Terbiyum

Terbiyum, ₆₅Tb
Terbiyum
Telaffuz	/ˈtɜːrbiəm/ (TUR-bee-əm)
Görünüm	gümüş beyazı
Standart atom ağırlığı Ar, std(Tb)	158.925354(8)
Periyodik tablodaki Terbiyum
	gadolinyum ← terbiyum → disporsiyum
Atom numarası (Z)	65
Grup	grup n/a
Period	periyot 6
Blok	f-blok
Element kategorisi	Lantanid
Elektron konfigürasyonu	[Xe] 4f9 6s2
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 27, 8, 2
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	1629 K (1356 °C, 2473 °F)
Kaynama noktası	3396 K (3123 °C, 5653 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	8.23 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	7.65 g/cm3
Isı entalpisi	10.15 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	391 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	28.91 J/(mol·K)
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	0, +1, +2, +3, +4 (bir zayıf baz oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.2 (?)
İyonlaşma enerjisi	1.: 565.8 kJ/mol ; 2.: 1110 kJ/mol ; 3.: 2114 kJ/mol ; ;
Atom yarıçapı	deneysel: 177 pm
Kovalent yarıçapı	194±5 pm
	; terbiyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	yakın altıgen paketleme (hcp)
Sesin hızı kalay çubuk	2620 m/s (20 °C)
Termal Genleşme	r.t. α, poly: 10.3 µm/(m·K)
Termal iletkenlik	11.1 W/(m·K)
Elektriksel direnç	α, poly: 1.150 µΩ·m (r.t.)
Manyetik sıralama	paramanyetik at 300 K
Manyetik alınganlık	+146,000·10−6 cm3/mol (273 K)
Young modülü	α form: 55.7 GPa
Kayma modülü	α form: 22.1 GPa
Bulk modülü	α form: 38.7 GPa
Poisson oranı	α form: 0.261
Vickers sertliği	450–865 MPa
Brinell sertliği	675–1200 MPa
CAS Numarası	7440-27-9
Tarihçe
Adlandırma	maden Ytterby'den (İsveç) sonra
Keşfeden ve ilk izolasyon	Carl Gustaf Mosander (1843)
terbiyum ana izotopları
β−	158Dy
	view; talk; edit; \| referanslar

Terbiyum, sembolü Tb ve atom numarası 65 olan kimyasal bir elementtir. Gümüşi beyaz renkli, dövülebilir, sünek ve bıçakla kesilebilecek kadar yumuşak olan nadir bir toprak metalidir. Lantanid serisinin dokuzuncu üyesi olan terbiyum, su ile reaksiyona girerek hidrojen gazı üreten oldukça elektropozitif bir metaldir. Terbiyum doğada hiçbir zaman serbest bir element olarak bulunmaz, ancak serit, gadolinit, monazit, ksenotim ve euxenite dahil olmak üzere birçok mineralde bulunur.

İsveçli kimyager Carl Gustaf Mosander, 1843'te terbiyumu kimyasal bir element olarak keşfetti. Bunu itriyum oksit Y₂O₃'te safsızlık olarak tespit etti. Yttrium ve terbiyumun yanı sıra erbiyum ve iterbiyum, ismini İsveç'teki Ytterby köyünden alır. Terbiyum, iyon değişim tekniklerinin ortaya çıkmasına kadar saf halde izole edilmedi. Terbiyum, kalsiyum florür, kalsiyum tungstat ve stronsiyum molibdat, katı hal cihazlarında kullanılan malzemeler ve yüksek sıcaklıklarda çalışan yakıt hücrelerinin kristal stabilizatörü olarak kullanılır. Terfenol-D'nin (manyetik alanlara diğer herhangi bir alaşımdan daha fazla maruz kaldığında genişleyen ve daralan bir alaşım) bir bileşeni olan terbiyum, aktüatörlerde, deniz sonar sistemlerinde ve sensörlerde kullanılmaktadır.

Dünyadaki terbiyum kaynağının çoğu yeşil fosforlarda kullanılmaktadır. Terbiyum oksit, floresan lambalarda ve televizyonda bulunur ve katot ışın tüplerini (CRT'ler) izler. Terbiyum yeşil fosforlar, iç mekan aydınlatmasında standart aydınlatma için kullanılan yüksek verimli bir beyaz ışık olan trikromatik aydınlatma teknolojisi sağlamak için iki değerlikli öropiyum mavisi fosforlar ve üç değerlikli öropyum kırmızısı fosforlarla birleştirilir.

Tarihçe

İsveçli kimyager Carl Gustaf Mosander, 1843'te terbiyumu keşfetti. Bunu itriyum oksit Y₂O₃'te bir safsızlık olarak tespit etti. Yttrium, ismini İsveç'teki Ytterby köyünden almıştır. Terbiyum, iyon değişim tekniklerinin ortaya çıkmasına kadar saf halde izole edilmedi.

Mosander ilk önce yitriyayı üç fraksiyona ayırdı ve hepsi cevher için adlandırıldı: yitriya, erbia ve terbia. "Terbia", şimdi erbiyum olarak bilinen element nedeniyle, aslında pembe rengi içeren fraksiyondu. "Erbia" (şimdi terbiyum olarak adlandırdığımız şeyi içerir), aslında çözelti içinde esasen renksiz olan fraksiyondu. Bu elementin çözünmeyen oksidinin kahverengiye boyandığı kaydedildi.

Daha sonra işçiler küçük renksiz "erbia" yı gözlemlemekte zorlandılar, ancak çözünür pembe fraksiyonun gözden kaçması imkansızdı. Erbia'nın var olup olmadığı konusunda tartışmalar ileri geri gitti. Karışıklıkta, orijinal isimler tersine döndü ve isimlerin değiş tokuşu sıkıştı, böylece pembe fraksiyon erbiyum içeren çözeltiye (çözelti içinde pembe) atıfta bulundu. Artık, yitriyadan seri çıkarmak için çift sodyum veya potasyum sülfat kullanan işçilerin, terbiyumu istemeden, seryum içeren çökelti içinde kaybettikleri düşünülmektedir. Şu anda terbiyum olarak bilinen şey, orijinal itriyanın sadece %1'i kadardı, ancak bu, itriyum okside sarımsı bir renk vermek için yeterliydi. Bu nedenle, terbiyum, onu içeren orijinal fraksiyonda, yakın komşuları, gadolinyum ve disprosiyumun hakim olduğu küçük bir bileşendi.

Bundan sonra, bu karışımdan başka nadir topraklar çıkarıldığında, kahverengi okside hangi fraksiyon terbiyum adını vermişse, sonunda kahverengi terbiyum oksidi saf halde elde edilinceye kadardır. 19. yüzyıl araştırmacıları, terbiyumu katı karışımlarda veya solüsyonlarda tanımlamayı kolaylaştıracak parlak sarı veya yeşil Tb(III) floresanını gözlemlemek için UV floresan teknolojisinden yararlanamadılar.

Özellikleri

Fiziki ozellikleri

Terbiyum, dövülebilir, sünek ve bıçakla kesilebilecek kadar yumuşak, gümüşi beyaz bir nadir toprak metalidir. Lantanit serisinin ilk yarısında daha önceki, daha reaktif lantanitlere kıyasla havada nispeten stabildir. Terbiyum, aralarında 1289 °C'lik bir dönüşüm sıcaklığı olan iki kristal allotropta bulunur. Bir terbiyum atomunun 65 elektronu, elektron konfigürasyonu [Xe]4f⁹6s²'de düzenlenmiştir; normalde, nükleer yük daha fazla iyonlaşmaya izin vermeyecek kadar büyük hale gelmeden önce yalnızca üç elektron çıkarılabilir, ancak terbiyum durumunda, Yarı dolu [Xe]4f⁷ konfigürasyonunun stabilitesi, flor gazı gibi çok güçlü oksitleyici ajanların varlığında dördüncü bir elektronun daha fazla iyonizasyonuna izin verir.

Terbiyum(III) katyonu, turuncu ve kırmızı renkli diğer çizgilerle birlikte güçlü bir yeşil emisyon çizgisinin bir sonucu olan parlak limon sarısı renginde parlak bir şekilde floresandır. Mineral floritin yttrofluorit çeşidi, kremsi sarı floresanını kısmen terbiyuma borçludur. Terbiyum kolayca oksitlenir ve bu nedenle temel formunda özellikle araştırma için kullanılır. Tek terbiyum atomları, fulleren moleküllerine yerleştirilerek izole edilmiştir.

Terbium, 219 K'nin altındaki sıcaklıklarda basit bir ferromanyetik sıralamaya sahiptir. 219 K'nın üzerinde, belirli bir bazal düzlem katmanındaki tüm atomik momentlerin paralel olduğu ve bitişik katmanların momentlerine sabit bir açıyla yönlendirildiği sarmal bir antiferromanyetik duruma dönüşür. Bu alışılmadık antiferromanyetizma, 230 K'da düzensiz bir paramanyetik duruma dönüşür.

Kimyasal özellikler

Terbiyum metal elektropozitif bir elementtir ve çoğu asit (sülfürik asit gibi), tüm halojen ve hatta su varlığında oksitlenir.

2 Tb (s) + 3 H₂SO₄ → 2 Tb³⁺ + 3 SO2−
4 + 3 H₂↑

2 Tb + 3 X₂ → 2 TbX₃ (X = F, Cl, Br, I)

2 Tb (s) + 6 H₂O → 2 Tb(OH)₃ + 3 H₂↑

Terbiyum ayrıca havada karışık bir terbiyum (III, IV) oksit oluşturmak için kolayca oksitlenir:

8 Tb + 7 O₂ → 2 Tb₄O₇

Terbiyumun en yaygın oksidasyon durumu, TbCl
3 gibi +3 (üç değerlikli) 'dir. Katı halde, tetravalan terbiyum da TbO₂ ve TbF₄ gibi bileşiklerde bilinmektedir. Çözelti içinde, terbiyum tipik olarak üç değerlikli türler oluşturur, ancak yüksek ölçüde bazik sulu koşullarda ozon ile tetravalan duruma oksitlenebilir.

Terbiyumun koordinasyonu ve organometalik kimyası diğer lantanitlere benzer. Sulu koşullarda, terbiyum, üçlü prizmatik moleküler geometride düzenlenmiş dokuz su molekülü tarafından koordine edilebilir. Tipik olarak üç koordinatlı Tb[N(SiMe₃)₂]₃ kompleksini oluşturan bis (trimetil-sililamid) gibi hacimli ligandlarla daha düşük koordinasyon sayısına sahip terbiyum kompleksleri de bilinmektedir.

Çoğu koordinasyon ve organometalik kompleks, üç değerlikli oksidasyon durumunda terbiyum içerir. Genellikle hacimli siklopentadienil tipi ligandlarla birlikte iki değerlikli (Tb²⁺) kompleksler de bilinmektedir. Dört değerlikli durumunda terbiyum içeren birkaç koordinasyon bileşiği de bilinmektedir.

Bileşikler

Terbiyum, yüksek sıcaklıklarda nitrojen, karbon, kükürt, fosfor, bor, selenyum, silikon ve arsenik ile birleşerek TbH₂, TbH₃, TbB₂, Tb₂S₃, TbSe, TbTe ve TbN gibi çeşitli ikili bileşikler oluşturur. Bu bileşiklerde, Tb çoğunlukla +3 ve bazen +2 oksidasyon durumlarını gösterir. Terbiyum (II) halojenitler, Tb (III) halojenitlerin metalik Tb varlığında tantal kaplarda tavlanmasıyla elde edilir. Terbiyum ayrıca 800 °C'de tavlama ile TbCl'ye indirgenebilen seskiklorür Tb₂Cl_{3</sub'ü de oluşturur. Bu terbiyum (I) klorür, katmanlı grafit benzeri yapıya sahip trombositler oluşturur.}

Diğer bileşikler şunları içerir:

Klorürler: TbCl₃
Bromürler: TbBr₃
İyodürler: TbI₃
Florürler: TbF₃, TbF₄

Terbiyum (IV) florür, CoF₃ veya CoF₃'ten yayılan florür buharları karışımı yerine ısıtıldığında nispeten saf atomik flor yayan güçlü bir florlama maddesidir.

İzotoplar

Doğal olarak oluşan terbiyum, tek kararlı izotopu olan terbiyum-159'dan oluşur; bu nedenle element mononüklidik ve monoizotopiktir. En ağır olanı terbiyum-171 (atom kütlesi 170.95330(86) u) ve en hafif olanı terbiyum-135 (kesin kütlesi bilinmiyor) olmak üzere otuz altı radyoizotop karakterize edilmiştir. Terbiyumun en kararlı sentetik radyoizotopları, yarı ömrü 180 yıl olan terbiyum-158 ve yarı ömrü 71 yıl olan terbiyum-157'dir. Geri kalan tüm radyoaktif izotopların yarı ömürleri, bir yılın çeyreğinden çok daha azdır ve bunların çoğunun yarım dakikadan daha az yarı ömürleri vardır. En bol kararlı izotop olan ¹⁵⁹Tb'den önceki birincil bozunma modu, gadolinyum izotoplarının üretimiyle sonuçlanan elektron yakalamadır ve sonraki birincil mod, beta eksi bozunmadır, bu da disprosiyum izotopları ile sonuçlanır.

Element ayrıca 141-154, 156 ve 158 kütleli 27 nükleer izomere sahiptir (her kütle numarası yalnızca bir izomere karşılık gelmez). Bunların en kararlıları, yarılanma ömrü 24,4 saat olan terbiyum-156m ve yarılanma ömrü 22,7 saat olan terbiyum-156m2'dir; bu, kütle numaraları 155-161 olanlar hariç, radyoaktif terbiyum izotoplarının çoğu yer durumunun yarı ömürlerinden daha uzundur.

Oluşum

Terbiyum, monazit (Ce,La,Th,Nd,Y)PO₄, %0.03'e kadar terbiyum), ksenotim (YPO₄) ve euxenite ((Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆ ,% 1 veya daha fazla terbiyum ile) dahil olmak üzere birçok mineralde diğer nadir toprak elementleriyle birlikte bulunur. Terbiyumun kabuk bolluğu 1,2 mg/kg olarak tahmin edilmektedir. Henüz terbiyuma hakim bir mineral bulunamamıştır.

Şu anda, en zengin ticari terbiyum kaynakları, güney Çin'in iyon adsorpsiyon killeridir; ağırlıkça yaklaşık üçte ikisi itriyum oksit içeren konsantreler yaklaşık %1 terbiye sahiptir. Bastnäsite ve monazitte küçük miktarlarda terbiyum oluşur; bunlar, samaryum-öropiyum-gadolinyum konsantresi olarak değerli ağır lantanitlerin geri kazanılması için çözücü ekstraksiyonu ile işlendiğinde, burada terbiyum geri kazanılır. İyon adsorpsiyon killerine göre işlenen büyük miktarlarda bastnäsite nedeniyle, dünyadaki terbiyum tedarikinin önemli bir kısmı bastnäsite'den gelmektedir. 2018 yılında, Japonya'nın Minamitori Adası kıyılarında zengin bir terbiyum arzı keşfedildi ve belirtilen arz "420 yıldır küresel talebi karşılamaya yetecek kadar".

Üretim

Ezilmiş terbiyum içeren mineraller, nadir toprakların suda çözünür sülfatlarını üretmek için sıcak konsantre sülfürik asit ile işlenir. Asidik filtratlar kostik soda ile pH 3–4'e kısmen nötralize edilir. Toryum, hidroksit olarak çözeltiden çökelir ve uzaklaştırılır. Bundan sonra çözelti, nadir toprakları çözünmeyen oksalatlarına dönüştürmek için amonyum oksalat ile işlenir. Oksalatlar ısıtılarak oksitlere ayrıştırılır. Oksitler, oksitleri HNO₃'te çözünmeyen ana bileşenlerden biri olan seryumu hariç tutan nitrik asitte çözülür. Terbiyum, kristalleştirme ile amonyum nitrat ile çift tuz olarak ayrılır.

Nadir toprak tuzu çözeltisinden terbiyum tuzu için en verimli ayırma rutini iyon değişimidir. Bu işlemde, nadir toprak iyonları, reçinede bulunan hidrojen, amonyum veya bakır iyonları ile değiştirilerek uygun iyon değişim reçinesine emilir. Nadir toprak iyonları daha sonra uygun kompleks yapıcı madde ile seçici olarak yıkanır. Diğer nadir topraklarda olduğu gibi, terbiyum metal susuz klorür veya florür kalsiyum metal ile indirgenerek üretilir. Kalsiyum ve tantal safsızlıkları vakumda yeniden eritme, damıtma, amalgam oluşumu veya zon eritme ile giderilebilir.

Uygulama

Terbiyum, katı hal cihazlarında kullanılan malzemeler olan kalsiyum florür, kalsiyum tungstat ve stronsiyum molibdatta katkı maddesi olarak ve ZrO₂ ile birlikte yüksek sıcaklıklarda çalışan yakıt hücrelerinin kristal stabilizatörü olarak kullanılır.

Terbiyum, alaşımlarda ve elektronik cihazların üretiminde de kullanılmaktadır. Terfenol-D'nin bir bileşeni olan terbiyum, aktüatörlerde, deniz sonar sistemlerinde, sensörlerde, SoundBug cihazında (ilk ticari uygulaması) ve diğer manyetomekanik cihazlarda kullanılır. Terfenol-D, bir manyetik alan varlığında genişleyen veya daralan bir terbiyum alaşımıdır. Tüm alaşımlar arasında en yüksek manyetostriksiyona sahiptir.

Terbiyum oksit, flüoresan lambalarda ve renkli TV tüplerinde yeşil fosforlarda kullanılır. Katı hal cihazlarında sodyum terbiyum borat kullanılmaktadır. Parlak floresans, terbiyumun davranışında bir şekilde kalsiyuma benzediği biyokimyada bir prob olarak kullanılmasına izin verir. Terbiyum "yeşil" fosforları (parlak bir limon sarısı flüoresan), iki değerlikli öropiyum mavisi fosforlar ve üç değerlikli öropiyum kırmızısı fosforlarla birleştirilerek, dünyanın en büyük terbiyum tüketicisi olan trikromatik aydınlatma teknolojisi sağlanır. Trikromatik aydınlatma, belirli bir elektrik enerjisi miktarı için akkor aydınlatmaya göre çok daha yüksek ışık çıkışı sağlar.

Terbiyum ayrıca, fotolüminesansa dayalı bir dipikolinik asit tayini görevi gördüğü için endosporları tespit etmek için kullanılır.

Önlemler

Diğer lantanitlerde olduğu gibi, terbiyum bileşikleri, toksisiteleri ayrıntılı olarak araştırılmamış olmasına rağmen, düşük ila orta toksisiteye sahiptir. Terbiyumun bilinen bir biyolojik rolü yoktur.

Kaynak

↑ Meija, Juris; et al. (2016). "Elementlerin Atom Ağırlıkları 2013 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
↑ Yttrium and all lanthanides except Ce, Pm, Eu, Tm, Yb have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.
↑ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[CIAAW2013-1] Meija, Juris; et al. (2016). "Elementlerin Atom Ağırlıkları 2013 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[Cloke1993-2] Yttrium and all lanthanides except Ce, Pm, Eu, Tm, Yb have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.

[3] Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[1]

[2]

[3]