térbio - Terbium


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Térbio,   65 Tb
Térbio-2.jpg
Propriedades gerais
Pronúncia / T ɜr b i ə m / ( TUR -bee-əm )
Aparência branco prateado
Peso atómico Padrão ( A r, padrão ) 158,925 354 (8)
Térbio na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argão
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo criptônio
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Indium Lata antimônio Telúrio Iodo xênon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio neodímio Promécio Samário európio gadolínio Térbio disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Conduzir Bismuto Polônio Astatine radão
francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício curandeiro Berkelium californium Einsteinium fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium seaborgium Bohrium hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium fleróvio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
-

Tb

Bk
gadolíniotérbiodisprósio
Número atómico ( Z ) 65
Grupo grupo n / a
Período período de 6
Quadra f-bloco
categoria de elemento   lantanídeos
configuração eletrônica [ Xe ] 4f 9 6s dois
Elétrons por shell
2, 8, 18, 27, 8, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 1629  K (1356 ° C, 2473 ° F)
Ponto de ebulição 3396 K (3123 ° C, 5653 ° F)
Densidade (perto  rt ) 8,23 g / cm 3
quando o líquido (no  pf ) 7,65 g / cm 3
Calor de fusão 10,15  kJ / mol
Calor da vaporização 391 kJ / mol
capacidade térmica molar 28,91 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em  T  (K) 1789 1979 (2201) (2505) (2913) (3491)
Propriedades atômicas
estados de oxidação 1, 2, 3 , 4 (um fracamente básico de óxido)
Eletro-negatividade escala Pauling: 1,2 (?)
energias de ionização
  • 1: 565,8 kJ / mol
  • 2: 1110 kJ / mol
  • 3: 2114 kJ / mol
Raio atômico empírica: 177  pm
raio covalente 194 ± 05:00
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de térbio
outras propriedades
Estrutura de cristal hexagonal compacta-fim (HCP)
perto embalado estrutura cristalina hexagonal para térbio
Velocidade do som haste fina 2620 m / s (a 20 ° C)
Expansão térmica em  RT α, poli: 10,3 pm / (m.K)
Condutividade térmica 11,1 W / (mK)
Resistividade elétrica α, poli: 1,150 μΩ · m (em RT )
ordenamento magnético paramagnético a 300 K
susceptibilidade magnética + 146000 · 10 -6  cm 3 / mol (273 K)
Módulo de Young α forma: 55,7 GPa
módulo de cisalhamento α forma: 22,1 GPa
módulo de volume α forma: 38,7 GPa
coeficiente de Poisson forma α: 0,261
dureza de Vickers 450-865 MPa
dureza Brinell 675-1200 MPa
Número CAS 7440-27-9
História
Naming após Ytterby (Suécia), onde foi extraído
Descoberta e primeiro isolamento Carl Gustaf Mosander (1843)
Principais isótopos de térbio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) modo de decaimento produtos
157 Tb syn 71 y ε 157 Gd
158 Tb syn 180 y ε 158 Gd
β - 158 Dy
159 Tb 100% estável
| referências

Térbio é um elemento químico com símbolo Tb e número atómico 65. É um branco-prateado, terras raras de metal que é maleável , dúctil , e macio o suficiente para ser cortada com uma faca. O nono membro do lantanídeo série, térbio é um bastante electropositiva de metal que reage com água, evolução de hidrogénio gás. Térbio nunca é encontrado na natureza como elemento livre, mas é contido em muitos minerais , incluindo cerite , gadolinite , monazita , xenotime e euxenita .

Químico sueco Carl Gustaf Mosander descoberto térbio como um elemento químico em 1843. Ele detectou como uma impureza em óxido de ítrio , Y 2 O 3 . Ítrio e térbio são nomeados após a vila de Ytterby , na Suécia. Térbio não foi isolado na sua forma pura até o advento de permuta iónica técnicas.

Térbio é utilizado para lubrificar o fluoreto de cálcio , o cálcio tungstato e estrôncio de molibdato , os materiais que são usados em dispositivos de estado sólido , e como um estabilizador de cristal de células de combustível , que operam a temperaturas elevadas. Como um componente de Terfenol-D (uma liga que se expande e contrai quando expostos a campos magnéticos mais do que qualquer outra liga), térbio é de utilização em accionadores , em navais sonar sistemas e em sensores .

A maior parte da oferta térbio do mundo é usado em fósforos verdes. Térbio óxido está em lâmpadas fluorescentes e televisão e monitor de tubos de raios catódicos (CRT). Térbio verdes fosforescentes são combinados com divalente európio fósforos fosforescentes azuis e vermelhos trivalente európio para fornecer tricromáticas tecnologia de iluminação, uma luz branca de alta eficiência utilizados para a iluminação padrão em iluminação interior.

Características

Propriedades físicas

Térbio é um branco prateado terra rara de metal que é maleável , dúctil e macio o suficiente para ser cortada com uma faca. É relativamente estável em ar em comparação com os anteriores, lantanídeos mais reactivos na primeira metade da série dos lantanídeos. Térbio existe em duas cristal allotropes com uma temperatura de transformação de 1289 ° C entre eles. Os 65 electrões de um átomo de térbio estão dispostos na configuração de electrões [Xe] 4f 9 6s 2 ; normalmente, apenas três electrões pode ser removido antes de a carga nuclear torna-se demasiado grande para permitir uma maior ionização, mas no caso de térbio, a estabilidade do enchido metade [Xe] 4f 7 configuração permite uma maior ionização de um quarto de electrões na presença agentes oxidantes de muito fortes, tais como flúor gás.

O térbio (III) catião é brilhantemente fluorescentes , com uma cor amarelo-limão brilhante que é o resultado de uma forte verde linha de emissão em combinação com outras linhas no laranja e vermelho. O yttrofluorite variedade do mineral fluorite deve a sua fluorescência amarela-cremosa na parte de térbio. Térbio oxida facilmente e, portanto, é usado em sua forma elementar especificamente para pesquisas. Átomos de térbio individuais foram isolados por implantá-las em fulereno moléculas.

Térbio tem um simples ferromagnético ordenação a temperaturas inferiores a 219 K. Acima de 219 K, que se transforma em um helicoidal antiferromagnetic estado em que todos os momentos atómicos em um determinado plano basal camada são paralelas, e orientados num ângulo fixo para os momentos de adjacente camadas. Este antiferromagnetismo incomum transforma em uma desordenada paramagnética estado a 230 K.

Propriedades quimicas

O estado de oxidação mais comum de térbio é 3, como em Tb
2
ó
3
. O estado 4 é conhecido na TBO2e TBF4. Térbio queima prontamente para formar uma misturade térbio (III, IV), óxido de:

8 TB + 7 S 2 → 2 Tb 4 O 7

Em solução, as formas de térbio apenas os iões trivalentes. Térbio é bastante electropositiva e reage lentamente com água fria e bastante rapidamente com a água quente para formar hidróxido de térbio:

2 Tb + 6 H 2 O → 2 Tb (OH) 3 + 3 H 2

Térbio de metal reage com todos os halogéneos, formando trialogenetos branco:

2 Tb + 3 X 2 → 2 TBX 3 (X = F , Cl , Br , I )

Térbio dissolve-se prontamente em diluída de ácido sulfúrico para formar soluções contendo o térbio rosa pálido (III), iões que existem como [OH Tb ( 2 ) 9 ] 3+ complexos:

2 Tb (s) + 3 H 2 SO 4 → 2 Tb 3+ + 3  SO 2
4
+ 3 H 2

compostos

Sulfato de térbio, Tb 2 (SO 4 ) 3 (em cima), verde fluorescente sob luz ultravioleta (inferior)

Térbio combina-se com azoto, carbono, enxofre, fósforo, boro, selénio, silício e arsénio a temperaturas elevadas, formando vários compostos binários, tais como TbH 2 , TbH 3 , TBB 2 , Tb 2 S 3 , TbSe, TbTe e TBN . Nesses compostos, Tb principalmente exibe os estados de oxidação +3 e, por vezes, +2. Térbio (ii) halogenetos são obtidos por emparelhamento de Tb (III) em presença de halogenetos metálicos Tb em recipientes de tântalo. Térbio também forma sesquicloreto Tb 2 Cl 3 , que pode ser ainda mais reduzida para TbCl por recozimento a 800 ° C. Este térbio (I) de cloreto de formas plaquetas com estrutura de grafite em camadas semelhantes.

Outros compostos incluem

Térbio (IV) de fluoreto é um agente de fluoração forte, emissores de flúor atómica relativamente puro quando aquecido, em vez de da mistura de vapores emitidos a partir de flúor CoF 3 ou CEF 4 .

isótopos

Naturalmente ocorrendo térbio é composto por seu único estável isótopo , térbio-159; o elemento é assim chamado mononuclidic e monoisotopica . Trinta e seis radioisótopos têm sido caracterizados, com o ser mais pesado térbio-171 (com massa atómica de 170,95330 (86) u ) e mais leve ser térbio-135 (massa exacta desconhecida). Os mais estáveis radioisótopos sintéticos de térbio são térbio-158, com uma meia-vida de 180 anos, e térbio-157, com uma meia-vida de 71 anos. Todos os demais radioativos isótopos com meias-vidas que são muito menos do que um quarto de um ano, ea maioria destes com meias-vidas que são menos de meio minuto. O principal modo de decaimento antes do isótopo estável mais abundante, 159 Tb, é por captura de electrões , o que resulta na produção de gadolínio isótopos, e o modo primário depois é beta menos , resultando em disprósio isótopos.

O elemento 27 tem também isómeros nucleares , com massas de 141-154, 156, e 158 (não cada número de massa corresponde a um único isómero). O mais estável deles são térbio-156m, com uma meia-vida de 24,4 horas e térbio-156m2, com uma meia-vida de 22,7 horas; isso é mais do que meias-vidas da maioria dos estados fundamentais de isótopos de térbio radioativos, exceto apenas aqueles com números de massa 155-161.

História

Sueco químico Carl Gustaf Mosander descoberto térbio em 1843. Ele detectou como uma impureza em óxido de ítrio , Y 2 O 3 . Ítrio é nomeado após a vila de Ytterby na Suécia . Térbio não foi isolado na sua forma pura até o advento de permuta iónica técnicas.

Mosander primeiro separados em três fracções de óxido de ítrio, todos os nomeados para o minério: ítria, érbia, e térbia. "Térbia" foi originalmente a fração que continha a cor rosa, devido ao elemento agora conhecido como érbio . "Érbia" (contendo o que hoje chamamos térbio) originalmente foi a fração que era essencialmente incolor em solução. O óxido insolúvel deste elemento foi anotado para ser tingida castanho.

Trabalhadores posteriores tinham dificuldade em observar o menor "érbia" incolor, mas a fração rosa solúvel era impossível de perder. Argumentos ia e voltava para saber se érbia sequer existia. Na confusão, os nomes originais foi revertida, e a troca de nomes preso, de modo que a fração de-rosa que se refere, eventualmente, à solução contendo érbio (que em solução, é rosa). Pensa-se agora que os trabalhadores usando duplos de sódio ou de potássio sulfatos a remover céria de ítria inadvertidamente perdido o térbio para o precipitado que contém o óxido de cério. O que é agora conhecida como térbio foi apenas cerca de 1% da ítria original, mas que foi suficiente para conferir uma cor amarelada ao óxido de ítrio. Assim, térbio era um componente menor na fracção original contendo-o, onde foi dominada pelos seus vizinhos imediatos, gadolínio e disprósio .

Depois disso, sempre que outras terras raras foram separadas do esta mistura, o que deu a fracção óxido castanho manteve o nome térbio, até que, finalmente, o óxido de térbio castanho foi obtido em forma pura. Os pesquisadores do século 19 não têm o benefício da tecnologia de fluorescência UV para observar a fluorescência amarela ou verde Tb (III) brilhante que teria feito térbio mais fácil identificar em misturas sólidas ou soluções.

Ocorrência

xenotime

Térbio está contida em conjunto com outros elementos de terras raras em muitos minerais, incluindo a monazite ((Ce, La, Th, Nd, Y) PO 4 com até térbio 0,03%), xenotime (OJP 4 ) e euxenita ((Y, Ca, Er, La, Ce, U e Th) (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 com 1% ou mais térbio). A abundância crosta de térbio é estimado como 1,2 mg / kg. Sem mineral térbio-dominante foi encontrado ainda.

Atualmente, as mais ricas fontes comerciais de térbio são os ion-adsorção argilas de sul da China ; os concentrados com óxido de ítrio cerca de dois terços em peso têm cerca de 1% térbia. Pequenas quantidades de térbio ocorrer em bastnäsite e monazita; quando estes são processados por extracção com solvente para recuperar as valiosas lantanídeos pesados como samário - európio - gadolínio concentrado, térbio é aí recuperadas. Devido aos grandes volumes de bastnäsite processados em relação às argilas ion-adsorção, uma proporção significativa do abastecimento de térbio do mundo vem de bastnäsite.

Produção

Minerais contendo térbio esmagadas são tratados com ácido sulfúrico concentrado quente de ácido sulfúrico para produzir sulfatos solúveis em água de terras raras. Os filtrados ácidos são parcialmente neutralizados com soda cáustica para um pH de 3-4. Tório precipita da solução como hidróxido e é removido. Depois que a solução é tratada com oxalato de amónio para converter terras raras em suas insolúveis oxalatos . Os oxalatos são decompostos para óxidos por aquecimento. Os óxidos são dissolvidos em ácido nítrico que exclui um dos componentes principais, de cério, cujas óxido é insolúvel em HNO 3 . Térbio é separado como um sal duplo com nitrato de amónio por meio de cristalização.

A rotina de separação mais eficiente para térbio sal a partir da solução de sal de terras raras é de troca iónica . Neste processo, os iões de terras raras está sorvido sobre resina de permuta iónica adequada, por troca com hidrogénio, de amónio ou iões cúpricos presentes na resina. Os iões de terras raras são, em seguida, lavou-se selectivamente por agente de complexação adequado. Tal como acontece com outras terras raras, térbio metal é produzido pela redução do cloreto de anidro ou fluoreto de metal com cálcio. Cálcio e tântalo impurezas podem ser removidas por refusão sob vácuo, a destilação, a formação de amálgama ou de fusão zona .

aplicações

Térbio é usado como um dopante em fluoreto de cálcio , o cálcio tungstato , e estrôncio de molibdato , os materiais que são usados em dispositivos de estado sólido, e como um estabilizador de cristal de células de combustível , que operam a temperaturas elevadas, em conjunto com o ZrO 2 .

Térbio também é usado em ligas de e na produção de dispositivos electrónicos. Como um componente de Terfenol-D , térbio é usada em accionadores , em naval sonar sistemas, sensores , no SoundBug dispositivo (a sua primeira aplicação comercial), e outros dispositivos magnetomecânicos. Terfenol-D é uma liga de térbio que se expande ou contrai na presença de um campo magnético. Ele tem a maior Magnetoestricção de qualquer liga .

Térbio óxido é usado em verdes fosforescentes em lâmpadas fluorescentes e tubos de TV a cores. Sódio térbio borato é usado em estado sólido dispositivos. A fluorescência brilhante permite térbio para ser utilizado como uma sonda em bioquímica, em que se assemelha um pouco de cálcio no seu comportamento. Térbio fósforos "verde" (que fluorescem um brilhante amarelo-limão) são combinados com fósforos azuis bivalente európio e fósforos vermelhos trivalente európio para fornecer o trichromatic tecnologia de iluminação que é de longe o maior consumidor de abastecimento de térbio do mundo. Iluminação Trichromatic fornece muito maior saída de luz para uma determinada quantidade de energia elétrica do que lâmpadas incandescentes .

Térbio também é usado para detectar endosporos , uma vez que actua como um ensaio de ácido dipicolínico baseado em fotoluminescência .

Precauções

Tal como acontece com os outros lantanídeos , térbio compostos são de toxicidade baixa a moderada, embora a sua toxicidade não foi investigada em detalhe. Térbio não tem conhecido papel biológico.

Referências

links externos