit, domethënë të kuqe, jeshile dhe blu, të cilat mund të përdoren për të sintetizuar ngjyra të ndryshme. Dhe terbiumi është një komponent i domosdoshëm në shumë pluhura fluoreshente jeshile me cilësi të lartë.
(3) Përdoret si një material ruajtës magneto optik. Për prodhimin e disqeve magneto-optike me performancë të lartë, janë përdorur filma të hollë aliazh metalik të tranzicionit terbium metalik amorf.
(4) Prodhimi i xhamit magneto optik. Xhami rrotullues Faraday që përmban terbium është një material kyç për prodhimin e rrotulluesve, izolatorëve dhe qarkulluesve në teknologjinë lazer.
(5) Zhvillimi dhe zhvillimi i aliazhit ferromagnetostriktive terbium dysprosium (TerFenol) ka hapur aplikime të reja për terbiumin.
Për bujqësi dhe blegtori
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 trenare të terbiumit, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, kanë efekte të mira antibakteriale dhe baktericid ndaj Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis dhe Escherichia coli. Kanë spektër të gjerë antibakterial. Studimi i komplekseve të tilla ofron një drejtim të ri kërkimor për ilaçet moderne baktericid.
Përdoret në fushën e lumineshencës
Materialet optoelektronike moderne kërkojnë përdorimin e tre ngjyrave bazë të fosforit, domethënë të kuqe, jeshile dhe blu, të cilat mund të përdoren për të sintetizuar ngjyra të ndryshme. Dhe terbiumi është një komponent i domosdoshëm në shumë pluhura fluoreshente jeshile me cilësi të lartë. Nëse lindja e pluhurit fluoreshente me ngjyra të rralla të televizorit me ngjyra të rralla dhe të kuqe ka stimuluar kërkesën për itrium dhe europium, atëherë aplikimi dhe zhvillimi i terbiumit janë promovuar nga pluhuri fluoreshent me tre ngjyra primare të tokës së rrallë për llambat. Në fillim të viteve 1980, Philips shpiku llambën e parë kompakte fluoreshente të kursimit të energjisë 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 e gjelbër të tokës së rrallë përdorin terbiumin si aktivizues.
Fosfori jeshil për tubin e rrezeve katodë të televizorit me ngjyra (CRT) ka qenë gjithmonë i bazuar në sulfid zinku, i cili është i lirë dhe efikas, por pluhuri i terbiumit është përdorur gjithmonë si fosfor jeshil për televizorin 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 gjithashtu pluhura fluoreshente jeshile me performancë të lartë për CRT. 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 cilat kanë efikasitet të shkëlqyer lumineshence në densitet të lartë të rrymës.
Pluhuri tradicional fluoreshent me rreze X është tungstat i kalciumit. Në vitet 1970 dhe 1980, u zhvilluan fosfore të rralla të tokës për intensifikimin e ekraneve, të tilla si squfuri i aktivizuar me terbium Oksidi i lantanumit, bromi i aktivizuar me terbium Oksidi i lantanumit (për ekranet jeshile), squfuri i aktivizuar me terbium, oksidi i Ytriumit (III), i komplikuar, etj. tokë e rrallë Pluhuri fluoreshent 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 të përmirësimit të rrezeve X, i cili mund të përmirësojë ndjeshëm ndjeshmërinë e shndërrimit të rrezeve X në imazhe optike, të përmirësojë qartësinë e filmave me rreze X dhe të zvogëlojë shumë dozën e ekspozimit të X- rrezet në trupin e njeriut (me më shumë se 50%).
Terbiumi përdoret gjithashtu si një aktivizues në fosforin e bardhë LED të ngacmuar nga drita blu për ndriçimin e ri gjysmëpërçues. Mund të përdoret për të prodhuar fosfore kristalore optike magneto alumini terbium, duke përdorur dioda që lëshojnë dritë blu si burime drite ngacmuese, dhe fluoreshenca e krijuar përzihet me dritën e ngacmimit për të prodhuar dritë të bardhë të pastër.
Materialet elektrolumineshente të bëra nga terbiumi përfshijnë kryesisht sulfid zinku fosfor jeshil me terbium si aktivizues. Nën rrezatimin ultravjollcë, komplekset organike të terbiumit mund të lëshojnë fluoreshencë të fortë jeshile dhe mund të përdoren si materiale elektrolumineshente me film të hollë. Megjithëse është bërë përparim i rëndësishëm në studimin e filmave të hollë elektrolumineshent të kompleksit organik të tokës së rrallë, ka ende një hendek të caktuar nga praktika dhe kërkimi mbi filmat dhe pajisjet e hollë elektrolumineshente komplekse organike të tokës së rrallë është ende i thellë.
Karakteristikat e fluoreshencës së terbiumit përdoren gjithashtu si sonda fluoreshence. Për shembull, sonda e fluoreshencës Ofloxacin terbium (Tb3+) u përdor për të studiuar ndërveprimin midis kompleksit Ofloxacin terbium (Tb3+) dhe ADN-së (ADN) nga spektri i fluoreshencës dhe spektri i përthithjes, duke treguar se sonda Ofloxacin Tb3+ mund të formojë një molekulë të lidhur me ADN-në. dhe ADN-ja mund të rrisë ndjeshëm fluoreshencën e Sistemi Ofloxacin Tb3+. Bazuar në këtë ndryshim, ADN-ja mund të përcaktohet.
Për materialet magneto optike
Materialet me efekt Faraday, të njohura edhe si materiale magneto-optike, përdoren gjerësisht në lazer dhe pajisje të tjera optike. Ekzistojnë dy lloje të zakonshme të materialeve magneto optike: kristalet magneto optike dhe xhami magneto optik. Midis tyre, kristalet magneto-optike (të tilla si granati i hekurit yttrium dhe granati galium terbium) kanë avantazhet e frekuencës së rregullueshme të funksionimit 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 Faraday kanë thithje të lartë në intervalin e valëve të shkurtra, gjë që kufizon përdorimin e tyre. Krahasuar me kristalet magneto optike, xhami magneto optik ka avantazhin e transmetimit të lartë dhe është i lehtë për t'u bërë blloqe ose fibra të mëdha. Aktualisht, syzet magneto-optike me efekt të lartë Faraday janë kryesisht gota të ndotura me jon të tokës së rrallë.
Përdoret për magazinimin e materialeve magneto optike
Vitet e fundit, me zhvillimin e shpejtë të multimedias dhe automatizimit të zyrave, kërkesa për disqe të rinj magnetikë me kapacitet të lartë është rritur. Filmat e aliazhit metalik të tranzicionit terbium metalik 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 një shkallë të madhe, dhe disqet magneto-optike të prodhuara prej tyre përdoren si komponentë të ruajtjes së kompjuterit, me kapacitet ruajtjeje të rritur me 10-15 herë. Ata kanë avantazhet e kapacitetit të madh dhe shpejtësisë së shpejtë të aksesit, dhe mund të fshihen dhe të lyhen dhjetëra mijëra herë kur përdoren për disqe optike me densitet 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 kuqe është një kristal Terbium Gallium Garnet (TGG), i cili është materiali magneto-optik më i mirë për të bërë rrotullues dhe izolues Faraday.
Për xhamin magneto optik
Xhami magneto optik Faraday 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 me përmasa të mëdha dhe mund të tërhiqen në fibra optike. Prandaj, ai ka perspektiva të gjera aplikimi në pajisjet magneto optike siç janë izoluesit 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 rrezen e dukshme dhe infra të kuqe, jonet Tb3+ janë bërë jonet e tokës të rralla të përdorura zakonisht në gotat magneto optike.
Lidhje feromagnetostriktive terbium dysprosium
Në fund të shekullit të 20-të, me thellimin e revolucionit shkencor dhe teknologjik botëror, materialet e reja të aplikuara në tokë të rralla po shfaqen me shpejtësi. Në vitin 1984, Universiteti Shtetëror Iowa i Shteteve të Bashkuara, Laboratori Ames i Departamentit të Energjisë së Shteteve të Bashkuara dhe Qendra e Kërkimit të Armëve Sipërfaqësore të Marinës së SHBA (personeli kryesor i Kompanisë Amerikane të Teknologjisë Edge të themeluar më vonë (ET REMA) erdhi nga qendra) zhvilluan së bashku një material të ri inteligjent të tokës së rrallë, përkatësisht material gjigant magnetostrictive hekuri terbium dysprosium. Ky material i ri Smart ka karakteristikat e shkëlqyera të konvertimit të shpejtë të energjisë elektrike në energji mekanike. Transformuesit nënujorë dhe elektro-akustikë të bërë nga ky material gjigant magnetostrictive janë konfiguruar me sukses në pajisjet detare, altoparlantët e zbulimit të puseve të naftës, sistemet e kontrollit të zhurmës dhe dridhjeve, si dhe në sistemet e komunikimit të eksplorimit të oqeanit dhe nëntokës. Prandaj, sapo lindi materiali magnetostriktiv gjigant i hekurit terbium dysprosium, ai mori një vëmendje të gjerë nga vendet e industrializuara në mbarë botën. Edge Technologies në Shtetet e Bashkuara filloi prodhimin e materialeve magnetostrictive gjigante të hekurit terbium dysprosium në vitin 1989 dhe i quajti Terfenol D. Më pas, Suedia, Japonia, Rusia, Mbretëria e Bashkuar dhe Australia zhvilluan gjithashtu materiale magnetostrictive gjigante hekuri terbium dysprosium.
Nga historia e zhvillimit të këtij materiali në Shtetet e Bashkuara, si shpikja e materialit ashtu edhe aplikimet e tij të hershme monopolistike lidhen drejtpërdrejt me industrinë ushtarake (si p.sh. marina). Megjithëse departamentet ushtarake dhe të mbrojtjes së Kinës po forcojnë gradualisht të kuptuarit 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 magnetostriktive gjigante të hekurit terbium dysprosium nga departamentet ushtarake dhe kombëtare të mbrojtjes do të jetë një domosdoshmëri historike.
Me pak fjalë, vetitë e shumta të shkëlqyera të terbiumit e bëjnë atë një pjesë të pazëvendësueshme 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 reduktojnë kostot e prodhimit. Për shembull, materialet magneto-optike të tokës së rrallë duhet të përdorin sa më shumë kobalt hekuri dysprosium me kosto të ulët ose kobalt gadolinium terbium; Mundohuni të zvogëloni përmbajtjen e terbiumit në pluhurin fluoreshent të gjelbër që duhet përdorur. 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: Korrik-05-2023