Terbiuappartene à a categuria di i pisantiterre rare, cù una bassa abbundanza in a crosta terrestre à solu 1,1 ppm. L'ossidu di terbiu rapprisenta menu di u 0,01% di e terre rare totali. Ancu in u minerale di terre rare pesanti di tipu à altu cuntenutu di ioni d'ittriu cù u più altu cuntenutu di terbiu, u cuntenutu di terbiu rapprisenta solu l'1,1-1,2% di e terre rare totali, ciò chì indica chì appartene à a categuria "nobile" di l'elementi di terre rare. Dapoi più di 100 anni da a scuperta di u terbiu in u 1843, a so scarsità è u so valore anu impeditu a so applicazione pratica per un bellu pezzu. Hè solu in l'ultimi 30 anni chì u terbiu hà dimustratu u so talentu unicu.
Scuprendu a Storia
U chimicu svedese Carl Gustaf Mosander hà scupertu u terbiu in u 1843. Hà trovu e so impurità inOssidu d'ittriu (III)èY2O3L'ittriu hè chjamatu cusì per via di u paese di Ytterby in Svezia. Prima di l'emergenza di a tecnulugia di scambiu ionicu, u terbiu ùn era micca isulatu in a so forma pura.
Mosant hà prima divisu l'ossidu d'itriu (III) in trè parti, tutte chjamate secondu i minerali: ossidu d'itriu (III),Ossidu d'erbiu (III), è l'ossidu di terbiu. L'ossidu di terbiu era urighjinariamente cumpostu da una parte rosa, per via di l'elementu oghje cunnisciutu cum'è erbiu. "L'ossidu d'erbiu (III)" (cumprendu ciò chì chjamemu oghje terbiu) era urighjinariamente a parte essenzialmente incolore in a suluzione. L'ossidu insolubile di questu elementu hè cunsideratu marrone.
Più tardi, i travagliadori ùn pudianu guasi osservà u picculu "ossidu d'erbiu (III)" incolore, ma a parte rosa solubile ùn pudia esse ignorata. I dibattiti nantu à l'esistenza di l'ossidu d'erbiu (III) sò nati ripetutamente. In u caosu, u nome originale hè statu invertitu è u scambiu di nomi hè statu bluccatu, cusì a parte rosa hè stata infine mintuvata cum'è una suluzione chì cuntene erbiu (in a suluzione, era rosa). Avà si crede chì i travagliadori chì utilizanu bisulfatu di sodiu o sulfatu di potassiu piglianuOssidu di ceriu (IV)fora di l'ossidu d'itriu (III) è trasfurmà involuntariamente u terbiu in un sedimentu chì cuntene ceriu. Solu circa l'1% di l'ossidu d'itriu (III) originale, avà cunnisciutu cum'è "terbiu", hè abbastanza per passà un culore giallu à l'ossidu d'itriu (III). Dunque, u terbiu hè un cumpunente secundariu chì inizialmente u cuntene, è hè cuntrullatu da i so vicini immediati, u gadoliniu è u disprosiu.
Dopu, ogni volta chì altri elementi di terre rare eranu separati da sta mistura, indipendentemente da a proporzione di l'ossidu, u nome di terbiu era cunservatu finu à chì infine, l'ossidu marrone di terbiu era ottenutu in forma pura. I circadori di u XIX seculu ùn anu micca utilizatu a tecnulugia di fluorescenza ultravioletta per osservà noduli gialli o verdi brillanti (III), rendendu più faciule u ricunniscimentu di u terbiu in misture o soluzioni solide.
Cunfigurazione elettronica
Cunfigurazione elettronica:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
A cunfigurazione elettronica di u terbiu hè [Xe] 6s24f9. Nurmalmente, solu trè elettroni ponu esse rimossi prima chì a carica nucleare diventi troppu grande per esse ulteriormente ionizzata, ma in u casu di u terbiu, u terbiu semi-riempitu permette à u quartu elettrone di esse ulteriormente ionizatu in presenza di ossidanti assai forti cum'è u gasu fluoruru.
U terbiu hè un metallu di terra rara biancu argentu cù duttilità, tenacità è morbidezza chì pò esse tagliatu cù un cultellu. Puntu di fusione 1360 ℃, puntu di ebullizione 3123 ℃, densità 8229 4kg/m3. In paragone cù u primu lantanidu, hè relativamente stabile in aria. Cum'è u nonu elementu di u lantanidu, u terbiu hè un metallu cù una forte elettricità. Reagisce cù l'acqua per furmà idrogenu.
In natura, u terbiu ùn hè mai statu trovu cum'è un elementu liberu, una piccula quantità di u quale esiste in a sabbia di fosfoceriu, toriu è Gadolinite. U terbiu coesistu cù altri elementi di terre rare in a sabbia di monazite, cù un cuntenutu di terbiu generalmente di 0,03%. Altre fonti sò u Xenotime è i minerali d'oru raru neru, chì sò tramindui miscele d'ossidi è cuntenenu finu à l'1% di terbiu.
Applicazione
L'applicazione di u terbiu implica soprattuttu campi high-tech, chì sò prughjetti d'avanguardia à forte intensità tecnologica è à alta intensità di cunniscenza, è ancu prughjetti cù benefici ecunomichi significativi, cù prospettive di sviluppu attraenti.
I principali campi d'applicazione includenu:
(1) Adupratu in forma di terre rare miste. Per esempiu, hè adupratu cum'è fertilizante cumpostu di terre rare è additivu per l'alimentazione animale per l'agricultura.
(2) Attivatore per a polvere verde in trè polveri fluorescenti primarie. I materiali optoelettronici muderni richiedenu l'usu di trè culori basi di fosfori, vale à dì rossu, verde è blu, chì ponu esse aduprati per sintetizà diversi culori. È u terbiu hè un cumpunente indispensabile in parechje polveri fluorescenti verdi di alta qualità.
(3) Adupratu cum'è materiale di almacenamentu magnetootticu. I filmi sottili di lega di metallu di transizione di terbiu di metallu amorfu sò stati aduprati per fabricà dischi magneto-ottici d'altu rendimentu.
(4) Fabricazione di vetru magnetootticu. U vetru rotatoriu di Faraday chì cuntene terbiu hè un materiale chjave per a fabricazione di rotatori, isolatori è circulatori in a tecnulugia laser.
(5) U sviluppu è u sviluppu di a lega ferromagnetostrittiva di terbiu disprosiu (TerFenol) hà apertu nuove applicazioni per u terbiu.
Per l'agricultura è l'allevamentu
U terbiu di terre rare pò migliurà a qualità di e culture è aumentà a velocità di fotosintesi in un certu intervallu di concentrazione. I complessi di terbiu anu una alta attività biologica. I complessi ternari di terbiu, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, anu boni effetti antibatterici è battericidi annantu à Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis è Escherichia coli. Anu un largu spettru antibattericu. U studiu di tali complessi furnisce una nova direzzione di ricerca per i medicinali battericidi muderni.
Adupratu in u campu di a luminescenza
I materiali optoelettronici muderni richiedenu l'usu di trè culori basi di fosfori, vale à dì rossu, verde è blu, chì ponu esse aduprati per sintetizà diversi culori. È u terbiu hè un cumpunente indispensabile in parechje polveri fluorescenti verdi di alta qualità. Se a nascita di a polvere fluorescente rossa di terre rare per TV a culori hà stimulatu a dumanda di ittriu è europiu, allora l'applicazione è u sviluppu di u terbiu sò stati prumossi da a polvere fluorescente verde di trè culori primari di terre rare per lampade. À u principiu di l'anni 1980, Philips hà inventatu a prima lampada fluorescente compatta à risparmiu energeticu di u mondu è l'hà prumossa rapidamente in u mondu. L'ioni Tb3+ ponu emette luce verde cù una lunghezza d'onda di 545 nm, è quasi tutti i fosfori verdi di terre rare utilizanu u terbiu cum'è attivatore.
U fosforu verde per u tubu à raggi catodici di TV à culori (CRT) hè sempre statu basatu annantu à u sulfuru di zincu, chì hè economicu è efficiente, ma a polvere di terbiu hè sempre stata aduprata cum'è fosforu verde per a TV à culori di pruiezione, cumpresi Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ è LaOBr ∶ Tb3+. Cù u sviluppu di a televisione à alta definizione à grande schermu (HDTV), si stanu ancu sviluppendu polveri fluorescenti verdi d'altu rendimentu per i CRT. Per esempiu, una polvere fluorescente verde ibrida hè stata sviluppata à l'esteru, custituita da Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, è Y2SiO5: Tb3+, chì anu una eccellente efficienza di luminescenza à alta densità di corrente.
A polvere fluorescente tradiziunale per i raggi X hè u tungstatu di calciu. In l'anni 1970 è 1980, sò stati sviluppati fosfori di terre rare per schermi intensificatori, cum'è u zolfu attivatu da u terbiu, l'ossidu di lantaniu, u bromu attivatu da u terbiu (per schermi verdi), l'ossidu di ittriu (III) di zolfu attivatu da u terbiu, ecc. In paragone cù u tungstatu di calciu, a polvere fluorescente di terre rare pò riduce u tempu di irradiazione à raggi X per i pazienti di l'80%, migliurà a risoluzione di i filmi à raggi X, allargà a durata di vita di i tubi à raggi X è riduce u cunsumu energeticu. U terbiu hè ancu adupratu cum'è attivatore di polvere fluorescente per schermi medichi per u miglioramentu di i raggi X, chì pò migliurà assai a sensibilità di a cunversione di i raggi X in immagini ottiche, migliurà a chiarezza di i filmi à raggi X è riduce assai a dosa di esposizione à i raggi X à u corpu umanu (di più di u 50%).
U terbiu hè ancu adupratu cum'è attivatore in u fosforu LED biancu eccitatu da a luce blu per a nova illuminazione à semiconduttori. Pò esse adupratu per pruduce fosfori di cristalli ottici magneto-aluminiu-terbiu, aduprendu diodi emettitori di luce blu cum'è fonti di luce d'eccitazione, è a fluorescenza generata hè mischiata cù a luce d'eccitazione per pruduce luce bianca pura.
I materiali elettroluminescenti fatti di terbiu includenu principalmente fosforu verde di sulfuru di zincu cù u terbiu cum'è attivatore. Sottu à l'irradiazione ultravioletta, i cumplessi organici di terbiu ponu emette una forte fluorescenza verde è ponu esse aduprati cum'è materiali elettroluminescenti à film sottile. Ancu s'è sò stati fatti progressi significativi in u studiu di film sottili elettroluminescenti cumplessi organici di terre rare, ci hè sempre una certa lacuna da a praticità, è a ricerca nantu à i film sottili elettroluminescenti cumplessi organici di terre rare è i dispositivi hè sempre approfondita.
E caratteristiche di fluorescenza di u terbiu sò ancu aduprate cum'è sonde di fluorescenza. Per esempiu, a sonda di fluorescenza di Ofloxacin terbium (Tb3+) hè stata aduprata per studià l'interazione trà u cumplessu di Ofloxacin terbium (Tb3+) è u DNA (DNA) per mezu di u spettru di fluorescenza è di u spettru di assorbimentu, chì indica chì a sonda di Ofloxacin Tb3+ pò furmà un solcu chì si lega cù e molecule di DNA, è u DNA pò aumentà significativamente a fluorescenza di u sistema Ofloxacin Tb3+. Basatu annantu à stu cambiamentu, u DNA pò esse determinatu.
Per i materiali magnetoottici
I materiali cù effettu Faraday, cunnisciuti ancu cum'è materiali magneto-ottici, sò largamente usati in laser è altri dispositivi ottici. Ci sò dui tipi cumuni di materiali magneto-ottici: cristalli magneto-ottici è vetru magneto-otticu. Frà elli, i cristalli magneto-ottici (cum'è u granatu di ferru d'ittriu è u granatu di galliu di terbiu) anu i vantaghji di una frequenza operativa regulabile è di una alta stabilità termica, ma sò cari è difficiuli da fabricà. Inoltre, parechji cristalli magneto-ottici cù un altu angulu di rotazione di Faraday anu un altu assorbimentu in a gamma di onde corte, ciò chì limita u so usu. In paragone cù i cristalli magneto-ottici, u vetru magneto-otticu hà u vantaghju di una alta trasmittanza è hè faciule da trasfurmà in grandi blocchi o fibre. Attualmente, i vetri magneto-ottici cù un altu effettu Faraday sò principalmente vetri drogati cù ioni di terre rare.
Adupratu per i materiali di almacenamentu magnetootticu
In l'ultimi anni, cù u rapidu sviluppu di a multimedia è di l'automatizazione di l'uffiziu, a dumanda di novi dischi magnetichi di alta capacità hè aumentata. I filmi di lega di metalli di transizione di terbiu metallicu amorfu sò stati aduprati per fabricà dischi magneto-ottici di alte prestazioni. Trà questi, u film sottile di lega TbFeCo hà e migliori prestazioni. I materiali magneto-ottici à basa di terbiu sò stati prudutti à grande scala, è i dischi magneto-ottici fatti da elli sò aduprati cum'è cumpunenti di almacenamiento di l'urdinatore, cù una capacità di almacenamiento aumentata di 10-15 volte. Anu i vantaghji di una grande capacità è di una velocità d'accessu rapida, è ponu esse puliti è rivestiti decine di migliaia di volte quandu sò aduprati per dischi ottici di alta densità. Sò materiali impurtanti in a tecnulugia di almacenamiento di l'infurmazioni elettroniche. U materiale magneto-otticu più cumunamente adupratu in e bande visibili è vicinu à l'infrarossu hè u cristallu unicu Terbium Gallium Garnet (TGG), chì hè u megliu materiale magneto-otticu per fà rotatori è isolatori di Faraday.
Per u vetru magnetootticu
U vetru magnetootticu di Faraday hà una bona trasparenza è isotropia in e regioni visibili è infrarosse, è pò furmà diverse forme cumplesse. Hè faciule da pruduce prudutti di grande dimensione è pò esse trascinatu in fibre ottiche. Dunque, hà ampie prospettive d'applicazione in dispositivi magnetoottici cum'è isolatori magnetoottici, modulatori magnetoottici è sensori di corrente in fibra ottica. A causa di u so grande mumentu magneticu è di u so picculu coefficiente d'assorbimentu in a gamma visibile è infrarossa, l'ioni Tb3+ sò diventati ioni di terre rare cumunemente usati in i vetri magnetoottici.
Lega ferromagnetostrittiva di terbiu disprosiu
À a fine di u XXu seculu, cù l'approfondimentu di a rivoluzione scientifica è tecnologica mundiale, novi Materiali Applicati di terre rare stanu emergendu rapidamente. In u 1984, l'Università Statale di l'Iowa di i Stati Uniti, u Laboratoriu Ames di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti è u Centru di Ricerca di Armi di Superficie di a Marina di i Stati Uniti (u persunale principale di a più tardi American Edge Technology Company (ET REMA) hè ghjuntu da u centru) anu sviluppatu inseme un novu materiale Smart di terre rare, vale à dì u materiale magnetostrittivu gigante di terbiu disprosiu ferru. Stu novu materiale Smart hà l'eccellenti caratteristiche di cunvertisce rapidamente l'energia elettrica in energia meccanica. I trasduttori subacquei è elettroacustici fatti di stu materiale magnetostrittivu gigante sò stati cunfigurati cù successu in apparecchiature navali, altoparlanti di rilevazione di pozzi petroliferi, sistemi di cuntrollu di rumore è vibrazioni, è sistemi di cumunicazione per l'esplorazione oceanica è sutterranee. Dunque, appena hè natu u materiale magnetostrittivu gigante di terbiu disprosiu ferru, hà ricevutu una larga attenzione da i paesi industrializzati di u mondu sanu. Edge Technologies in i Stati Uniti hà cuminciatu à pruduce materiali magnetostrittivi giganti di terbiu disprosiu ferru in u 1989 è li hà chjamati Terfenol D. In seguitu, Svezia, Giappone, Russia, Regnu Unitu è Australia anu ancu sviluppatu materiali magnetostrittivi giganti di terbiu disprosiu ferru.
Da a storia di u sviluppu di stu materiale in i Stati Uniti, sia l'invenzione di u materiale sia e so prime applicazioni monopolistiche sò direttamente ligate à l'industria militare (cum'è a marina). Ancu s'è i dipartimenti militari è di difesa di a Cina stanu rinfurzandu gradualmente a so cunniscenza di stu materiale. Tuttavia, dopu chì u Putere Naziunale Cumplessu di a Cina hè aumentatu significativamente, i requisiti per a realizazione di a strategia cumpetitiva militare in u XXI seculu è u miglioramentu di u livellu di l'equipaggiu saranu certamente assai urgenti. Dunque, l'usu diffusu di materiali magnetostrittivi giganti di terbiu disprosiu ferru da i dipartimenti militari è di difesa naziunale serà una necessità storica.
In breve, e numerose proprietà eccellenti di u terbiu ne facenu un membru indispensabile di parechji materiali funziunali è una pusizione insustituibile in certi campi d'applicazione. Tuttavia, per via di l'altu prezzu di u terbiu, a ghjente hà studiatu cumu evità è minimizà l'usu di u terbiu per riduce i costi di pruduzzione. Per esempiu, i materiali magneto-ottici di terre rare devenu ancu aduprà u disprosiu ferru cobalt o u gadoliniu terbiu cobalt à bassu costu u più pussibule; Pruvate à riduce u cuntenutu di terbiu in a polvere fluorescente verde chì deve esse aduprata. U prezzu hè diventatu un fattore impurtante chì limita l'usu diffusu di u terbiu. Ma parechji materiali funziunali ùn ponu micca fà senza ellu, dunque duvemu rispettà u principiu di "aduprà un bon acciaio nantu à a lama" è pruvà à risparmià l'usu di u terbiu u più pussibule.
Data di publicazione: 05 lugliu 2023